APOE4對阿爾茨海默癥發病機理的影響
（非Aβ假說層面）
在Aβ之外，也有研究發現攜帶純合APOE4的人要比雜合子人群大腦中含有更多的tau聚集，在小鼠神經元中特異性過表達APOE4會提高tau的磷酸化水平。通過將tau突變小鼠（P301S）與不同人源化APOE小鼠進行雜交，在得到的三種APOE-tau小鼠中，發現在動物飼養到9月齡時，APOE4-tau小鼠表現出明顯的大腦萎縮和神經炎癥。
在突觸可塑性方面，APOE4也會減少樹突密度，并通過減少突觸谷氨酸受體影響突觸可塑性。尸檢中也發現一系列突觸標志物（如PSD95，Synaptophysin，Syntaxin1等）都在APOE4攜帶者中明顯下降。動物方面，人源化APOE4小鼠比起APOE3小鼠及未經人源化的野生型小鼠而言，突觸標志物蛋白表達、樹突棘的密度和長度，突觸傳遞效率都下降顯著。
體外培養的人類神經干細胞中，三種APOE的酯化能力（結合脂類物質的量）由大到小依次為APOE2，APOE3，APOE4。膽固醇從細胞內向腦脊液中運輸的能力也是APOE4最低。這種不同APOE載脂能力的差異在人源化APOE的小鼠中也得到了證實。
人們發現在AD發病前的很多年，這些人大腦中的糖代謝能力就已經開始減弱。胰島素、胰島素受體、胰島素信號通路也在AD病患中受到損傷并影響到其認知能力。大量研究已經發現APOE4攜帶者，會增加患糖尿病和胰島素抵抗等AD風險。上述這些臨床結果與人源化APOE4小鼠中進行的實驗結果一致，并且更進一步發現了這種對糖代謝的影響是通過下調PPARγ的表達及其信號通路實現的。在高脂食物飼養的情況下，APOE4小鼠比APOE3的糖分吸收能力低，同時也產生了胰島素抵抗以及認知功能的損傷。小鼠在年輕時（3月齡）吃高脂食物并不會因為APOE的不同而影響胰島素信號通路，但在22月齡時APOE基因型的不同就會造成糖代謝功能的明顯差異。
此外APOE也在炎癥反應、神經損傷修復、α-Synuclein（PD致病蛋白）調節等多方面對AD產生影響。
一系列的研究表明，與分布最為廣泛的APOE3相比，APOE4等位基因會通過各種手段增加患上AD的風險，不論是在臨床相關性的觀察，還是在動物或者細胞實驗中的因果關系驗證上都為我們以APOE4作為靶點對抗AD打下了堅實的基礎。
圖7. APOE4影響AD發病的可能途徑[6]
未來APOE模式動物的應用
APOE調節膽固醇運輸和脂類代謝，Apoe敲除小鼠也是研究這類相關疾病的理想實驗動物，在Apoe敲除小鼠中會有自發的動脈粥樣硬化癥狀產生。如果我們把APOE3的功能作為基準，除了前文敘述過的不同APOE間的區別外：
● APOE2和APOE4與血漿甘油三酯的結合能力都要高于APOE3；
● 與血漿膽固醇的結合能力則是按APOE2，APOE3，APOE4的順序逐漸遞增；
● 蛋白穩定性按APOE2，APOE3，APOE4的順序依次降低；
● APOE2與LDLR的親和力遠低于APOE3和APOE4；脂類結合能力上APOE4最強，同時其也是與VLDL親和力最高的APOE蛋白，另外兩種傾向于結合HDL。
在疾病方面，仍然將APOE3作為野生型看待，那么APOE2和APOE4都有3型高膽固醇血癥的可能；不同的是，APOE2更有可能誘發外周血管疾病和動脈粥樣硬化心血管疾病，而APOE4則更容易誘發心血管疾病和阿爾茨海默癥（圖8）。
當然，APOE的本職工作其實就是在中樞或者外周負責膽固醇以及其他脂類的調度運輸。目前總體而言，APOE在外周的功能其實研究得比中樞更加深入。不同的APOE雖然至多只有兩個氨基酸的差異，但是這種差異卻造成了結構上的改變，以至于不同APOE與其受體的結合能力產生了很大的差異，進而影響不同人群中和脂類相關的生理和病理過程。舉例說來，APOE2與LDLR受體的結合能力不到APOE3和APOE4與LDLR結合能力的1/50。因此，在外周，APOE2會造成富含甘油酸三酯的脂蛋白殘余聚集成顆粒，進而引起三型高脂蛋白血癥。另一個例子就是關于APOE4的了，APOE4更容易與VLDL形成顆粒，妨礙脂肪在外周組織中的分解，從而產生動脈粥樣硬化的潛在危險。
圖8. 三種APOE蛋白的主要差異總結[7]
小鼠本身只有一種APOE，而人類中的APOE則有三種主要形式。要透徹研究APOE的功能，就需要將人類的三種APOE在小鼠中表達。在以前的很多研究中，通常是構建APOE過表達的轉基因小鼠進行實驗。把這些小鼠和傳統的AD基因編輯小鼠雜交后的確也能產生反映APOE多態性與AD關聯的表型，但過表達并非理想的基因編輯方式，一方面是因為過表達量使蛋白豐度有違生理狀態，另一方面則是目的基因的隨機插入有可能破壞原有基因功能，對目的表型產生干擾。因此，在不改變小鼠原有APOE啟動子的情況下，將人的APOE蛋白（hAPOEs）替換原有的小鼠APOE進行的研究會更有意義，也更易將實驗結果向臨床轉化。而且從結果上來看，hAPOE4小鼠也產生了認知障礙和神經突觸的損傷。并且在與引入了hAPP突變的小鼠雜交后，hAPOE4-hAPP小鼠也能產生淀粉樣沉淀，并且hAPOE4-hAPP小鼠產生的Aβ沉淀的量要高于hAPOE3-hAPP小鼠。
圖9. APOE敲除及人源化小鼠主要應用領域
關于APOE多態性與疾病的很多研究都是在臨床上先觀察現象，統計規律，提出假說，然后再利用人源化的APOE小鼠進行實驗，對因果關系進行驗證。利用APOE小鼠，我們可以對脂類代謝、神經系統及免疫系統中APOE作用的機理進行研究，也可以與很多疾病固有的模型小鼠進行雜交，尋找APOE與疾病固有的信號通路之間有著怎樣的相互作用關系。因此，在對疾病病理的探索和相應靶點的發現上，APOE基因編輯小鼠都將成為研究者們手中不可或缺的利器。
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參考文獻及引用圖片來源：
1. https://qbi.uq.edu.au/brain/dementia/types-dementia
2. https://www.urgentteam.com/news/determining-alzheimers-symptoms
3. https://www.ted.com/talks/samuel_cohen_alzheimer_s_is_not_normal_aging_and_we_can_cure_it
4. Patterson C , Feightner J W , Garcia A , et al. Diagnosis and treatment of dementia: 1. Risk assessment and primary prevention of Alzheimer disease[J]. Canadian Medical Association Journal, 2008, 178(5):548-556.
5. https://www.fatforweightloss.com.au/genetic-makeup
6. Yamazaki, Y., Zhao, N., Caulfield, T.R. et al. Apolipoprotein E and Alzheimer disease: pathobiology and targeting strategies. Nat Rev Neurol 15, 501–518 (2019).
7. Bos M M , Noordam R , Blauw G J , et al. The ApoE ε4 Isoform: Can the Risk of Diseases be Reduced by Environmental Factors?[J]. The Journals of Gerontology Series A Biological Sciences and Medical Sciences, 2018.
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