“文献精读系列”是脊柱脊髓损伤再生修复教育部重点实验室举办的常规科研交流学习会议，旨在聚焦领域内前沿进展，探究学术尖端技术研究路线，培养锻炼青年科研人员与硕博生科研思维。
【文献精读】会议日期：2024年1月2日 审校人：徐徐 报告人/撰稿人：王少科 编辑：宋思敏
阿尔茨海默病（AD）被视为一种蛋白质折叠错误的疾病，主要由于大脑中异常折叠的β类淀粉蛋白和Tau蛋白的累积所致，属于蛋白质构象病。一项于2019年11月4日发表在《自然医学》 杂志上的研究报道了在全球最大的常染色体显性遗传阿尔茨海默症家系中鉴定到一位携带PSEN1（presenilin 1）突变的个体。这名个体直到七十多岁才出现轻度认知障碍，比临床发病预期年龄晚了三十年。同时，该个体携带两份APOE3 Christchurch（R136S）突变，表现出异常高的脑淀粉样蛋白水平，并仅具有有限的Tau沉积和神经退行性评分。
尽管病例报告中提出APOE3ch可能具有一定保护作用，但由于该变异株罕见，而且现象源自孤立的病例报告， APOE3ch变体在AD中的保护作用尚待进一步确认，其具体保护机制亟待研究。
2023年11月29日，华盛顿大学医学院David M. Holtzman领衔的研究团队在学术期刊《Cell》上发表的一篇文章，在线发表题为“APOE3ch alters microglial response and suppresses Aβ-induced tau seeding and spread”的研究成果，这项研究结果表明，APOE3ch有望减少淀粉样蛋白的沉积，增强小胶质细胞的反应性，并防止淀粉样蛋白β引发的Tau在体内的种植和扩散。这与髓系细胞通过APOE受体摄取和降解Tau蛋白增加的情况相关。
为了确定APOE3ch变异是否影响了β淀粉样蛋白 (Aβ) 沉积从而影响Tau沉积和扩散。研究者构建了人源化APOE3ch 敲入小鼠，并将其与淀粉样蛋白β (Aβ) 斑块沉积模型杂交。研究者还注射了AD-Tau脑提取物，以研究存在或不存在淀粉样蛋白的情况下，APOE3ch是否能够影响Tau蛋白的沉积和扩散。
图1 研究示意图
课题组之前的研究证明：APOE2变异会降低其与部分脂蛋白受体的结合。从而提高对AD的保护作用。因此，推测APOE3ch可以通过类似的脂蛋白结合作用来减缓AD，需要对表现出的血浆脂蛋白和血脂异常表型进行研究。实验结果表明APOE3ch确实会导致外周血脂异常的表型。与外周血液不同，APOE3ch不会引起中枢神经系统中脂蛋白或脂蛋白相关蛋白的水平的改变。
作者随后将APOE3和APOE3ch小鼠与能够形成β淀粉样蛋白沉积的APP/PS1小鼠进行交叉配对，并在小鼠6个月的年龄时评估淀粉样病理学变化。在6个月时，作者观察到APP/PS1:APOE3ch小鼠相较于APP/PS1:APOE3小鼠，X34阳性的β淀粉样蛋白斑块有轻微但在统计学上显著的减少，并且平均纤维化斑块大小也减小。然而，在X34阳性β淀粉样蛋白斑块的数量以及N端抗β淀粉样蛋白抗体免疫染的总体β淀粉样蛋白沉积方面，并没有显著的差异。同时，研究人员还将人源Tau蛋白注射到小鼠大脑中，以评估脑淀粉样病变和神经炎斑块相关Tau（NP-Tau）病理的发展。通常情况下，小鼠内源性Tau会被注射的人源Tau诱导过度磷酸化和聚集，这些种子Tau病理发生在淀粉样斑块周围，并且沿着突触连接扩散到大脑不同区域。
图2 总淀粉样蛋白负荷和NP-Tau病理学在APP/PS1：APOE3ch小鼠中减少
与APP/PS1:APOE3小鼠相比，APP/PS1:APOE3ch小鼠纤维状Aβ斑块减少，平均斑块面积、总Aβ斑块负荷和斑块数量也均有所减少。不但如此，APP/PS1:APOE3ch小鼠同侧和对侧海马和皮层中总NP-Tau减少，同侧齿状回中也是如此，这表明APOE3ch的存在减少了Tau的播散。APP/PS1:APOE3ch小鼠Aβ斑块周围的神经突和突触受损也明显减少。
由于此课题组先前报告过小胶质细胞对Aβ斑块相关的Tau病理起到影响作用，他们假设强烈减少的NP-Tau的沉积和扩散可能是由于APOE3ch引起的斑块周围小胶质细胞反应性的改变。
图3 APOE3ch增强了斑块周围小胶质细胞的反应
研究人员使用了APOE、CD68、TMEM119和CLEC7A等标志物来评估小胶质细胞的反应性。在APP/PS1:APOE3ch小鼠的同侧和对侧脑区中，每个纤维状Aβ斑块周围都聚集了更多的小胶质细胞，CD68阳性的小胶质细胞表现出明显增加的吞噬-溶酶体反应。在Tau注射部位，研究人员也观察到了类似的现象。
与APOE3相比，APOE3ch BMDM对Tau蛋白的吞噬显著增加。Tau蛋白与APOE3和APOE3ch BMDM细胞表面的结合呈浓度依赖性增加。以前的研究表明，APOE和Tau能够结合相似的表面受体。基于这一发现，研究人员的实验证明，与APOE3相比，APOE3ch BMDM中Tau蛋白吞噬的增加是由于APOE3ch和Tau之间对表面受体的竞争减少。在Aβ存在的情况下，BMDM对Tau的吞噬能力进一步增强，而且APOE3ch BMDM总是能够比APOE3 BMDM吞噬更多的Tau蛋白。不仅如此，BMDM降解的Tau蛋白也更多，释放出的Tau较少，这解释了为什么在脑内Tau的传播受到了抑制。
综上所述，APOE3ch的保护作用主要表现在减少Aβ沉积、增强小胶质细胞对Aβ的吞噬以及对Tau的降解，从而抑制了Tau在大脑中的传播，进而保护神经系统和认知功能。
参考文献：
Y. Chen, S. Song, S. Parhizkar, J. Lord, Y. Zhu, M. R. Strickland, C. Wang, J. Park, G. T. Tabor, H. Jiang, et al., Cell 2023, S0092.
