10月18-21日由阿爾茲海默癥協(xié)會舉辦的關(guān)于ApoE和免疫的網(wǎng)絡(luò)會議上，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(xì)胞中的脂質(zhì)代謝，導(dǎo)致β-淀粉樣蛋白的產(chǎn)生及斑塊沉積的相關(guān)研究結(jié)果。他們的報告提出攜帶ApoE4的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞脂質(zhì)降解功能失調(diào)（降解十分緩慢），比攜帶ApoE3的膠質(zhì)細(xì)胞炎癥更嚴(yán)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(dǎo)致斑塊沉積。這個發(fā)現(xiàn)提示提高脂質(zhì)的代謝可能是一個治療策略。
阿姆斯特丹Vrije大學(xué)的Betty Tijms教授對ApoE4這種等位基因在AD的發(fā)病過程中是如何改變腦脊液中組蛋白數(shù)量進(jìn)行了深入研究。她發(fā)現(xiàn)ApoE4不僅加速淀粉樣蛋白沉淀，而且會加速其他疾病的進(jìn)程。瑞典哥德堡大學(xué)的Henrik Zetterbergi教授在會議上說：“ApoE4的影響比淀粉樣蛋白的影響更大，且應(yīng)早于淀粉樣蛋白的影響，這個結(jié)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(xì)胞之間運(yùn)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(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生。最近，紐約西奈山伊坎醫(yī)的Julia TCW和Alison Goate教授研究發(fā)現(xiàn)，ApoE4等位基因編碼的蛋白破環(huán)了人源的iPSC誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的脂質(zhì)平衡，在阻礙其運(yùn)輸?shù)耐瑫r促進(jìn)了脂質(zhì)的產(chǎn)生，這種不平衡導(dǎo)致脂質(zhì)在膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)積聚，并引發(fā)炎癥。
那這種不平衡是否會影響膠質(zhì)細(xì)胞對腦的損傷或其導(dǎo)致其他疾病相關(guān)的反應(yīng)？為了解答以上疑問，佛羅里達(dá)州杰克遜維爾市梅約診所的Na Wang和Guojun Bu教授給兩個月齡敲入ApoE 小鼠喂食脫脂藥物cuprizone四周，在一個月后檢查大腦。敲入ApoE2等位基因的小鼠在小膠質(zhì)細(xì)胞清理并分解髓磷脂方面表現(xiàn)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(xì)胞很少被激活，表現(xiàn)為小膠質(zhì)細(xì)胞個體小、數(shù)量少，Iba1的染色很淡，炎癥因子表達(dá)很少。這些脆弱的小膠質(zhì)細(xì)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(jié)果再次證明了ApoE4基因型小膠質(zhì)細(xì)胞脂質(zhì)降解功能失調(diào)，無法有效緩解脂質(zhì)堆積壓力。
然而，并不是所有研究者都認(rèn)同攜帶ApoE的神經(jīng)細(xì)胞亞型之間有明顯差異。南舊金山德納利醫(yī)療小組的Gilbert di Paolo教授給三個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(yǎng)12周，然后對小鼠的現(xiàn)狀進(jìn)行研究）。Di Paolo教授研究發(fā)現(xiàn)，首先，這些敲入ApoE4基因小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞由于無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(xì)胞內(nèi)。其次，實(shí)驗(yàn)觀察到同亞型之間脂質(zhì)代謝的細(xì)微差別，敲入ApoE4的小膠質(zhì)細(xì)胞積累的縮醛磷脂和神經(jīng)酰胺比敲入ApoE3的小膠質(zhì)細(xì)胞多，而敲入ApoE4的星形膠質(zhì)細(xì)胞的鞘磷脂比敲入ApoE3的星形膠質(zhì)細(xì)胞含量少。最后，他們懷疑小膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙可能是在淀粉樣蛋白和Tau蛋白沉積之后出現(xiàn)的，而另一種可能是 ApoE4對脂質(zhì)代謝的影響在人類細(xì)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(xì)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(biāo)記小膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)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(xì)胞在24小時吞噬了近兩倍的β-淀粉樣蛋白。雙光子顯微鏡觀察結(jié)果顯示，ApoE3會導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬β-淀粉樣蛋白并且比ApoE4更嚴(yán)密的封裝肽。敲入ApoE3的小膠質(zhì)細(xì)胞比敲入ApoE4的小膠質(zhì)細(xì)胞具有更強(qiáng)的轉(zhuǎn)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(xì)胞仍然可以對β-淀粉樣蛋白做出反應(yīng)，而敲入ApoE4的小膠質(zhì)細(xì)胞則無反應(yīng)。
Hao Wang和佛羅里達(dá)州克里普斯研究所的Scott Hansen合作培養(yǎng)野生型和敲除ApoE小鼠的神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞，然后用超分辨率顯微鏡進(jìn)行觀察。研究人員將野生型星形膠質(zhì)細(xì)胞的培養(yǎng)基添加到野生型神經(jīng)元中，培養(yǎng)基中的ApoE和膽固醇一起護(hù)送β-淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）進(jìn)入神經(jīng)元細(xì)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(qiáng)。研究結(jié)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(xiàn)去除膽固醇或ApoE會使脂質(zhì)筏中的APP的數(shù)量減少到幾乎為零，這個結(jié)論幾乎改變了AD的前期病理學(xué)研究結(jié)果。缺乏膽固醇的一歲3xTg小鼠幾乎沒有沉積斑塊和tau磷酸化現(xiàn)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(shù)據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了利用降低ApoE抑制AD的治療策略。
會議上， Holtzman小組的Chao Wang和Thomas Mahan教授提供了更多的證據(jù)來支持以上理論。他們成功培育出條件APOE4敲入小鼠（當(dāng)給tamoxifen時，其僅在星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)喪失ApoE表達(dá)），并將這種小鼠與APP/PS1模型小鼠雜交。當(dāng)雜交小鼠四個月大時，科學(xué)家阻斷了星形膠質(zhì)細(xì)胞中ApoE的表達(dá)，并注入了甲氧西來來標(biāo)記斑塊。兩個月后，他們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)小鼠大腦區(qū)域的斑塊縮小了一半左右，，阻斷ApoE表達(dá)的雜交鼠新形成的斑塊是仍然具有ApoE表達(dá)的小鼠的一半。雜交小鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬的斑塊幾乎是對照組的兩倍。根據(jù)基因表達(dá)分析，這些吞噬性膠質(zhì)細(xì)胞具有低反應(yīng)性、低炎癥的表型。
這些小鼠和細(xì)胞模型的研究數(shù)據(jù)結(jié)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個患AD死者大腦的脂質(zhì)變化，并對照分析了21個同齡死者大腦內(nèi)脂質(zhì)情況。他們發(fā)現(xiàn)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(xì)胞B4，并且兩者含量都高于健康標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)共同表明ApoE4會加劇AD大腦中的炎癥反應(yīng)。
那么是否有辦法恢復(fù)膠質(zhì)細(xì)胞中脂質(zhì)代謝呢？Goate研究小組的Anna Podlesny-Drabiniok教授提供了一個方法。她用來自ApoE3/3 和4/4供體的iPSC來制備小膠質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)激活小膠質(zhì)細(xì)胞肝X受體(LXRs)的小分子能增加膽固醇的流出，并恢復(fù)ApoE4小膠質(zhì)細(xì)胞的溶酶體功能。
動物模型研究證明，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AD的發(fā)病過程中的影響，Tijms教授進(jìn)行了（ANDI）腦脊液cross-sectional proteomic data分析，包括126個ApoE4攜帶者的淀粉樣陽性樣品和67個非ApoE4攜帶者淀粉樣陽性樣品，對照為60個淀粉樣沉淀陰性、認(rèn)知健康的非攜帶者樣品。Tijms教授在按疾病階段對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，她發(fā)現(xiàn)ApoE3 和ApoE4攜帶者的蛋白特征隨著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(dá)了許多損傷標(biāo)記物，但炎癥和補(bǔ)體蛋白的含量低于對照組。隨著疾病惡化，補(bǔ)體和炎癥蛋白達(dá)到控制線，突觸信號傳導(dǎo)減弱以及細(xì)胞粘附蛋白表達(dá)下降。Tijms教授認(rèn)為這可能與基底膽堿能神經(jīng)元損傷有關(guān)。當(dāng)ApoE3攜帶者開始出現(xiàn)早期臨床癥狀時，突觸信號傳導(dǎo)減弱、細(xì)胞粘附蛋白減少。隨著他們形成前體細(xì)胞，損傷標(biāo)記物和補(bǔ)體開始出現(xiàn)。在癡呆階段，與ApoE4的攜帶者不同，ApoE3的攜帶者的炎癥標(biāo)記會增多。
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性患者。Tijms教授表示將繼續(xù)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研究將會成為未來的浪潮。
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
