载脂蛋白E在阿尔茨海默病中的研究进展

刘露露，侯苗苗，常珊珊，贾东凯，李文霞综述，李新毅审校

AD是一种以淀粉样蛋白β(beta-amyloid protein，Aβ)积累到脑实质和脉管系统中的细胞外斑块以及异常磷酸化的Tau蛋白在神经元内积累形成神经原纤维缠结为特征性病理变化的神经退行性疾病，其流行率预计将随着世界人口平均年龄的增长而迅速增长[1]。少部分AD患者在65岁之前出现症状，称早发型阿尔茨海默症(early-onset Alzheimer’s disease，EOAD)，超过95%的患者是在老年期发病，称晚发型阿尔茨海默症(late-onset Alzheimer’s disease，LOAD)。除了高龄，LOAD的危险因素还包括有心血管疾病史、受教育程度低、抑郁、APOE4基因等[2]。APOE被认为是LOAD主要的遗传危险因素。

人APOE是由一种由299个氨基酸组成的酸性糖蛋白，在中枢和外周系统中均有表达[3]，其蛋白亚型有三种：APOE2、APOE3、APOE4，三者之间的差异在于112位和158位氨基酸种类不同，这种差异导致三种蛋白亚型不同的结构和功能[4]。编码基因中ε3是最常见的基因型，相对于ε3/ε3基因型人群来说，含一个ε4等位基因人群患AD的风险增加3.7倍，含有两个ε4等位基因人群增加12倍的发病风险[5]，而ε2基因被阐明可以降低AD的发病风险[6]。关于APOE与AD之间的关系，已被发现可能涉及多种途径，例如Aβ沉积，Tau蛋白磷酸化，突触可塑性的破坏，神经炎症，脂质、葡萄糖代谢异常，线粒体功能异常和血管完整性破坏等[7]。

1 载脂蛋白E与β淀粉样蛋白

APOE以同种型特异性方式同时影响Aβ的清除和聚集。文献中普遍认为，APOEε4基因型的AD患者比APOEε4非携带者有更差的记忆力和更高水平的Aβ[8]。

有研究[9]发现，APOE与受体结合激活双亮氨酸拉链激酶，继而激活MKK7和ERK1/2 MAP激酶，活化的ERK1 / 2诱导cFos磷酸化，刺激转录因子AP-1，而后增强淀粉样β-前体蛋白(APP)的转录，最终增加Aβ的水平。随后，Huang等[10]将HEK293细胞源性的APOE整合到人胚胎干细胞源性和诱导多能干细胞源性神经元中，发现APOE可以诱导淀粉样前体蛋白转录和Aβ生成，并进一步阐明，这一过程是通过APOE以亚型依赖的方式(APOE4> APOE3> APOE2)刺激人神经元中非经典的促丝裂原活化蛋白(MAP)激酶信号传导途径来完成的。然而对APOE基因敲入小鼠进行RNA测序，发现参与内体-溶酶体途径的基因大量聚集，并未揭示与APOE相关的APP的转录调控[11]。利用表面等离子体共振和硫黄蛋白- t检测相结合的方法，Islam等[12]发现APOE可以靶向Aβ纤维伸长的过程，并且有效地阻止淀粉样蛋白的成熟。

与APOE ε 3敲入小鼠相比，携带APOE ε 4小鼠中血脑屏障相关细胞清除Aβ聚集物的能力受损[13]。也有研究[14]表明APOE与Aβ竞争lrp1依赖的细胞摄取途径，从而阻断约50%的星形胶质细胞对Aβ细胞的清除。随后有研究[15]证实与APOE3相比，APOE4损害了神经胶质Aβ的摄取和吞噬作用。然而目前尚不清楚APOE与Aβ相互作用发挥神经毒性增强还是保护功能丧失作用[16]。

2 载脂蛋白E与Tau蛋白

大量研究表明Tau的聚集与神经退行性疾病相关[17]。近年来，人们发现在Aβ沉积的大脑中可见APOE与Tau缠结，而且相较于其他基因型个体，APOEε4/ε4纯合子基因的个体大脑中Tau聚集体最多，然而在不含Aβ沉积的大脑中未有这一发现[18，19]，这些暗示Tau纤维缠结过程可能需要病理性Aβ的参与，即APOE不同亚型对Tau的影响可能继发于Aβ沉积之后。而后全基因组关联研究[20]表明，APOE基因与磷酸化Tau的脑脊液水平相关，在控制脑脊液淀粉样蛋白水平后，这种关联仍然很显着。目前关于APOE对Tau病变的亚型依赖作用尚不清楚。最新研究[21]表明，干细胞源性神经元兴奋性损伤后内源性表达的APOE4，使神经元易于发生钙失调，最终导致细胞死亡。而这种变化与细胞内Tau蛋白磷酸化产生与释放的增加有关。Wadhwani等[21]使用携带APOEε4的多能干细胞发现，APOE4会通过硫酸肝素蛋白多糖依赖性机制以异构体依赖性方式增加磷酸化Tau蛋白的释放。也有研究[22]发现，APOE4脂蛋白的特异性脂质成分影响小胶质细胞膜上的脂筏结构，从而诱导更强的疾病相关胶质细胞表型，加剧Tau的病理性变。Bonham等[23]发现，APOE介导的补体C3的沉积某种程度上与Tau的磷酸化有关。

3 载脂蛋白E与突触完整性

现有的研究表明，突触及树突的减少，会诱导神经元活动异常[24]，进一步引起神经环路的调节异常，最后导致痴呆[25]。Lane-Donovan等研究[26]表明APOE4通过将ldlr家族成员载脂蛋白受体2(也称为lrp8)隔离在细胞核内，降低ldlr家族成员载脂蛋白受体2在神经元表面表达，进而抑制reelin介导的突触传递。有学者使用人类ApoEε4和ApoEε3靶向基因替代小鼠，并从这些转基因小鼠中进行了基因修饰的原代神经元，证明了APOE4通过调节PGC-1α-Sirt3信号途径降低了ATP的产生，触发了线粒体的氧化应激，随后破坏了突触并导致认知障碍[27]。树突棘是组成突触后细胞的物理结构，树突棘稳定性的主要调节剂之一是钙/钙调蛋白依赖性磷酸酶钙调磷酸酶(PP2B)。研究[28]发现APOE4小鼠PP2B活性增强，激活的PP2B酶引起AMPA受体GluR1亚基上的ser(845)位点去磷酸化。这导致AMPA受体数量减少及内吞作用的减弱，最终导致树突棘减少。

4 载脂蛋白E与神经炎症

促炎因子及抗炎因子的聚集与AD患者认知功能的变化相关，这表明炎症细胞因子的平衡在病理性免疫状况中发挥重要作用，这种平衡的打破可能会促进AD的病理化进程[29]。目前已发现可能参与神经炎症调节的其他的AD风险因子，如：TREM2，CLU，CR1，CD33，及ABCA7[30]。有研究[31]发现，APOE4增加促炎细胞因子的表达，降低体内平衡基因的表达，即在APOE4的作用下，小胶质细胞从一种自平衡表型转变为神经退化相关表型。也有学者[32]发现APOE4转基因小鼠模型中小胶质细胞的反应性增加，而小胶质细胞释放促炎细胞因子导致星形胶质细胞激活增加，进而加剧炎症。此外，这项研究还发现，小鼠APOE4增加了促炎症基因的和下调稳态基因的表达。

5 载脂蛋白E与葡萄糖代谢及线粒体功能

中枢神经系统中的胰岛素抵抗及胰岛素信号传导受损，已被证明与AD的病理过程相关，因此有AD有了“3型糖尿病”之称[33]。与AD-E3相比，携带APOE4的AD患者双侧下额回的大脑葡萄糖消耗显着降低[34]。有研究[35]表明，AD患者脑内RCAN1(钙调神经磷酸酶1)和IDE(胰岛素降解酶)的mRNA和蛋白水平发生变化，这种变化在APOE4携带者中尤为明显。因此APOE可能通过IDE和RCAN1来影响脑内葡萄糖代谢，具体机制需进一步实验证明。Zhao等[36]研究发现，APOE与胰岛素受体相互作用并将它们包裹在内含体中，损害胰岛素受体的转运和相关信号，继而影响线粒体呼吸和糖酵解。也有研究[37]表明，相比于非APOE4携带者，APOE4携带者表现出更低的线粒体酶活性。

6 载脂蛋白E与血脑屏障

APOE已被发现与血管僵硬度和血管Aβ沉积有关，血管损伤与AD病理之间关联的下游病理过程可能是血脑屏障(BBB)功能障碍[38]。BBB损伤独立于Aβ和Tau病理发生，并且可能先于Aβ和Tau病理发生[39]。Alata等[40]在APOE4-TR小鼠中观察到脑血流量、血管密度和神经血管连接减少以及血脑屏障完整性的丧失。APOE4-TR小鼠可见APOE通过激活脑内毛细血管周细胞NFκB-MMP-9通路破坏血脑屏障[41]。尽管大量的动物和神经病理学研究建立了APOE4基因与BBB完整性之间的关联，但在人体内的直接联系尚不清楚。有学者[42]发现，健康成年APOE4基因携带者也可能存在内侧颞叶中的血管失调及伴随的形态变化，从而对记忆产生负面影响，为APOE4与AD之间联系提供了新见解。

除此之外，APOE还可能通过基因转录途径，在营养支持、细胞程序性死亡、微管解体、突触功能、衰老和胰岛素抵抗等中发挥作用[43]。越来越多的研究表明，APOE4是AD发病的危险因素，而APOE2发挥神经保护作用。目前尚没有任何一种有效的药理学治疗手段，需继续更深入、多层次的研究，来进一步探讨AD的发病机制。明确APOE与AD的关系，可以为AD的治疗及预防提供新的方向。