图 1. APOE4 基因是 AD 的主要遗传风险因素[3]
a：三种 APOE 蛋白突变体的结构；b：APOE4 基因剂量依赖性增加 AD 风险并降低发病年龄
■ APOE4，阿尔兹海默症 “预判者”？
作为阿尔茨海默病的主要易感基因，APOE4 如何做到“预判你的预判”？血脑屏障 (BBB) 的破坏是人类认知功能障碍的早期生物标记物。2020 年 4 月，Montagne 等人发表在 Nature 的研究结果证明：APOE4 相关的认知衰退与血脑屏障 (BBB) 损伤有关，并且这种损伤早在 AD 发生之前就可以发生。
作者团队发现认知正常者的 APOE4 (ε3/ε4 和 ε4/ε4) 携带者的海马 (HC) 和内侧颞叶中 (PHG) 中的血脑屏障被破坏，但临床痴呆评分 (CDR) 评分均为0。当 CDR=0.5 时，APOE4 携带者 HC 和 PHG 的血脑屏障破坏会进一步增加，且这种增加与脑脊液 (CSF) Aβ 和 tau 蛋白变化无关。
图 2. APOE4 携带者海马和海马旁回血脑屏障的破坏[5]
a.HG 和 PHG 的示意图 b. 动态对比增强磁共振成像技术在 APOE3 纯合子 和 APOE4 携带者的海马区 (HC) 生成血脑屏障 (BBB) 通透性 Ktrans 图。c. CDR 0 或 0.5 的情况下， APOE4 携带者 HC 和 PHG 中的 Ktrans 值。
此外，Montagne 等人还研究发现与 APOE3 携带者相比，APOE4 携带者的脑脊液中周皮细胞损伤的生物标志物: 一种可溶性的蛋白质称为血小板源生长因子受体-β (sPDGFRβ) 也会升高。
AD 进程中，APOE 如何发力？
■ APOE 同种型的不同效力
ApoE2, ApoE3, and ApoE4 Differentially Stimulate APP Transcription and Aβ Secretion 一文表明人类神经胶质细胞 ApoE 的三种遗传同种型 (ApoE2、ApoE3 和 ApoE4) 激活 APP 基因转录和 Aβ 合成方面的表现出不同的效力。
ApoE 以 ApoE4 > ApoE3 > ApoE2 效力等级顺序激活非经典 MAP 激酶信号通路: DLK → MKK7 → ERK1/2 MAP 激酶途径，并且增强了 APP 转录和淀粉样蛋白-β 合成。
当 Aβ 产生过多和/或清除效率不高时，就会发生 Aβ 聚集。淀粉样斑块的主要成分 Aβ 纤维的形成经历三个动力学阶段: 滞后期、生长期和平台期。APOE 对 Aβ 纤维形成的影响不一致，研究表明，APOE 在 Aβ 沉积的初始播种阶段起着至关重要的作用，在这个时期星形胶质细胞 APOE4 过表达会加剧淀粉样病变。
图 4. APOE 的异构体和 Aβ 的聚集和清除[9]
a. Aβ 从大脑中被移除的主要途径包括血脑屏障的清除、细胞摄取和随后的降解、酶降解、ISF体流的清除以及脑脊液吸收进入循环和淋巴系统。b. 大脑 Aβ 清除不足导致Aβ 积累。
■ APOE4 如何损伤大脑？
除了上述与“主流”观点相关的 APOE4 影响 AD 进程论。Thomas E. Willnow 等人在 Alzheimers Dement 杂志上发表了一项新研究，探索了AD 进程中，ApoE4 基因损伤大脑的新机制。
APOE 作为一种脂质转运蛋白，可以为神经元提供重要营养物质，包括不饱和脂肪酸 (神经元周围细胞膜的组成部分，PUFA)。APOE 的结合受体 sortilin，该受体介导将结合 apoE 的货物 (apoE-bound cargo；也就是营养成分) 摄取到神经元中。
作者团队将 Sort1 defect (KO) 引入到带有编码人类 APOE3 或 APOE4 基因座，靶向替换小鼠 Apoe 位点 (E3; KO 或者 E4; KO)。与野生型鼠 (WT) 相比，sortilin 的丢失会导致 KO 小鼠的皮质和海马中人 APOE3 和 4 (图 5a)。在 sortilin 缺陷小鼠中， Aβ40 水平增加了两倍 (图 5b)。
APOE4 破坏了 Sortilin 的营养物质摄取作用[12]
a. APOE3/4 的脑积聚。b. 可溶性 Aβ40 沉积。c.多不饱和脂肪酸 (PUFA) 的水平变化。d-e, APOE4 破坏了 sortilin 的细胞表面再循环
作者团队还使用基于 LC-MS 的脂质组学来确定 (E3;KO) 和 (E4;KO) 小鼠脑皮质中各种不饱和脂肪酸 (PUFA) 的水平。APOE3 小鼠中，sortilin 的缺失会损害神经保护性 PUFA 摄取途径，增加淀粉样蛋白形成。APOE4 的野生型小鼠中有类似的现象。APOE4 会损害 sortilin 介导的神经元对脂质的摄取途径（图 5d-e)。这种损害使得神经细胞吸收的脂肪酸越来越少，神经细胞无法保护自己，导致发炎。
靶向 APOE 的治疗
在 AD 领域，靶向 APOE 的治疗主要集中在以下几个方面。
■ 增加 APOE 水平及其脂质化
大脑中的 APOE4 比 APOE2 和 APOE3 的脂化水平低且稳定，因此，增加大脑中的 APOE4 与脂质的结合，可能加速 Aβ 的清除。Bexarotene 通过诱导 ABCA1 和 ABCG1 基因表达，增强 APOE 的脂质化，并增加 APOE 的表达水平，可快速降低 AD 小鼠脑内的 Aβ 斑块负荷，改善认知能力。目前 Bexarotene 正在进行针对于 AD 治疗的临床试验 (NCT01782742)。
■ 阻断 APOE 与 Aβ 的相互作用
抗 APOE 单克隆抗体 (HJ6.3) 可显著降低 APP/PS1 转基因记忆缺陷小鼠脑内不溶性 Aβ 水平、Aβ 斑块负荷和 APOE 水平。利用一种与 APOE 结合的合成多肽 Aβ12-28P 干扰 APOE 和 Aβ 的结合，可降低记忆缺陷小鼠的可溶性和不溶性 Aβ 水平和 Aβ 斑块负荷，并减少了 APOE 在 Aβ 斑块中的沉积。
■ APOE 类似物
APOE 类似物 (APOE 的 N 端片段，包括其受体结合基序) 已被证明可改善各种阿尔茨海默病小鼠模型中的 Aβ 水平和 Aβ 斑块负荷、tau 过度磷酸化和神经炎症，但尚未进入人类临床试验。
■ 基因治疗
CRISPR-Cas9 编辑技术用于编辑转换 APOE 等位基因的应用已在细胞培养层面获得成功，但仍有待在小鼠敲除实验中验证。然而，应用基因治疗来表达 APOE ε2 并提高 APOE ε4 携带者 (甚至是 APOE ε3 纯合子) 中的 APOE ε2 表达水平已成为可能，该方法正在进行临床试验 (NCT0363407)。
不难看出，科学家们对于 APOE 在 AD 方面的研究目前主要还停留在动物甚至是细胞或分子层面，真正进入临床试验的凤毛麟角，但是该靶点仍然被寄予厚望，希望在不久的将来能看到新的突破。
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