載脂蛋白E在阿爾茨海默病中的研究進(jìn)展

劉露露，侯苗苗，常珊珊，賈東凱，李文霞綜述，李新毅審校

AD是一種以淀粉樣蛋白β(beta-amyloid protein，Aβ)積累到腦實(shí)質(zhì)和脈管系統(tǒng)中的細(xì)胞外斑塊以及異常磷酸化的Tau蛋白在神經(jīng)元內(nèi)積累形成神經(jīng)原纖維纏結(jié)為特征性病理變化的神經(jīng)退行性疾病，其流行率預(yù)計(jì)將隨著世界人口平均年齡的增長而迅速增長[1]。少部分AD患者在65歲之前出現(xiàn)癥狀，稱早發(fā)型阿爾茨海默癥(early-onset Alzheimer’s disease，EOAD)，超過95%的患者是在老年期發(fā)病，稱晚發(fā)型阿爾茨海默癥(late-onset Alzheimer’s disease，LOAD)。除了高齡，LOAD的危險(xiǎn)因素還包括有心血管疾病史、受教育程度低、抑郁、APOE4基因等[2]。APOE被認(rèn)為是LOAD主要的遺傳危險(xiǎn)因素。

人APOE是由一種由299個(gè)氨基酸組成的酸性糖蛋白，在中樞和外周系統(tǒng)中均有表達(dá)[3]，其蛋白亞型有三種：APOE2、APOE3、APOE4，三者之間的差異在于112位和158位氨基酸種類不同，這種差異導(dǎo)致三種蛋白亞型不同的結(jié)構(gòu)和功能[4]。編碼基因中ε3是最常見的基因型，相對于ε3/ε3基因型人群來說，含一個(gè)ε4等位基因人群患AD的風(fēng)險(xiǎn)增加3.7倍，含有兩個(gè)ε4等位基因人群增加12倍的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[5]，而ε2基因被闡明可以降低AD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[6]。關(guān)于APOE與AD之間的關(guān)系，已被發(fā)現(xiàn)可能涉及多種途徑，例如Aβ沉積，Tau蛋白磷酸化，突觸可塑性的破壞，神經(jīng)炎癥，脂質(zhì)、葡萄糖代謝異常，線粒體功能異常和血管完整性破壞等[7]。

1 載脂蛋白E與β淀粉樣蛋白

APOE以同種型特異性方式同時(shí)影響Aβ的清除和聚集。文獻(xiàn)中普遍認(rèn)為，APOEε4基因型的AD患者比APOEε4非攜帶者有更差的記憶力和更高水平的Aβ[8]。

有研究[9]發(fā)現(xiàn)，APOE與受體結(jié)合激活雙亮氨酸拉鏈激酶，繼而激活MKK7和ERK1/2 MAP激酶，活化的ERK1 / 2誘導(dǎo)cFos磷酸化，刺激轉(zhuǎn)錄因子AP-1，而后增強(qiáng)淀粉樣β-前體蛋白(APP)的轉(zhuǎn)錄，最終增加Aβ的水平。隨后，Huang等[10]將HEK293細(xì)胞源性的APOE整合到人胚胎干細(xì)胞源性和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞源性神經(jīng)元中，發(fā)現(xiàn)APOE可以誘導(dǎo)淀粉樣前體蛋白轉(zhuǎn)錄和Aβ生成，并進(jìn)一步闡明，這一過程是通過APOE以亞型依賴的方式(APOE4> APOE3> APOE2)刺激人神經(jīng)元中非經(jīng)典的促絲裂原活化蛋白(MAP)激酶信號傳導(dǎo)途徑來完成的。然而對APOE基因敲入小鼠進(jìn)行RNA測序，發(fā)現(xiàn)參與內(nèi)體-溶酶體途徑的基因大量聚集，并未揭示與APOE相關(guān)的APP的轉(zhuǎn)錄調(diào)控[11]。利用表面等離子體共振和硫黃蛋白- t檢測相結(jié)合的方法，Islam等[12]發(fā)現(xiàn)APOE可以靶向Aβ纖維伸長的過程，并且有效地阻止淀粉樣蛋白的成熟。

與APOE ε 3敲入小鼠相比，攜帶APOE ε 4小鼠中血腦屏障相關(guān)細(xì)胞清除Aβ聚集物的能力受損[13]。也有研究[14]表明APOE與Aβ競爭lrp1依賴的細(xì)胞攝取途徑，從而阻斷約50%的星形膠質(zhì)細(xì)胞對Aβ細(xì)胞的清除。隨后有研究[15]證實(shí)與APOE3相比，APOE4損害了神經(jīng)膠質(zhì)Aβ的攝取和吞噬作用。然而目前尚不清楚APOE與Aβ相互作用發(fā)揮神經(jīng)毒性增強(qiáng)還是保護(hù)功能喪失作用[16]。

2 載脂蛋白E與Tau蛋白

大量研究表明Tau的聚集與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)[17]。近年來，人們發(fā)現(xiàn)在Aβ沉積的大腦中可見APOE與Tau纏結(jié)，而且相較于其他基因型個(gè)體，APOEε4/ε4純合子基因的個(gè)體大腦中Tau聚集體最多，然而在不含Aβ沉積的大腦中未有這一發(fā)現(xiàn)[18，19]，這些暗示Tau纖維纏結(jié)過程可能需要病理性Aβ的參與，即APOE不同亞型對Tau的影響可能繼發(fā)于Aβ沉積之后。而后全基因組關(guān)聯(lián)研究[20]表明，APOE基因與磷酸化Tau的腦脊液水平相關(guān)，在控制腦脊液淀粉樣蛋白水平后，這種關(guān)聯(lián)仍然很顯著。目前關(guān)于APOE對Tau病變的亞型依賴作用尚不清楚。最新研究[21]表明，干細(xì)胞源性神經(jīng)元興奮性損傷后內(nèi)源性表達(dá)的APOE4，使神經(jīng)元易于發(fā)生鈣失調(diào)，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。而這種變化與細(xì)胞內(nèi)Tau蛋白磷酸化產(chǎn)生與釋放的增加有關(guān)。Wadhwani等[21]使用攜帶APOEε4的多能干細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，APOE4會(huì)通過硫酸肝素蛋白多糖依賴性機(jī)制以異構(gòu)體依賴性方式增加磷酸化Tau蛋白的釋放。也有研究[22]發(fā)現(xiàn)，APOE4脂蛋白的特異性脂質(zhì)成分影響小膠質(zhì)細(xì)胞膜上的脂筏結(jié)構(gòu)，從而誘導(dǎo)更強(qiáng)的疾病相關(guān)膠質(zhì)細(xì)胞表型，加劇Tau的病理性變。Bonham等[23]發(fā)現(xiàn)，APOE介導(dǎo)的補(bǔ)體C3的沉積某種程度上與Tau的磷酸化有關(guān)。

3 載脂蛋白E與突觸完整性

現(xiàn)有的研究表明，突觸及樹突的減少，會(huì)誘導(dǎo)神經(jīng)元活動(dòng)異常[24]，進(jìn)一步引起神經(jīng)環(huán)路的調(diào)節(jié)異常，最后導(dǎo)致癡呆[25]。Lane-Donovan等研究[26]表明APOE4通過將ldlr家族成員載脂蛋白受體2(也稱為lrp8)隔離在細(xì)胞核內(nèi)，降低ldlr家族成員載脂蛋白受體2在神經(jīng)元表面表達(dá)，進(jìn)而抑制reelin介導(dǎo)的突觸傳遞。有學(xué)者使用人類ApoEε4和ApoEε3靶向基因替代小鼠，并從這些轉(zhuǎn)基因小鼠中進(jìn)行了基因修飾的原代神經(jīng)元，證明了APOE4通過調(diào)節(jié)PGC-1α-Sirt3信號途徑降低了ATP的產(chǎn)生，觸發(fā)了線粒體的氧化應(yīng)激，隨后破壞了突觸并導(dǎo)致認(rèn)知障礙[27]。樹突棘是組成突觸后細(xì)胞的物理結(jié)構(gòu)，樹突棘穩(wěn)定性的主要調(diào)節(jié)劑之一是鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性磷酸酶鈣調(diào)磷酸酶(PP2B)。研究[28]發(fā)現(xiàn)APOE4小鼠PP2B活性增強(qiáng)，激活的PP2B酶引起AMPA受體GluR1亞基上的ser(845)位點(diǎn)去磷酸化。這導(dǎo)致AMPA受體數(shù)量減少及內(nèi)吞作用的減弱，最終導(dǎo)致樹突棘減少。

4 載脂蛋白E與神經(jīng)炎癥

促炎因子及抗炎因子的聚集與AD患者認(rèn)知功能的變化相關(guān)，這表明炎癥細(xì)胞因子的平衡在病理性免疫狀況中發(fā)揮重要作用，這種平衡的打破可能會(huì)促進(jìn)AD的病理化進(jìn)程[29]。目前已發(fā)現(xiàn)可能參與神經(jīng)炎癥調(diào)節(jié)的其他的AD風(fēng)險(xiǎn)因子，如：TREM2，CLU，CR1，CD33，及ABCA7[30]。有研究[31]發(fā)現(xiàn)，APOE4增加促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，降低體內(nèi)平衡基因的表達(dá)，即在APOE4的作用下，小膠質(zhì)細(xì)胞從一種自平衡表型轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)退化相關(guān)表型。也有學(xué)者[32]發(fā)現(xiàn)APOE4轉(zhuǎn)基因小鼠模型中小膠質(zhì)細(xì)胞的反應(yīng)性增加，而小膠質(zhì)細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞激活增加，進(jìn)而加劇炎癥。此外，這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，小鼠APOE4增加了促炎癥基因的和下調(diào)穩(wěn)態(tài)基因的表達(dá)。

5 載脂蛋白E與葡萄糖代謝及線粒體功能

中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的胰島素抵抗及胰島素信號傳導(dǎo)受損，已被證明與AD的病理過程相關(guān)，因此有AD有了“3型糖尿病”之稱[33]。與AD-E3相比，攜帶APOE4的AD患者雙側(cè)下額回的大腦葡萄糖消耗顯著降低[34]。有研究[35]表明，AD患者腦內(nèi)RCAN1(鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶1)和IDE(胰島素降解酶)的mRNA和蛋白水平發(fā)生變化，這種變化在APOE4攜帶者中尤為明顯。因此APOE可能通過IDE和RCAN1來影響腦內(nèi)葡萄糖代謝，具體機(jī)制需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明。Zhao等[36]研究發(fā)現(xiàn)，APOE與胰島素受體相互作用并將它們包裹在內(nèi)含體中，損害胰島素受體的轉(zhuǎn)運(yùn)和相關(guān)信號，繼而影響線粒體呼吸和糖酵解。也有研究[37]表明，相比于非APOE4攜帶者，APOE4攜帶者表現(xiàn)出更低的線粒體酶活性。

6 載脂蛋白E與血腦屏障

APOE已被發(fā)現(xiàn)與血管僵硬度和血管Aβ沉積有關(guān)，血管損傷與AD病理之間關(guān)聯(lián)的下游病理過程可能是血腦屏障(BBB)功能障礙[38]。BBB損傷獨(dú)立于Aβ和Tau病理發(fā)生，并且可能先于Aβ和Tau病理發(fā)生[39]。Alata等[40]在APOE4-TR小鼠中觀察到腦血流量、血管密度和神經(jīng)血管連接減少以及血腦屏障完整性的喪失。APOE4-TR小鼠可見APOE通過激活腦內(nèi)毛細(xì)血管周細(xì)胞NFκB-MMP-9通路破壞血腦屏障[41]。盡管大量的動(dòng)物和神經(jīng)病理學(xué)研究建立了APOE4基因與BBB完整性之間的關(guān)聯(lián)，但在人體內(nèi)的直接聯(lián)系尚不清楚。有學(xué)者[42]發(fā)現(xiàn)，健康成年APOE4基因攜帶者也可能存在內(nèi)側(cè)顳葉中的血管失調(diào)及伴隨的形態(tài)變化，從而對記憶產(chǎn)生負(fù)面影響，為APOE4與AD之間聯(lián)系提供了新見解。

除此之外，APOE還可能通過基因轉(zhuǎn)錄途徑，在營養(yǎng)支持、細(xì)胞程序性死亡、微管解體、突觸功能、衰老和胰島素抵抗等中發(fā)揮作用[43]。越來越多的研究表明，APOE4是AD發(fā)病的危險(xiǎn)因素，而APOE2發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。目前尚沒有任何一種有效的藥理學(xué)治療手段，需繼續(xù)更深入、多層次的研究，來進(jìn)一步探討AD的發(fā)病機(jī)制。明確APOE與AD的關(guān)系，可以為AD的治療及預(yù)防提供新的方向。