圖 1. APOE4 基因是 AD 的主要遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素^[3]
a：三種 APOE 蛋白突變體的結(jié)構(gòu)；b：APOE4 基因劑量依賴性增加 AD 風(fēng)險(xiǎn)并降低發(fā)病年齡

■ APOE4，阿爾茲海默癥 “預(yù)判者”？
作為阿爾茨海默病的主要易感基因，APOE4  如何做到“預(yù)判你的預(yù)判”？血腦屏障 (BBB) 的破壞是人類認(rèn)知功能障礙的早期生物標(biāo)記物。2020 年 4 月，Montagne 等人發(fā)表在 Nature 的研究結(jié)果證明：APOE4 相關(guān)的認(rèn)知衰退與血腦屏障 (BBB) 損傷有關(guān)，并且這種損傷早在 AD 發(fā)生之前就可以發(fā)生。

作者團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)認(rèn)知正常者的 APOE4 (ε3/ε4 和 ε4/ε4) 攜帶者的海馬 (HC) 和內(nèi)側(cè)顳葉中 (PHG) 中的血腦屏障被破壞，但臨床癡呆評(píng)分 (CDR) 評(píng)分均為0。當(dāng) CDR=0.5 時(shí)，APOE4 攜帶者 HC 和 PHG 的血腦屏障破壞會(huì)進(jìn)一步增加，且這種增加與腦脊液 (CSF) Aβ 和 tau 蛋白變化無關(guān)。
 

圖 2. APOE4 攜帶者海馬和海馬旁回血腦屏障的破壞^[5]  

a.HG 和 PHG 的示意圖 b. 動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)磁共振成像技術(shù)在 APOE3 純合子 和 APOE4 攜帶者的海馬區(qū) (HC) 生成血腦屏障 (BBB) 通透性 K_trans 圖。c. CDR 0 或 0.5 的情況下， APOE4 攜帶者 HC 和 PHG 中的 K_trans 值。

此外，Montagne 等人還研究發(fā)現(xiàn)與 APOE3 攜帶者相比，APOE4 攜帶者的腦脊液中周皮細(xì)胞損傷的生物標(biāo)志物: 一種可溶性的蛋白質(zhì)稱為血小板源生長(zhǎng)因子受體-β (sPDGFRβ) 也會(huì)升高。

AD 進(jìn)程中，APOE 如何發(fā)力？

■ APOE 同種型的不同效力

ApoE2, ApoE3, and ApoE4 Differentially Stimulate APP Transcription and Aβ Secretion 一文表明人類神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞 ApoE 的三種遺傳同種型 (ApoE2、ApoE3 和 ApoE4) 激活 APP 基因轉(zhuǎn)錄和 Aβ 合成方面的表現(xiàn)出不同的效力。

ApoE 以 ApoE4 > ApoE3 > ApoE2 效力等級(jí)順序激活非經(jīng)典 MAP 激酶信號(hào)通路: DLK → MKK7 → ERK1/2 MAP 激酶途徑，并且增強(qiáng)了 APP 轉(zhuǎn)錄和淀粉樣蛋白-β 合成。
 

當(dāng) Aβ 產(chǎn)生過多和/或清除效率不高時(shí)，就會(huì)發(fā)生 Aβ 聚集。淀粉樣斑塊的主要成分 Aβ 纖維的形成經(jīng)歷三個(gè)動(dòng)力學(xué)階段: 滯后期、生長(zhǎng)期和平臺(tái)期。APOE 對(duì) Aβ 纖維形成的影響不一致，研究表明，APOE 在 Aβ 沉積的初始播種階段起著至關(guān)重要的作用，在這個(gè)時(shí)期星形膠質(zhì)細(xì)胞 APOE4 過表達(dá)會(huì)加劇淀粉樣病變。
 

圖 4. APOE 的異構(gòu)體和 Aβ 的聚集和清除^[9]

a. Aβ 從大腦中被移除的主要途徑包括血腦屏障的清除、細(xì)胞攝取和隨后的降解、酶降解、ISF體流的清除以及腦脊液吸收進(jìn)入循環(huán)和淋巴系統(tǒng)。b. 大腦 Aβ 清除不足導(dǎo)致Aβ 積累。

■ APOE4 如何損傷大腦？
除了上述與“主流”觀點(diǎn)相關(guān)的 APOE4 影響 AD 進(jìn)程論。Thomas E. Willnow 等人在 Alzheimers Dement 雜志上發(fā)表了一項(xiàng)新研究，探索了AD 進(jìn)程中，ApoE4 基因損傷大腦的新機(jī)制。

APOE 作為一種脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可以為神經(jīng)元提供重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括不飽和脂肪酸 (神經(jīng)元周圍細(xì)胞膜的組成部分，PUFA)。APOE 的結(jié)合受體 sortilin，該受體介導(dǎo)將結(jié)合 apoE 的貨物 (apoE-bound cargo；也就是營(yíng)養(yǎng)成分) 攝取到神經(jīng)元中。

作者團(tuán)隊(duì)將 Sort1 defect (KO) 引入到帶有編碼人類 APOE3 或 APOE4 基因座，靶向替換小鼠 Apoe 位點(diǎn) (E3; KO 或者 E4; KO)。與野生型鼠 (WT) 相比，sortilin 的丟失會(huì)導(dǎo)致 KO 小鼠的皮質(zhì)和海馬中人 APOE3 和 4 (圖 5a)。在 sortilin 缺陷小鼠中， Aβ40 水平增加了兩倍 (圖 5b)。
 

APOE4 破壞了 Sortilin 的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝取作用^[12]

a. APOE3/4 的腦積聚。b. 可溶性 Aβ40 沉積。c.多不飽和脂肪酸 (PUFA) 的水平變化。d-e, APOE4 破壞了 sortilin 的細(xì)胞表面再循環(huán)

作者團(tuán)隊(duì)還使用基于 LC-MS 的脂質(zhì)組學(xué)來確定 (E3;KO) 和 (E4;KO) 小鼠腦皮質(zhì)中各種不飽和脂肪酸 (PUFA) 的水平。APOE3 小鼠中，sortilin 的缺失會(huì)損害神經(jīng)保護(hù)性 PUFA 攝取途徑，增加淀粉樣蛋白形成。APOE4 的野生型小鼠中有類似的現(xiàn)象。APOE4 會(huì)損害 sortilin 介導(dǎo)的神經(jīng)元對(duì)脂質(zhì)的攝取途徑（圖 5d-e)。這種損害使得神經(jīng)細(xì)胞吸收的脂肪酸越來越少，神經(jīng)細(xì)胞無法保護(hù)自己，導(dǎo)致發(fā)炎。

靶向 APOE 的治療

在 AD 領(lǐng)域，靶向 APOE 的治療主要集中在以下幾個(gè)方面。

■ 增加 APOE 水平及其脂質(zhì)化
大腦中的 APOE4 比 APOE2 和 APOE3 的脂化水平低且穩(wěn)定，因此，增加大腦中的 APOE4 與脂質(zhì)的結(jié)合，可能加速 Aβ 的清除。Bexarotene 通過誘導(dǎo) ABCA1 和 ABCG1 基因表達(dá)，增強(qiáng) APOE 的脂質(zhì)化，并增加 APOE 的表達(dá)水平，可快速降低 AD 小鼠腦內(nèi)的 Aβ 斑塊負(fù)荷，改善認(rèn)知能力。目前 Bexarotene 正在進(jìn)行針對(duì)于 AD 治療的臨床試驗(yàn) (NCT01782742)。

■ 阻斷 APOE 與 Aβ 的相互作用
抗 APOE 單克隆抗體 (HJ6.3) 可顯著降低 APP/PS1 轉(zhuǎn)基因記憶缺陷小鼠腦內(nèi)不溶性 Aβ 水平、Aβ 斑塊負(fù)荷和 APOE 水平。利用一種與 APOE 結(jié)合的合成多肽 Aβ12-28P 干擾 APOE 和 Aβ 的結(jié)合，可降低記憶缺陷小鼠的可溶性和不溶性 Aβ 水平和 Aβ 斑塊負(fù)荷，并減少了 APOE 在 Aβ 斑塊中的沉積。

■ APOE 類似物
APOE 類似物 (APOE 的 N 端片段，包括其受體結(jié)合基序) 已被證明可改善各種阿爾茨海默病小鼠模型中的 Aβ 水平和 Aβ 斑塊負(fù)荷、tau 過度磷酸化和神經(jīng)炎癥，但尚未進(jìn)入人類臨床試驗(yàn)。

■ 基因治療
CRISPR-Cas9 編輯技術(shù)用于編輯轉(zhuǎn)換 APOE 等位基因的應(yīng)用已在細(xì)胞培養(yǎng)層面獲得成功，但仍有待在小鼠敲除實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證。然而，應(yīng)用基因治療來表達(dá) APOE ε2 并提高 APOE ε4 攜帶者 (甚至是 APOE ε3 純合子) 中的 APOE ε2 表達(dá)水平已成為可能，該方法正在進(jìn)行臨床試驗(yàn) (NCT0363407)。

不難看出，科學(xué)家們對(duì)于 APOE 在 AD 方面的研究目前主要還停留在動(dòng)物甚至是細(xì)胞或分子層面，真正進(jìn)入臨床試驗(yàn)的鳳毛麟角，但是該靶點(diǎn)仍然被寄予厚望，希望在不久的將來能看到新的突破。
 

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參考文獻(xiàn)
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