10月18-21日由阿爾茲海默癥協(xié)會(huì )舉辦的關(guān)于A(yíng)poE和免疫的網(wǎng)絡(luò )會(huì )議上，學(xué)者們重點(diǎn)討論了ApoE作為主要的風(fēng)險因素在晚發(fā)型阿爾茲海默癥中阻止膠質(zhì)細胞中的脂質(zhì)代謝，導致β-淀粉樣蛋白的產(chǎn)生及斑塊沉積的相關(guān)研究結果。他們的報告提出攜帶ApoE4的星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞脂質(zhì)降解功能失調（降解十分緩慢），比攜帶ApoE3的膠質(zhì)細胞炎癥更嚴重。更重要的是，ApoE4和膽固醇共同作用促使β-淀粉樣蛋白快速產(chǎn)生，導致斑塊沉積。這個(gè)發(fā)現提示提高脂質(zhì)的代謝可能是一個(gè)治療策略。
阿姆斯特丹Vrije大學(xué)的Betty Tijms教授對ApoE4這種等位基因在A(yíng)D的發(fā)病過(guò)程中是如何改變腦脊液中組蛋白數量進(jìn)行了深入研究。她發(fā)現ApoE4不僅加速淀粉樣蛋白沉淀，而且會(huì )加速其他疾病的進(jìn)程。瑞典哥德堡大學(xué)的Henrik Zetterbergi教授在會(huì )議上說(shuō)：“ApoE4的影響比淀粉樣蛋白的影響更大，且應早于淀粉樣蛋白的影響，這個(gè)結果讓人興奮?！?/span>
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ApoE是一種載脂蛋白，主要作用是在細胞之間運送膽固醇和其他脂質(zhì)。在大腦中，它主要是由星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生。最近，紐約西奈山伊坎醫的Julia TCW和Alison Goate教授研究發(fā)現，ApoE4等位基因編碼的蛋白破環(huán)了人源的iPSC誘導星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞的脂質(zhì)平衡，在阻礙其運輸的同時(shí)促進(jìn)了脂質(zhì)的產(chǎn)生，這種不平衡導致脂質(zhì)在膠質(zhì)細胞內積聚，并引發(fā)炎癥。
那這種不平衡是否會(huì )影響膠質(zhì)細胞對腦的損傷或其導致其他疾病相關(guān)的反應？為了解答以上疑問(wèn)，佛羅里達州杰克遜維爾市梅約診所的Na Wang和Guojun Bu教授給兩個(gè)月齡敲入ApoE 小鼠喂食脫脂藥物cuprizone四周，在一個(gè)月后檢查大腦。敲入ApoE2等位基因的小鼠在小膠質(zhì)細胞清理并分解髓磷脂方面表現效果最 好。相比之下，敲入ApoE4的小鼠清理并分解髓磷脂能力較差，其小膠質(zhì)細胞很少被激活，表現為小膠質(zhì)細胞個(gè)體小、數量少，Iba1的染色很淡，炎癥因子表達很少。這些脆弱的小膠質(zhì)細胞不能完全降解髓磷脂，而是將其存儲為脂滴。敲入ApoE3的小鼠處于二者中間狀態(tài)。以上結果再次證明了ApoE4基因型小膠質(zhì)細胞脂質(zhì)降解功能失調，無(wú)法有效緩解脂質(zhì)堆積壓力。
然而，并不是所有研究者都認同攜帶ApoE的神經(jīng)細胞亞型之間有明顯差異。南舊金山德納利醫療小組的Gilbert di Paolo教授給三個(gè)月大的野生型小鼠注入脫脂藥物cuprizone并進(jìn)行了敲除ApoE等位基因的對比研究（他將敲除ApoE、敲入ApoE3和ApoE4的小鼠培養12周，然后對小鼠的現狀進(jìn)行研究）。Di Paolo教授研究發(fā)現，首先，這些敲入ApoE4基因小鼠的小膠質(zhì)細胞由于無(wú)法清除惡化的髓磷脂，它們將多余的脂質(zhì)以膽固醇形式儲存在細胞內。其次，實(shí)驗觀(guān)察到同亞型之間脂質(zhì)代謝的細微差別，敲入ApoE4的小膠質(zhì)細胞積累的縮醛磷脂和神經(jīng)酰胺比敲入ApoE3的小膠質(zhì)細胞多，而敲入ApoE4的星形膠質(zhì)細胞的鞘磷脂比敲入ApoE3的星形膠質(zhì)細胞含量少。最后，他們懷疑小膠質(zhì)細胞功能障礙可能是在淀粉樣蛋白和Tau蛋白沉積之后出現的，而另一種可能是 ApoE4對脂質(zhì)代謝的影響在人類(lèi)細胞中比在老鼠大腦中更為明顯。
那么ApoE亞型是如何影響膠質(zhì)細胞降解淀粉樣蛋白的呢？匹茲堡大學(xué)的Radosveta Koldamova教授將ApoE基因亞型與合成的Aβ42寡聚物注入到熒光標記小膠質(zhì)細胞的轉基因小鼠大腦中。與敲入ApoE4的小鼠相比，敲入ApoE3小鼠的小膠質(zhì)細胞在24小時(shí)吞噬了近兩倍的β-淀粉樣蛋白。雙光子顯微鏡觀(guān)察結果顯示，ApoE3會(huì )導致小膠質(zhì)細胞吞噬β-淀粉樣蛋白并且比ApoE4更嚴密的封裝肽。敲入ApoE3的小膠質(zhì)細胞比敲入ApoE4的小膠質(zhì)細胞具有更強的轉錄激活活性。值得注意的是，在敲除TREM2的背景下，敲入ApoE3的小膠質(zhì)細胞仍然可以對β-淀粉樣蛋白做出反應，而敲入ApoE4的小膠質(zhì)細胞則無(wú)反應。
Hao Wang和佛羅里達州克里普斯研究所的Scott Hansen合作培養野生型和敲除ApoE小鼠的神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞，然后用超分辨率顯微鏡進(jìn)行觀(guān)察。研究人員將野生型星形膠質(zhì)細胞的培養基添加到野生型神經(jīng)元中，培養基中的ApoE和膽固醇一起護送β-淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）進(jìn)入神經(jīng)元細胞膜中的脂質(zhì)筏中。在那里，APP被β-和γ-分泌酶剪切產(chǎn)生β-淀粉樣蛋白。ApoE4使脂質(zhì)筏中的APP提高了將近一半，因此ApoE4的神經(jīng)元比ApoE3的神經(jīng)元產(chǎn)生β-淀粉樣蛋白的能力更強。研究結果與之前的報告一致，相比ApoE3，ApoE4 增大β-淀粉樣蛋白的產(chǎn)量(Jun 2018 news)。
另一方面，Hao Wang發(fā)現去除膽固醇或ApoE會(huì )使脂質(zhì)筏中的APP的數量減少到幾乎為零，這個(gè)結論幾乎改變了AD的前期病理學(xué)研究結果。缺乏膽固醇的一歲3xTg小鼠幾乎沒(méi)有沉積斑塊和tau磷酸化現象，這與含有膽固醇的同齡3xTg小鼠產(chǎn)生大量的沉積斑塊和磷酸化tau形成鮮明對比(Wang et al.2021)。這些數據進(jìn)一步證實(shí)了利用降低ApoE抑制AD的治療策略。
會(huì )議上， Holtzman小組的Chao Wang和Thomas Mahan教授提供了更多的證據來(lái)支持以上理論。他們成功培育出條件APOE4敲入小鼠（當給tamoxifen時(shí)，其僅在星形膠質(zhì)細胞內喪失ApoE表達），并將這種小鼠與APP/PS1模型小鼠雜交。當雜交小鼠四個(gè)月大時(shí)，科學(xué)家阻斷了星形膠質(zhì)細胞中ApoE的表達，并注入了甲氧西來(lái)來(lái)標記斑塊。兩個(gè)月后，他們發(fā)現大多數小鼠大腦區域的斑塊縮小了一半左右，，阻斷ApoE表達的雜交鼠新形成的斑塊是仍然具有ApoE表達的小鼠的一半。雜交小鼠的星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞吞噬的斑塊幾乎是對照組的兩倍。根據基因表達分析，這些吞噬性膠質(zhì)細胞具有低反應性、低炎癥的表型。
這些小鼠和細胞模型的研究數據結果是否適用對于人腦？對此，Brandon Ebright教授與洛杉磯南加州大學(xué)Hussein Yassine教授合作分析了21個(gè)患AD死者大腦的脂質(zhì)變化，并對照分析了21個(gè)同齡死者大腦內脂質(zhì)情況。他們發(fā)現ApoE4 AD大腦比ApoE3AD大腦中含有更多的促炎脂質(zhì)，如前列腺素-D2和白細胞B4，并且兩者含量都高于健康標準值。但奇怪的是，ApoE4AD大腦中還含有許多的脂質(zhì)介質(zhì)，如脂質(zhì)毒素和resolvins，這有助于緩解炎癥。Ebright教授表示，這些數據共同表明ApoE4會(huì )加劇AD大腦中的炎癥反應。
那么是否有辦法恢復膠質(zhì)細胞中脂質(zhì)代謝呢？Goate研究小組的Anna Podlesny-Drabiniok教授提供了一個(gè)方法。她用來(lái)自ApoE3/3 和4/4供體的iPSC來(lái)制備小膠質(zhì)細胞，發(fā)現激活小膠質(zhì)細胞肝X受體(LXRs)的小分子能增加膽固醇的流出，并恢復ApoE4小膠質(zhì)細胞的溶酶體功能。
動(dòng)物模型研究證明，ApoE4的影響是普遍的，不僅改變了淀粉樣蛋白、脂質(zhì)和炎癥，還包括磷酸化Tau蛋白。為了弄清ApoE4在A(yíng)D的發(fā)病過(guò)程中的影響，Tijms教授進(jìn)行了（ANDI）腦脊液cross-sectional proteomic data分析，包括126個(gè)ApoE4攜帶者的淀粉樣陽(yáng)性樣品和67個(gè)非ApoE4攜帶者淀粉樣陽(yáng)性樣品，對照為60個(gè)淀粉樣沉淀陰性、認知健康的非攜帶者樣品。Tijms教授在按疾病階段對數據進(jìn)行分析時(shí)，她發(fā)現ApoE3 和ApoE4攜帶者的蛋白特征隨著(zhù)各自的阿爾茲海默癥的發(fā)展而有所不同。處于臨床前ApoE4攜帶者表達了許多損傷標記物，但炎癥和補體蛋白的含量低于對照組。隨著(zhù)疾病惡化，補體和炎癥蛋白達到控制線(xiàn)，突觸信號傳導減弱以及細胞粘附蛋白表達下降。Tijms教授認為這可能與基底膽堿能神經(jīng)元損傷有關(guān)。當ApoE3攜帶者開(kāi)始出現早期臨床癥狀時(shí)，突觸信號傳導減弱、細胞粘附蛋白減少。隨著(zhù)他們形成前體細胞，損傷標記物和補體開(kāi)始出現。在癡呆階段，與ApoE4的攜帶者不同，ApoE3的攜帶者的炎癥標記會(huì )增多。
Tijms教授指出ApoE4等位基因加速了AD的發(fā)病，一半的ApoE4攜帶者在60歲之前成為淀粉樣蛋白陽(yáng)性患者。Tijms教授表示將繼續分析（ADNI）腦脊液樣本的脂質(zhì)，從而確定ApoE基因型和疾病進(jìn)展之間的聯(lián)系。
也許基于脂質(zhì)的ApoE研究將會(huì )成為未來(lái)的浪潮。
寧波易賽騰生物科技有限公司 李福云編譯
原文鏈接：
Do Lipids Lubricate ApoE's Part in Alzheimer Mechanisms? | ALZFORUM
