期刊資訊：《Aging (Albany NY)》2019, Vol. 11, Issue. 2, 756-770
研究團隊：Chen LH, Huang SY, Huang KC, Hsu CC, Yang KC, Li LA, Chan CH, Huang HY.
論文題目：Lactobacillus paracasei PS23 decelerated age‐related muscle loss byensuring mitochondrial function in SAMP8 mice
本研究探討了副乾酪乳桿菌PS23（Lactobacillus paracasei PS23）對減緩肌少症的影響，並以快速老化小鼠 (Senescence-Accelerated Mouse Prone 8, SAMP8) 作為實驗模型。
研究發現，這種益生菌能顯著提升肌肉質量與力量，並透過調節關鍵基因來維持粒線體功能。實驗數據顯示，PS23有助於減少體內的發炎因子與氧化壓力，進而中斷導致肌肉萎縮的惡性循環。此外，該菌株還能增進蛋白質的吸收率，確保高齡個體獲得足夠的營養以維持肌肉合成。總體而言，PS23被認為是預防老化相關肌肉流失的一種具潛力的治療策略。
粒線體功能與肌肉萎縮之間有什麼關聯？
粒線體功能障礙（Mitochondrial dysfunction）是導致衰老相關肌少症（Sarcopenia）的主要因素之一。粒線體與肌肉萎縮之間的關聯可以從以下幾個核心層面來理解：
1. 能量供應與蛋白質代謝
粒線體在骨骼肌中承擔著提供能量（ATP）、維持氧化還原穩態以及調節多種分解代謝途徑的關鍵任務，這些功能與肌肉組織的維持息息相關。當粒線體功能受損時，ATP的產量會減少，這被認為是肌肉蛋白質周轉率（Protein turnover）降低的基礎，進而導致肌肉質量的流失。
2. 衰老相關的功能全面衰退
隨著年齡增長，骨骼肌中的粒線體會出現多方面的功能下降，包括：
- 耗氧率（O2 consumption）下降
- 粒線體生物合成（Biogenesis）減少（如 PGC1α, NRF1, TFAM 等基因表達降低）
- 粒線體質量（Mass）與 mtDNA 拷貝數減少
- 三羧酸循環（TCA cycle）酶活性與 ATP 合成能力減弱
研究顯示，老年人粒線體ATP合成與耗氧率的下降，與其步行速度有著顯著的相關性。
3. 炎症、活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）與損傷循環
研究提出了一個導致肌少症的惡性循環機制：
- 炎症誘發障礙：衰老相關的炎症會引發粒線體功能障礙
- 氧化應激加劇：功能有障礙的粒線體會產生更多的活性氧（ROS）和促炎細胞因子
- 循環損傷：這些ROS會進一步破壞粒線體DNA（mtDNA）並損害氧化磷酸化過程，導致產能效率更低並生成更多ROS，最終陷入損傷循環，加速肌肉萎縮
4. 遺傳與分子層面的證據
研究發現，表現出易錯型mtDNA聚合酶-γ（error-prone mtDNA polymerase-γ）的小鼠，在年輕時就會出現肌少症，這提供了mtDNA損傷、粒線體功能障礙與肌肉萎縮之間直接關聯的證據。
粒線體是維持肌肉健康的核心，它透過確保能量供應、抑制過度炎症以及維持氧化平衡來防止肌肉流失；而確保粒線體功能（Ensuring mitochondrial function）被視為延緩或減輕肌少症進程的重要策略。
PS23 在改善老年發炎及氧化壓力中的作用？
PS23在改善SAMP8小鼠的發炎反應與氧化壓力方面扮演了關鍵角色，其具體實驗結果數據如下：
1. 改善老年發炎反應
PS23透過調節細胞因子（Cytokines）的水平，成功阻斷了由發炎引起的肌肉萎縮惡性循環：
- 降低促炎細胞因子：
- IL-6（白介素-6）：實驗顯示，控制組（老化小鼠）血清中的IL-6 比年輕組高出38.5%，而PS23組則成功降低了血清中約10% 的IL-6水平。
- TNFα（腫瘤壞死因子）與MCP1（單核球趨化蛋白-1）：數據顯示PS23組的TNFα和MCP1濃度顯著低於控制組，恢復到接近年輕組（Non-aging）的水平。
- 提升抗炎細胞因子：
- IL-10（白介素-10）：IL-10具有抑制發炎的效果。控制組血清中的IL-10濃度最低（約30 pg/ml），而PS23組顯著提升了IL-10濃度至約40 pg/ml，有助於緩解老化相關的慢性發炎。
2. 緩解氧化壓力與增強抗氧化能力
PS23顯著降低了肌肉組織中的氧化損傷標記，並提升了自體抗氧化酶的基因表達：
- 降低氧化損傷標記：
- 蛋白質羰基化合物（Protein Carbonyl）：這是評估氧化壓力的即時標記。控制組肌肉中的含量最高（約14.5 nmol/mg），而 PS23組大幅降低至約2.8 nmol/mg，與年輕組（約1.2 nmol/mg）的差異在統計上不顯著，顯示其極佳的保護作用。
- 增強抗氧化酶基因表達（mRNA levels）：
- 與控制組相比，PS23組顯著增強了超氧化物歧化酶 (SOD) 和穀胱甘肽過氧化物酶 (GPx) 的mRNA表達量。
- 具體數據顯示，PS23組的SOD相對表達量約為1.5（控制組為 1.0），GPx約為1.3（控制組為1.0）。
PS23 如何提升蛋白質消化率與吸收？
PS23透過顯著降低糞便中的蛋白質流失，進而提升老年小鼠的蛋白質消化率與吸收效率。
以下為具體實驗數據與機制：
1. 減少糞便中的蛋白質流失
實驗結果顯示，在攝取相同量蛋白質的情況下，補充PS23的小鼠從糞便中排除的未消化蛋白質顯著減少。
- 每日平均蛋白質攝取量：控制組（0.87 ± 0.01克）與PS23組（0.86 ± 0.05克）之間沒有顯著差異。
- 每日糞便蛋白質含量：控制組為0.15 ± 0.01克，而PS23組顯著降低至0.08 ± 0.01克（p<0.05）。這顯示PS23幫助老年小鼠在腸道中更有效地留住並利用蛋白質，而非將其排出體外。
2. 提升蛋白質消化率 (Protein Digestibility)
研究透過公式 [(總蛋白質攝取量 – 糞便總蛋白質) / 總蛋白質攝取量] 計算出消化率，結果顯示PS23顯著改善了老年個體對蛋白質的處理能力：
- 控制組（老化小鼠）：蛋白質消化率為81.23 ± 1.7 %。
- PS23組：蛋白質消化率提升至89.81 ± 0.91 %。相較於未受保護的老化控制組，PS23讓消化效率提升了約8.5%，且具有顯著差異。
3. 維持肌肉蛋白質的平衡
這種蛋白質吸收效率的提升，對預防肌少症至關重要：
- 平衡合成與分解：蛋白質吸收的增加有助於老年個體維持肌肉蛋白質合成（MPS）與肌肉蛋白質分解（MPB）之間的平衡。
- 腸肌軸（Gut-Muscle Axis）：腸道菌群可能透過調節腸道微環境，協助營養素（如纖維與蛋白質）代謝成介質（如短鏈脂肪酸），這些介質進入系統循環後，能進一步促進肌肉細胞的健康。
PS23 如何改善肌肉質量與肌力？
PS23 透過改善身體組成與提升功能性表現，顯著減緩了老化過程中的肌肉流失與衰弱。以下是相關的實驗數據：
1. 改善身體組成（肌肉質量提升）
實驗使用28週齡的老化加速小鼠（SAMP8）進行為期12週的測試，結果顯示PS23能有效維持肌肉比例：
- 肌肉比例：老化控制組的肌肉比例顯著下降（約為33%），而補充 PS23 的小鼠肌肉比例顯著較高（約45-48%），成功減緩了因衰老引起的肌肉流失。
- 體脂肪比例：相較於老化控制組（體脂最高，約62%），PS23組小鼠的體脂肪比例顯著較低（約51%）。
2. 提升肌肉力量與耐力（功能性表現）
研究透過「四肢懸掛測試」與「握力測試」評估PS23對肌力的實際改善效果：
- 懸掛衝量（Holding Impulse）：
- 老化控制組小鼠的懸掛衝量比年輕組下降了64%。
- PS23組顯著減緩了這種衰退，其表現顯著高於老化控制組（PS23 組約為60 Nsec，而控制組僅約35 Nsec）。
- 握力測試（Grip Force）：
- 老化控制組的握力比年輕組下降了8%。
- PS23組的握力表現顯著回升（約94 gram-force），甚至達到與年輕小鼠（約93 gram-force）相當的程度，顯示PS23具有維持老化個體肌力的潛力。
3. 核心機制
這些質與量的改善背後有幾項核心數據支持：
- 粒線體健康：PS23組的粒線體生物能量健康指數（BHI）是老化控制組的2.7倍。
- 蛋白質利用：PS23將蛋白質消化率從81.23%提升至89.81%，確保了肌肉合成所需的營養供應。
- 抗發炎與抗氧化：PS23降低了10%的促炎因子IL-6，並將肌肉中的氧化損傷標記（蛋白質羰基）從14.5大幅降至2.8 nmol/mg。
研究重點摘要
1. 腸肌軸（Gut-Muscle Axis）的研究意涵
- 傳統觀點將腸道與骨骼肌視為功能相對獨立的生理系統，近年研究提出「腸肌軸」概念，強調兩者藉由代謝訊號進行雙向調控。
- 本研究顯示，PS23的生理效應不限於消化道，可透過全身性代謝訊號傳遞途徑影響骨骼肌的生理狀態。
- 此發現支持特定益生菌菌株具有腸道外作用（extra-intestinal effects），在老化相關肌肉退化（sarcopenia）的介入研究中具有潛在應用價值。
2. 身體組成（Body Composition）之差異
- 以老化加速模型小鼠（SAMP8）為實驗對象，PS23介入組與對照組在身體組成層面觀察到顯著差異：
- 肌肉比例（Muscle Percentage）：PS23組顯著高於老化對照組，顯示其對老化性肌肉萎縮具有抑制效果。
- 脂肪比例（Fat Percentage）：PS23組顯著低於對照組，提示其可能改善老化伴隨的肌少型肥胖（sarcopenic obesity）特徵。
- 研究結果表明，體重作為單一指標不足以反映老化介入效果；身體組成的變化（lean mass vs. fat mass）為更具臨床意義的評估維度。
3. 線粒體生合成（Mitochondrial Biogenesis）與生物能量代謝
- PS23介入可上調骨骼肌中線粒體生合成相關調控基因的表現，包括：PGC-1α、SIRT1、NRF1、TFAM。
- 生物能量健康指數（Bioenergetic Health Index, BHI）：PS23組為對照組之2.7倍，反映整體粒線體功能的顯著改善。
- 最大耗氧率（Maximum OCR）：PS23組呈現1.5倍的維持趨勢
- 功能性評估結果：PS23組小鼠的握力（Grip force）與耐力（Holding impulse）均顯著優於對照組，與粒線體功能的改善具一致性。
4. 發炎調控與氧化壓力（Inflammation & Oxidative Stress）
- 慢性低度發炎（Inflammaging）是老化相關肌肉退化的重要促進因子，PS23介入呈現多靶點的抗發炎效果：
- IL-10（抗發炎細胞激素）：血清濃度顯著上升。
- IL-6（急性發炎指標）：血清濃度降低約10%。
- TNF-α與MCP-1（促發炎關鍵蛋白質）：相關促發炎因子的表現受到顯著抑制。
- 在骨骼肌中，PS23可上調抗氧化酶基因的表現：
- SOD（超氧化物歧化酶）與GPx（麩胱甘肽過氧化酶）表現量顯著提升。
- 蛋白質羰基含量（Protein Carbonyl）（氧化損傷指標）顯著降低，提示氧化壓力獲得有效緩解。
5. 蛋白質消化率（Protein Digestibility）之改善
- 研究量測了各組的蛋白質消化率達統計顯著差異，結果如下：
- 老化對照組：81.23%
- PS23 介入組：89.81%
- 此結果提示PS23可能透過改善腸道消化環境，提升胺基酸的生物可利用率（bioavailability），在攝食量不變的條件下，增加肌肉合成的物質，對老化相關厭食（anorexia of aging）族群具潛在臨床意義。
科學意義與未來展望
本研究以SAMP8老化加速小鼠模型為基礎，系統性地呈現了Lactobacillus paracasei PS23在延緩老化性肌肉退化方面的多機轉作用。研究結果涵蓋身體組成、粒線體生合成、發炎調控、氧化壓力抑制及蛋白質消化率等多個生理層面，提供了益生菌介入與骨骼肌功能之間相對完整的生物學路徑。
研究結果進一步支持了腸肌軸（Gut-Muscle Axis）作為可研究框架的科學價值—腸道微生物的調控效應，可透過全身性代謝與免疫訊號延伸至肌肉組織，影響範圍遠超過消化道本身。其中，PGC-1α／SIRT1／TFAM 調控軸的活化，以及身體健康指數（BHI）的顯著提升，為粒線體功能在肌少症病理中的核心角色，提供了更紮實的實驗依據。
值得注意的是，SAMP8小鼠雖為廣泛採用的老化加速模型，其遺傳背景與老化時間尺度與人類生理老化仍有所差異。未來研究期待透過人體臨床試驗驗證PS23對肌少症相關臨床指標（包括肌肉量、握力、步行速度）實際效益的下一步，同時也將進一步釐清腸道菌相變化與肌肉功能之間的因果關係。
