阿尔茨海默病关键蛋白的影响取决于产生它的脑细胞类型

在所有已知的迟发性阿尔茨海默病遗传风险因素中，最强的是一种名为 ApoE4 的蛋白质基因。拥有该基因一个拷贝的人患老年痴呆症的可能性平均是其他人的 3.5 倍，而拥有两个拷贝的人面临的风险增加 12 倍。然而，ApoE4 究竟如何增加阿尔茨海默氏症的风险仍不清楚。

去除神经元 APOE4 后，Tau 病理学及其传播显着减少。a，在 10 个月大的 PS19-fE4 和 PS19-fE3 小鼠的海马体中用 AT8 抗体染色的 p-tau 的代表性图像，有和没有 Cre（比例尺，500 µm）。b，10 个月大的 PS19-fE4 和 PS19-fE3 小鼠海马体中 p-tau (AT8) 覆盖面积百分比的量化，有或没有 Cre。c，10 个月大的 PS19-fE4 和 PS19-fE3 小鼠海马体中 Thio-S 染色的代表性图像，有和没有 Cre（比例尺，500 µm）。d，10 个月大的 PS19-fE4 和 PS19-fE3 小鼠海马体中 Thio-S 阳性细胞数量的定量，有或没有 Cre。, _ _,来自 10 个月大的 PS19-fE4 和 PS19- 的海马组织裂解物的RAB ( e ) 和 RIPA ( f ) 部分中抗 p-tau（AT8，绿色）和抗 TUJ1（红色）蛋白质印迹的代表性图像有或没有 Cre 的 fE3 小鼠。g , h , AT8 阳性 p-tau 水平相对于 TUJ1 的量化，通过蛋白质印迹分析在来自 10 个月大的 PS19-fE4 和 PS19-fE3 小鼠的海马裂解物的RAB ( g ) 和 RIPA ( h ) 部分中测量有或没有 Cre。i，在有和没有 Cre 的 fE 小鼠中单侧海马注射 AAV2-Tau-P301S 后 tau 传播研究的实验设计。j, 注射后 12 周 fE4 小鼠大脑的人 tau 免疫染色 (HT7) 的代表性图像，注射部位由黑点和一个缺口来区分非注射侧（比例尺，1 毫米）。k，单侧注射 AAV2-GFP 后 2 周，10 个月大的 fE4 小鼠的 GFP 免疫染色的代表性图像（比例尺，900 µm）。l，在有和没有 Cre 的 13 个月大的 fE 小鼠的未注射海马侧的人 tau 免疫染色 (HT7) 的代表性图像（比例尺，500 µm）。m，在注射后 12 周，使用或不使用 Cre 的 13 个月大 fE 小鼠的未注射海马侧的每个海马切片中 HT7（人 tau）阳性细胞的平均数量的量化。n, p-tau 免疫染色 (AT8) 在 13 个月大的 fE 小鼠有或没有 Cre 的未注射海马侧的代表性图像（比例尺，500 µm）。o，在注射 12 周后使用或不使用 Cre 的 13 个月大 fE 小鼠的未注射海马侧的每个海马切片中 AT8 (p-tau) 阳性细胞的平均数量的量化。对于b、d、 PS19-fE4 中的量化：无 Cre，n  = 25；Syn1-Cre, n  = 17; PS19-fE3：无 Cre，n  = 20；Syn1-Cre，n  = 15。对于g，h，PS19-fE4 中的量化：无 Cre，n  = 21；Syn1-Cre, n = 18; PS19-fE3：无 Cre，n  = 17；Syn1-Cre，n  = 11.m 中的量化数据， o是每个 基因型n = 8 只小鼠， b，d，g，h，m，o中的数据表示为均值±sem，单向方差分析（ANOVA ) 与 Tukey 的事后多重比较检验。

大脑中有多种类型的细胞产生 ApoE4——其中一些是由神经元产生的，但其他称为胶质细胞的脑细胞产生的数量更多。出于这个原因，大多数关于这种蛋白质的先前研究都集中在胶质细胞的 ApoE4 上。

现在，格拉德斯通研究所的研究人员更加关注神经元产生的 ApoE4。在一项研究中，他们在小鼠身上证明，来自神经元的 ApoE4 在阿尔茨海默氏症中发挥的疾病驱动作用比之前认为的要大得多。

“这项研究可能是 ApoE 研究领域的一个转折点，”Gladstone 高级研究员、该研究的资深作者、医学博士 Yadong Huang 说。“我们的研究结果表明有机会探索专门针对神经元 ApoE4 以预防阿尔茨海默病的新疗法。”

删除神经元中的 ApoE4 以揭示其作用

ApoE4 实际上是 ApoE 蛋白的三个版本之一，它存在于每个人的身体中。大多数人拥有“健康”版 ApoE3，而大约 12% 的人拥有阿尔茨海默氏症保护版 ApoE2。但大约 25% 的北美人拥有一份 ApoE4 基因拷贝，最多 3% 的人拥有两份拷贝。

我们大脑中的大多数 ApoE 是由一种称为星形胶质细胞的神经胶质细胞产生的，之前的研究表明星形胶质细胞 ApoE4 会导致阿尔茨海默病。然而，多年来，Huang 及其同事的证据一直暗示来自神经元的 ApoE4 可能发挥更重要的作用。

“在正常情况下，神经元根本不会产生太多的 ApoE，但在压力下或对损伤作出反应时，它们会迅速增加这种蛋白质的产生，”同时也是格拉德斯通转化发展中心主任的黄说，和加州大学旧金山分校 (UCSF) 的神经病学和病理学教授。“这就是为什么我们对疾病条件下的神经元 ApoE4 非常感兴趣。”

为了更好地了解蛋白质的作用，他的团队创建了一个阿尔茨海默病小鼠模型，其中小鼠 ApoE 基因被ApoE4 或 ApoE3 的人类基因取代。小鼠还携带一种独特形式的人类 tau 蛋白，这种蛋白会随着衰老在大脑中积累——这是阿尔茨海默氏病的标志。重要的是，在基因工程小鼠中，可以选择性地消除神经元产生的 ApoE，同时保留其他细胞类型产生的 ApoE ，从而使科学家能够准确检查删除神经元 ApoE4 如何影响模拟阿尔茨海默氏病的小鼠的疾病进展。

保护效果显着

科学家们发现，从神经元中去除 ApoE4 可以减少许多类似于阿尔茨海默病的大脑变化。

在模型中，删除神经元 ApoE4 可将 tau 的异常积累减少 80% 以上。它还可以防止神经元丢失和海马体萎缩，海马体是大脑中对记忆形成至关重要的部分，而海马体在阿尔茨海默病患者中退化。

此外，删除神经元 ApoE4 可防止髓鞘丢失——保护神经元并帮助其电信号更快传播的绝缘层。它减少了阿尔茨海默氏病中经常发生的神经元过度兴奋，并减少了这种疾病中常见的神经胶质细胞（导致退化的关键因素）异常强烈的反应。

“这些病理学的广泛减少是惊人的，特别是因为神经元 ApoE4 只占大脑中产生的 ApoE 的一小部分，”该研究的主要作者，黄氏实验室的前研究生 Nicole Koutsodendris 博士说在格拉德斯通和加州大学旧金山分校的发育和干细胞生物学项目中。

“我们的结果强烈表明，神经元 ApoE4 对于 ApoE4 携带者阿尔茨海默病的发展至关重要，”Huang 说。

药物研发的新方向

虽然一些药物和其他治疗可能会减缓阿尔茨海默病的进展或帮助治疗症状，但目前尚无治愈方法。患者迫切需要解决方案。

通过确定神经元 ApoE4 的关键作用，Huang 的团队为治疗阿尔茨海默病开辟了新的可能性。例如，可以开发药物或基因编辑策略来阻断负责在神经元内产生 ApoE4 的机制。

“我们的研究结果强调了减少阿尔茨海默病中神经元 ApoE4 的治疗潜力，”Huang 说。“它们为开发更好的药物或治疗这种毁灭性疾病的策略开辟了令人兴奋的新机会。”