載脂蛋白E（ApoE）與阿爾茲海默病的調節(jié)

載脂的ApoE脂蛋白顆粒與多種細胞表面受體結合，支持腦膜穩(wěn)態(tài)和損傷修復。從患病率和相對危險程度來看，ApoE基因的ε4等位基因是遲發(fā)性阿爾茨海默病（AD）最為突出的遺傳風險因素。ApoE4通過多種途徑參與AD的發(fā)病，這些途徑包括但不限于淀粉樣蛋白-β（Aβ）肽的代謝、聚集和毒性，以及tau病、突觸可塑性、脂質轉運、葡萄糖代謝、線粒體功能、血管完整性和神經(jīng)炎癥。在探索阿爾茨海默病的病理生理學時，對ApoE相關途徑的新認識為開發(fā)有效的AD治療手段開辟了新的途徑與可能性。

1.阿爾茨海默病與ApoE

阿爾茨海默病（AD）作為癡呆癥最常見的類型，是一種神經(jīng)退行性疾病，其標志性特征包括細胞外老年斑的形成以及細胞內神經(jīng)原纖維纏結的堆積，同時伴隨著記憶力、思維能力、語言功能的逐步衰退及行為模式的改變。日益增多的遺傳學與生物化學證據(jù)表明，淀粉樣蛋白β（Aβ，具體由40或42個氨基酸序列構成）在大腦中的逐漸累積與集結，是淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）經(jīng)過特定蛋白水解途徑分解后的直接產(chǎn)物，這一機制在AD的發(fā)病過程中起到了至關重要的作用。毒性可溶性Aβ寡聚體、神經(jīng)元內部蓄積的Aβ以及細胞外形成的淀粉樣蛋白斑塊，均會嚴重干擾正常的突觸功能，并激活一系列下游毒性信號通路，最終促使神經(jīng)細胞發(fā)生變性。值得注意的是，Aβ誘導的神經(jīng)元功能障礙的毒性效應，可能還與微管相關蛋白tau的共存狀態(tài)密切相關，該蛋白在AD患者的大腦中以神經(jīng)原纖維纏結的形式異常聚集，進一步加劇了疾病的進展。

僅有極少數(shù)（不足5%）的阿爾茨海默?。ˋD）病例會在65歲之前顯現(xiàn)出癥狀，這類情況通常被稱作早發(fā)性AD（EOAD）。EOAD中有一類尤為引人注目的類型，即家族性AD（FAD），它是由APP、早老素1（PSEN1）或PSEN2基因中的特定基因突變所觸發(fā)的，這些突變會直接導致β淀粉樣蛋白（Aβ）的異常過量產(chǎn)生。相比之下，絕大多數(shù)的AD病例均發(fā)生在65歲及以上的老年人群中，被稱為晚發(fā)型AD（LOAD）。在LOAD的發(fā)病機制中，Aβ的清除障礙似乎成為了Aβ在腦內積聚的首要原因。

從患病率和相對風險性的角度來看，LOAD最為顯著的遺傳風險因素當屬載脂蛋白E（ApoE）基因的等位基因變異。具體而言，與常見的ε3等位基因相比，攜帶ε4等位基因的人群罹患AD的風險會顯著增加，而擁有ε2等位基因則似乎具有一定的保護作用。ApoE4可能通過多種不同的機制發(fā)揮其毒性作用，從而進一步提高AD的發(fā)病風險。

2.ApoE的生化特征

ApoE是一種由299個氨基酸構成的糖蛋白，分子量大約為34kDa。它通過與細胞表面的ApoE受體相結合，在血漿及中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中有效地運輸并遞送膽固醇及其他脂質物質。ApoE的受體結合區(qū)域定位于N端結構域（涵蓋殘基136-150），而其主要的脂質結合區(qū)域（涵蓋殘基244-272）則位于C端結構域。值得注意的是，ApoE存在三種同工異構體：ApoE2、ApoE3和ApoE4，它們在112號和158號位置的氨基酸殘基上存在差異。具體而言，ApoE2在這兩個位置上都擁有Cys殘基；ApoE3在112位為Cys殘基，而在158位則是Arg殘基；ApoE4則在兩個位置上都為Arg殘基。

圖1.ApoE結構示意圖

注：脂質結合區(qū)外的V236E變異可降低晚發(fā)性阿爾茨海默?。↙OAD）風險。

ApoE主要由外周組織中的肝細胞、巨噬細胞以及脂肪細胞合成產(chǎn)生。在CNS中，ApoE的表達通常受到嚴格調控，在應激或損傷等特定條件下，會在星形膠質細胞、小膠質細胞、血管壁細胞以及脈絡叢細胞中高度表達。分泌后的ApoE會被ATP結合盒轉運蛋白A1（ABCA1）和ABCG1進行脂質化修飾，這些轉運蛋白將細胞內的膽固醇和磷脂轉移至新生的ApoE上，從而形成脂蛋白顆粒。在血漿中，ApoE更傾向于與極低密度脂蛋白（VLDL）顆粒結合，而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的HDL樣顆粒中也檢測到了ApoE的存在。腦內的ApoE主要來源于局部的合成，因為血腦屏障（BBB）對ApoE的跨膜轉運具有嚴格的限制作用。

不同ApoE基因型個體的血漿ApoE水平存在差異，其中ApoE ε2/2基因型的水平最高，而ApoE ε4/4基因型的水平最低。這種亞型依賴的差異同樣在腦脊液和間質液（ISF）中得到了體現(xiàn)。此外，通過精氨酸-61和谷氨酸-255之間的離子相互作用，ApoE4的結構域間相互作用可能會增強其肝臟清除效率，并促進星形膠質細胞對其的降解過程。

3.ApoE與AD Aβ病理學

3.1ApoE對腦Aβ沉積的影響

臨床研究報告指出，在認知功能正常的個體、輕度認知障礙（MCI）患者以及已出現(xiàn)癥狀的阿爾茨海默?。ˋD）患者中，大腦內Aβ沉積的程度與ApoE4基因型的存在呈正相關關系。值得注意的是，在認知功能尚未受損的ApoE4攜帶者中（平均年齡約為56歲），淀粉樣蛋白成像結果顯示其Aβ沉積的出現(xiàn)時間早于ApoE4非攜帶者（平均年齡為76歲）。這些發(fā)現(xiàn)進一步提示，ApoE4基因可能通過促使Aβ在大腦中的更早積累、加速其聚集及沉積過程，從而增加個體罹患阿爾茨海默病的風險。

3.2ApoE對CSF Aβ的影響

腦脊液（CSF）中的Aβ作為一種生物標志物，展現(xiàn)出了極高的潛力，其準確性足以有效區(qū)分阿爾茨海默?。ˋD）患者與對照組或罹患其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的患者。盡管已知ApoE4等位基因與大腦中Aβ沉積的增加有關，但關于它如何具體影響CSF中Aβ水平的機制，目前仍存在爭議。早期的研究揭示，ApoE4與AD患者及對照組中CSF Aβ42水平的降低之間存在著緊密的關聯(lián)。然而，近期一項研究發(fā)現(xiàn)：CSF Aβ42水平與AD的診斷及腦內Aβ的積累密切相關，而這一關系似乎并不受ApoE基因型的影響。此外，還有研究聚焦于CSF中ApoE與Aβ42水平的關系，發(fā)現(xiàn)ApoE蛋白水平與CSF中的Aβ42以及磷酸化tau水平均呈正相關，這進一步提示ApoE或可成為AD的另一種潛在生物標志物。

4.ApoE調節(jié)Aβ代謝的機制

大腦中Aβ的水平體現(xiàn)了Aβ生成與清除之間的凈平衡狀態(tài)；阿爾茨海默病（AD）患者大腦中Aβ的累積，可能是由于Aβ的過度生成、清除效率低下，或是這兩種情況同時存在所導致的。越來越多的證據(jù)表明，ApoE及其受體在這些調節(jié)過程中起重要作用。

4.1ApoE與Aβ產(chǎn)生

APP定位于質膜表面，在此處它經(jīng)歷α-分泌酶的蛋白水解作用。在淀粉樣蛋白的生成路徑中，APP首先被內吞，隨后由β-分泌酶和γ-分泌酶裂解，最終產(chǎn)生Aβ肽（Aβ40和Aβ42）。ApoE受體（包括LRP1）與APP相互作用，并調控其轉運過程以及向Aβ的轉化。ApoE以亞型特異的方式調節(jié)APP的運輸及Aβ的產(chǎn)生。在神經(jīng)元細胞系中，相較于ApoE3，ApoE4更能促進APP的內化作用，從而進一步增加Aβ的生成量。據(jù)報道，ApoE同工型（ApoE4>ApoE3>ApoE2）通過激活人神經(jīng)元中的非經(jīng)典絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號轉導途徑，對APP的轉錄及Aβ的生成產(chǎn)生不同程度的影響。然而，這些影響是否最終會增加罹患阿爾茨海默?。ˋD）的風險，仍需進一步的深入研究。

4.2ApoE與Aβ清除

Aβ主要由神經(jīng)元產(chǎn)生。可溶性Aβ在腦實質中的積累導致Aβ寡聚體和淀粉樣蛋白斑塊的形成，而它在血管周圍區(qū)域的積累會引發(fā)CAA。為了從大腦中清除這些可溶性Aβ，存在多種緊密相關的清除機制：ISF中的可溶性Aβ可以在腦實質中清除，通過BBB轉運至血液，或由血管壁細胞降解。此外，Aβ還可以沿著ISF流進入CSF，最終被循環(huán)和淋巴系統(tǒng)吸收。Aβ的主要清除通路，包括腦實質細胞（神經(jīng)元和神經(jīng)膠質細胞）通過受體（如LRP1和LDLR）介導清除，以及血管壁細胞從血管周圍間隙攝取，還有內肽酶（例如NEP、IDE）蛋白水解降解。

4.2.1ApoE亞型對受體介導的Aβ清除的影響

ApoE主要由神經(jīng)膠質細胞產(chǎn)生，并通過ABCA1和ABCG1轉運蛋白脂質化，形成脂蛋白顆粒?。這些脂化的ApoE能夠與Aβ結合，并通過細胞表面受體（例如LRP1、LDLR）被內化，促進Aβ清除。?大多數(shù)內吞的ApoE被回收，而Aβ通常被降解。由于ApoE4-Aβ復合物的穩(wěn)定性低于ApoE3-Aβ，因此ApoE4在促進Aβ清除方面不如ApoE3有效（ApoE2>ApoE3>ApoE4）。此外，ApoE也可能通過與Aβ競爭細胞表面受體來抑制Aβ清除，ApoE4相對于其他ApoE同工型表現(xiàn)出最強的清除阻斷作用（ApoE4>ApoE3）。

4.2.2ApoE亞型對蛋白酶介導的Aβ清除的影響

Aβ可通過蛋白水解酶降解從大腦中去除，這些蛋白酶包括腦啡肽酶（NEP）、胰島素降解酶（IDE）、內皮素轉換酶（ECE）、血管緊張素轉換酶（ACE）、纖溶酶原激活劑、基質金屬蛋白酶2（MMP2）以及MMP9?。ApoE可促進大腦中可溶性Aβ的蛋白水解清除，其中ApoE3促進作用更強。值得注意的是，當Aβ與細胞表面HSPG結合時，會阻礙Aβ的蛋白水解降解，促進Aβ寡聚化和聚集?。

圖2.主要的Aβ清除途徑以及ApoE和ApoE受體的作用

縮寫：Aβ，淀粉樣蛋白-β；BBB，血腦屏障；BCSFB，血液-CSF屏障；CSF，腦脊液；ISF，間質液；CAA，腦淀粉樣血管??；NEP，腦啡肽酶；IDE，胰島素降解酶；LRP1，低密度脂蛋白受體相關蛋白1；LDLR，低密度脂蛋白受體；HSPG，硫酸乙酰肝素蛋白多糖；ABCA1，ATP結合盒A1；ABCG1，ATP結合盒G1。

參考文獻

Zhao N, Liu CC, Qiao W, et al. Apolipoprotein E, Receptors, and Modulation of Alzheimer's Disease[J]. Biol Psychiatry. 2018,83(4):347-357.?

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