大約25%的人攜帶APOE基因的APOE4變體，這使得他們患老年癡呆癥的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。幾乎所有阿爾茨海默病患者，甚至一些沒(méi)有阿爾茨海默病的老年人，都患有腦淀粉樣血管病（cerebral amyloid angiopathy, CAA）。這種情況下，淀粉樣蛋白沉積在血管壁上，削弱了血腦屏障正確運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、清除廢物和防止病原體和有害物質(zhì)侵入的能力。
近期，麻省理工學(xué)院Picower學(xué)習(xí)與記憶研究所的神經(jīng)科學(xué)家通過(guò)建立人血腦屏障（blood-brain barrier, BBB）的實(shí)驗(yàn)室模型，發(fā)現(xiàn)了常見(jiàn)的阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)基因是如何導(dǎo)致淀粉樣蛋白斑塊來(lái)破壞大腦血管系統(tǒng)的，并表明可以通過(guò)已經(jīng)批準(zhǔn)上市的藥物來(lái)預(yù)防這種損害。
6月8日，發(fā)表在Nature Medicine雜志上的這項(xiàng)新研究指出，APOE4變體通過(guò)特定血管細(xì)胞（周細(xì)胞）和分子通路（鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-NFAT）促進(jìn)腦淀粉樣血管病病變 [1]。
圖片來(lái)源：Nature Medicine [1]
研究表明，在攜帶APOE4變體的人群中，血管周細(xì)胞產(chǎn)生的APOE蛋白過(guò)多。APOE導(dǎo)致在阿爾茨海默病中較豐富的淀粉樣蛋白聚集在一起。同時(shí)，病變周細(xì)胞對(duì)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-NFAT分子通路的激活增加，似乎促進(jìn)了APOE的表達(dá)。
文章一作者Joel Blanchard說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，在易患阿爾茨海默癥的人群中，有一種特殊的基因通路，即鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-NFAT分子通路表達(dá)異常。據(jù)此，我們可以發(fā)現(xiàn)能將這種通路變回非疾病狀態(tài)的藥物，并糾正與阿爾茨海默癥相關(guān)癥狀?！?/span>
據(jù)悉，已有藥物可抑制這種通路，目前它們被用來(lái)在移植后抑制免疫系統(tǒng)。當(dāng)研究人員用這類(lèi)藥物處理實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的帶有APOE4變體的血腦屏障模型時(shí)，它們積累的淀粉樣蛋白明顯比未經(jīng)治療的要少。
構(gòu)建血腦屏障
為了研究阿爾茨海默癥、APOE4變體與腦淀粉樣血管病之間的關(guān)系，Blanchard等將人類(lèi)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）誘導(dǎo)為構(gòu)成血腦屏障的3種類(lèi)型細(xì)胞：腦內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和周細(xì)胞。周細(xì)胞是由壁細(xì)胞模擬的，研究人員進(jìn)行了廣泛的測(cè)試，以確保它們表現(xiàn)出周細(xì)胞樣特性和基因表達(dá)。
iPSC來(lái)源的血腦屏障構(gòu)建簡(jiǎn)圖。BECs=腦內(nèi)皮細(xì)胞；iMCs=iPSC來(lái)源的壁細(xì)胞（具有周細(xì)胞樣特性）；Astrocytes=星形膠質(zhì)細(xì)胞. （圖片來(lái)源：Nature Medicine [1]）
在三維水凝膠支架內(nèi)生長(zhǎng)兩周后，血腦屏障模型細(xì)胞組裝成具有天然血腦屏障特性的血管，包括對(duì)分子的低滲透性和與天然血腦屏障相同的關(guān)鍵基因、蛋白質(zhì)和分子泵的表達(dá)。當(dāng)其被浸泡在富含淀粉樣蛋白的培養(yǎng)基中模擬阿爾茨海默病大腦的情況時(shí)，血腦屏障模型顯示出與人類(lèi)疾病中相同的淀粉樣物質(zhì)的積累。
構(gòu)建血腦屏障模型后，研究人員試圖檢測(cè)APOE4制造的差異。通過(guò)幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，與攜帶APOE3（更典型和健康的變體）的血腦屏障模型相比，攜帶APOE4的血腦屏障模型在培養(yǎng)基中積累的淀粉樣蛋白（標(biāo)記為綠色，見(jiàn)下圖）明顯更多。
圖片來(lái)源：Nature Medicine [1]
為了確定APOE4是如何產(chǎn)生這種差異的，他們?cè)O(shè)計(jì)了8種不同的版本，涵蓋了3種細(xì)胞類(lèi)型的所有可能組合，它們要么攜帶APOE3要么攜帶APOE4。當(dāng)這些模型暴露在富含淀粉樣蛋白的培養(yǎng)基中時(shí)，只有APOE4周細(xì)胞樣壁細(xì)胞的版本顯示淀粉樣蛋白的過(guò)度積累。用攜帶APOE3的壁細(xì)胞替換攜帶APOE4的壁細(xì)胞可以減少淀粉樣蛋白的沉積。這些結(jié)果明確將腦淀粉樣血管病樣病變歸因于周細(xì)胞。
為進(jìn)一步驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)的臨床相關(guān)性，研究小組還觀察了人類(lèi)前額葉皮層和海馬區(qū)兩個(gè)阿爾茨海默癥嚴(yán)重影響區(qū)域的腦血管樣本中的APOE表達(dá)。與實(shí)驗(yàn)室血腦屏障模型一致，攜帶APOE4的人比攜帶APOE3的人在血管系統(tǒng)，特別是周細(xì)胞中，顯示出更高的APOE基因表達(dá)。
“這是本文的一個(gè)重點(diǎn)，它強(qiáng)調(diào)了APOE的細(xì)胞類(lèi)型特異性功能?！鳖I(lǐng)導(dǎo)該研究的Li-Huei Tsai說(shuō)道。
指向新療法
下一步是確定APOE4如何被周細(xì)胞過(guò)度表達(dá)。因此，研究人員鑒定了數(shù)百種在APOE3和APOE4周細(xì)胞樣壁細(xì)胞之間差異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子。然后他們研究了這個(gè)列表，看看哪些因子特別影響APOE的表達(dá)。一組在APOE4細(xì)胞中上調(diào)的因子脫穎而出：它們是鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-NFAT通路的一部分。研究人員在人類(lèi)海馬區(qū)樣本的周細(xì)胞中觀察到類(lèi)似的通路上調(diào)。
作為研究該通路信號(hào)活性升高是否導(dǎo)致淀粉樣沉積增加和腦淀粉樣血管病的一部分，研究人員測(cè)試了環(huán)孢菌素A、FK506，因?yàn)樗鼈兡芤种圃撏返幕钚浴Ｋ麄儼l(fā)現(xiàn)這些藥物降低了周細(xì)胞樣壁細(xì)胞中APOE的表達(dá)，由此降低了血腦屏障模型中APOE4介導(dǎo)的淀粉樣沉積。
為了檢驗(yàn)這些發(fā)現(xiàn)是否可以在體內(nèi)用于減少疾病病理，他們還對(duì)攜帶APOE4的小鼠進(jìn)行了藥物測(cè)試，結(jié)果顯示這些藥物在小鼠體內(nèi)降低了APOE的表達(dá)和淀粉樣物質(zhì)的積累。
Blanchard和Tsai指出，這些藥物可能有顯著的副作用，因此他們的發(fā)現(xiàn)并不意味著使用這些藥物來(lái)解決患者的CAA問(wèn)題?！跋喾?，它指向理解這一機(jī)制的價(jià)值。這使人們能夠設(shè)計(jì)并進(jìn)行小分子篩選，以找到具有更少脫靶效應(yīng)的更為有效的藥物?！盉lanchard說(shuō)道。
有趣的是，據(jù)觀察，長(zhǎng)期服用環(huán)孢菌素A或FK506的患者與普通人群相比癡呆的發(fā)生率顯著降低。這項(xiàng)研究結(jié)果為這些觀察提供了新的視角，并強(qiáng)調(diào)APOE和鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶-NFAT信號(hào)可作為APOE4介導(dǎo)的腦淀粉樣血管病和阿爾茨海默病的潛在靶點(diǎn)。
相關(guān)論文：
[1] Joel W.Blanchard, et al. Reconstruction of the human blood–brain barrier in vitro reveals apathogenic mechanism of APOE4 in pericytes, Nature Medicine (2020).
參考資料:
1# Study finds path for addressing Alzheimer's blood-brain barrier impairment（來(lái)源：Medical press）
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