零距離科學:柏金遜症病因不源自腦部,而是腸胃?

零距離科學:柏金遜症病因不源自腦部,而是腸胃?
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我們想讓你知道的是

柏金遜症病徵是如何出現呢?患者的身體究竟出現了甚麼問題?

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作者:盧駿揚(香港中文大學通識教育基礎課程講師)
圖:香港電台

《零距離科學》於8月30日9月6日播出BBC製作的紀錄片《衝擊柏金遜症The Parkinson's Drug Trial: A Miracle Cure》。我在本文會先探討柏金遜病的基本病理及最新科研發現,並於下篇詳細介紹各種治療方法,包括片中所談及的GDNF療法。

相信大部分讀者都不會對柏金遜病感陌生,它是繼阿茲海默症(Alzheimer's disease)後第二位最常見的神經退行性疾病(Neurodegenerative disease)。一提起此病,大家腦中可能立時聯想起「老人家」及「震顫的手腳」,有這類印象是非常合理的。柏金遜病是一種老人病,患者多於60歲左右時病發,先發性的柏金遜病是相對上比較罕見的。而且隨著年紀愈大,病發的機會也愈來愈高。

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柏金遜病是一種老人病,病發的年齡通常是約六十歲左右。而且隨著年紀愈大,病發的機會也愈來愈高。

此外,「震顫的手腳」也是柏金遜病最突出的標誌。早於1817,當時詹姆士柏金遜(James Parkinson)醫生寫了世上第一份詳細研究柏金遜病的論文,該文的題目正正就是〈論震顫性麻痺〉(Essay on the Shaking Palsy)。文中提及患上此疾病的人會出現以下病徵:不由自主的震顫、肌肉力量衰減、身軀傾前屈曲、步履由正常速度變為奔跑、但感官與理智皆不受影響。這些觀察至今仍大致週用,今天我們常簡稱柏金遜病的基礎病徵為3S——slow (bradykinesia,運動緩慢)、stiff (rigidity,肢體僵直)以及shaky(resting tremors,靜止性震顫)。柏金遜患者大多會感到難以控制肢體,移動四肢時極不順暢,仿如轉動棘輪一樣。此外,大部分患者也會出現手部震顫的症狀。當他們沒有用手在做甚麼的時候,手部便會以4至6赫茲的頻率持續抖動。除了以上三種運動性症狀外,柏金遜病也可直接導致不少非運動性的問題,如抑鬱、焦慮、失智、睡眠障礙、腸胃失調以及喪失嗅覺等。

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詹姆士柏金遜(James Parkinson)醫生於1817出版了〈論震顫性麻痺〉一文,當中形容柏金遜病的病徵為:不由自主的震顫、肌肉力量衰減、身軀傾前屈曲、步履由正常速度變為奔跑。
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柏金遜病患者因腦部受損而影響身體的運動功能,他們通常感到難以控制自己的肢體。
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當雙手靜止時,柏金遜患者的手部通常會以4-6赫茲的頻率震顫。這個症狀稱為「靜止性震顫」。

但這些病徵是如何出現呢?患者的身體究竟出現了甚麼問題?科學界早於百多年前便發現柏金遜病的源頭來自腦部。後來經解剖已過身的柏金遜患者腦部,科學家發覺當中均出現了同樣問題,就是他們中腦(mid brain)內的黑質(substantia nigra)裡有大量細胞死亡。黑質蘊藏著一種珍貴的神經元,名叫多巴胺神經細胞(dopaminergic cell)。人體內只有400,000至600,000顆多巴胺神經細胞,佔大腦神經細胞總數的極少部分。顧名思義,這些細胞能製作出稱為多巴胺(dopamine)的神經傳遞物(neurotransmitter),而且也只有它們才能做到,所以這些細胞是既罕有又重要。人們常說愛情使大腦釋放多巴胺,讓人產生愉悅的感覺——這是正確的,但假使可憐的你尚未尋到真愛,多巴胺對你依然是非常重要,因為它負責掌控你我的肢體動作。

簡單來說,我們依靠腦中的紋狀體(striatum)來調節肌肉、協調運動,而黑質裡的黑質緻密部(substantia nigra pars compacta, SNpc)則靠釋放多巴胺來調控紋狀體的運作。若紋狀體未能感應適量的多巴胺訊號,它便無法正常控制肌肉,從而影響運動功能。在柏金遜患者中,因多巴胺神經細胞大量死亡,腦內的多巴胺訊號亦大為降低;只要大腦喪失其中60至80%多巴胺神經細胞,各種運動症狀便會慢慢浮現。

但我們可以繼續問:這些多巴胺神經細胞為何會死亡呢?就此問題,科學界並未有定論,有數個不同的理論正嘗試解釋多巴胺神經細胞死亡的原因,而當中仍有不少未知的領域尚待發掘,所以我只能夠介紹從近年研究中得出的點滴頭緒。

科學家在研究柏金遜患者的腦部時,他們不單發現有細胞死亡,更發現黑質裡的神經元內出現了圓碌碌、像沉殿物一般的包涵體(inclusion body)。這些包涵體被命名為路易氏體(lewy bodies)。它們的出現是異常的,說明柏金遜患者的腦神經機能上出現了問題。經過抽絲剝繭的研究,我們今天已知道路易氏體的廬山真面目——它主要是由一種叫alpha-synuclein的蛋白質所組成。

Alpha-synuclein本是體積頗小的蛋白質,主要出現在突觸前神經末梢(pre-synaptic terminal)那裡。它有一個有趣的特點,就是能夠跟同伴扣連在一起,成為低聚物(oligomer)。科學家至今尚未完全拆解alpha-synuclein的正常生理用處(或跟釋放神經傳遞物有關,也可影響線粒體的運作),不過卻發現此蛋白質有其「邪惡」一面。當alpha-synuclein結構出現了錯誤時,它便會不斷捉緊身邊的同伴,拼合糾纏,形成錯綜複雜而且龐大的類澱粉纖維性(amyloid fibril)蛋白質。這種蛋白質聚合物是不可溶的,對神經元來說也具毒性,這也解釋了為何那些可憐的多巴胺神經細胞會死亡。

不過alpha-synuclein的「邪惡」遠不於此,它不單具有毒性,它還能把毒性「傳播」至其他細胞。在2008年一份刊登於《自然醫學》(Nature Medicine)的論文中,該團隊對兩位獲移植多巴胺神經細胞的柏金遜患者進行研究。科學家在患者逝世後檢查他們的腦袋,發現那些被移植的神經元上也可找到路易氏體,似乎新的神經元會被原有的神經元「感染」。另外,在2012年一篇刊登於《科學》(Science)的論文中,另一團隊發現把病變的alpha-synuclein注射進正常老鼠腦部紋狀體內,它會令該老鼠腦部產生路易氏體,繼而令到神經細胞死亡,甚至影響了老鼠的運動功能。這些發現均令科學家懷疑柏金遜病是否跟瘋牛症類似,由一些具傳染性的普里昂蛋白(prion)所引發。

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除運動性病徵外,不少患者也會出現喪失嗅覺的情況。

而近年科學家更把戰線擴大,指出柏金遜病或許根本不是源自腦部,而是源自腸胃。想必大家此刻會感到丈八金剛摸不著頭腦——腦部退化跟腸胃有甚麼關係呢?其實腸胃跟腦部中間是有一條「高速通道」,稱為腸神經系統(enteric nervous system)。這個系統讓腦部跟腸胃互相溝通,其中最主要的要道便是迷走神經(vagus nerve)。但這又怎樣跟柏金遜病有關呢?

先跟大家介紹一個實驗。於2016年,一研究團隊嘗試把柏金遜患者的糞便移植至老鼠腸胃內(至於怎樣移植嘛?給大家一個專有名詞"oral gavage",自己查查吧…),結果是:老鼠的運動功能受到影響,而且老鼠的腦內出現alpha-synuclein的聚集體(aggregates)。這說明了甚麼?似乎腸胃中的微生物群系(microbiome)可能是柏金遜病的元兇之一。

科學家近年認為腸道內的菌叢不良(dysbiosis)——特別是腸胃中某些促炎性(pro-inflammatory)病菌增多——可能令腸胃細胞中的alpha-synuclein積聚、變質,然後這些出問題的alpha-synuclein會沿著迷走神經一直「感染」鄰近的神經細胞,直至最終到達中腦,令黑質內的多巴胺神經細胞大量死亡,破壞我們的運動神經控制系統。此外,這個理論亦解釋了柏金遜病的病發過程——有不少患者在出現運動性症狀前先會出現腸胃失調及便秘等病徵。而且另一研究亦發現曾接受迷走神經切斷(vagotomy)手術的病人,他們患上柏金遜病的風險是會稍為降低的。

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多巴胺神經細胞(dopaminergic cell)主要在中腦內的黑質(substantia nigra)裡找到。若它們大量死亡,腦部便無法生產足夠的多巴胺,導致控制肌肉的系統不能正常運作。

但最後我想提醒讀者一點,雖然這個理論聽起來既神奇又合理,科學界對此並未有共識,有不少科學家依然認為柏金遜病是由其他原因而來,結論還需更多研究才能揭曉。

節目簡介︰

《零距離科學》集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31及31A播映,本集8月30日播出。港台網站tv.rthk.hk及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。節目網站︰www.rthk.hk/tv/dtt31/programme/sciencewithyou

責任編輯:歐嘉俊
核稿編輯:黎家樂

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