科學家終于揭秘APOE4突變導致阿爾茨海默病的奇特機制

　　本月，NIA-AA提出了新的阿爾茨海默病研究框架，它與數十年來一直使用的方法不同。后者依賴于認知變化，如記憶喪失、空間感錯亂、認知障礙等，新的框架則是基于對生物標志物的檢測，以實現在癥狀出現之前判斷疾病。

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　　目前，這種框架還僅用于研究，暫時不會進入臨床。但是想象一下，在這種框架之下，阿爾茨海默病或許可以像心血管疾病、糖尿病這些慢性疾病一樣，在癥狀出現之前就被早期發現，得到一定程度的控制。

　　畢竟對于阿爾茨海默病來說，等到癥狀出現就太晚了。

　　2018年，第一個終止于三期臨床的阿爾茨海默新藥出現在4月。vTv Therapeutics宣布終止其RAGE抑制劑藥物azlueragon（TTP488）的臨床研究，在試驗中，服用藥物18個月并不能改善患者的認知評分。

　　許多AD新藥都是這樣死去的。臨床前實驗進行得很順利，在小鼠模型上藥物效果都很好，但是一應用到患者身上，卻毫無效果。99.9%的失敗詛咒籠罩在研究者們的心頭，究竟是哪里不對，是動物模型不能完全模擬人類，還是理論從根本上就錯了？

　　縱然80%基因都一樣，但小鼠畢竟是小鼠

　　近期，來自格萊斯頓研究所的華人學者Yadong Huang團隊發表了一項最新研究成果，研究者利用來自阿爾茨海默病患者的誘導多能干細胞（ipsC）構筑了人源AD神經元模型，全面揭示了APOE4突變導致AD的機制！更令人激動的是，研究者此前開發的一款小分子結構矯正劑能夠對APOE4蛋白的錯誤結構進行矯正，有望成為AD的新療法。

　　研究過程中，研究者還發現，ipsC神經元模型與小鼠模型的病理過程有顯著不同，說明AD在不同物種之間的表現差異很大，這很有可能是新藥接連失敗的原因之一。

　　APOE4突變是AD最大的遺傳因素之一，許多研究表明APOE4蛋白與β-淀粉樣蛋白沉淀（Aβ）和神經纖維纏結（NFTs）都有關系，APOE4攜帶者患AD的風險要更高，第一次發病年齡則更低。舉個例子，攜帶APOE3雙等位基因的人，在85歲時患AD的風險約為10%，但是攜帶APOE4雙等位基因的人風險則高達65%！

　　Huang教授便致力于研究AD與APOE4的關系。他提出了一種有關于APOE4蛋白水解的病理假說：

　　一般情況下，APOE蛋白是由大腦中的星形膠質細胞表達的，但是在壓力或受損的情況下，神經元也會激活APOE表達，來促進神經元的修復。而APOE4蛋白比APOE3蛋白更不穩定，更容易被水解成具有神經毒性的蛋白碎片。APOE4片段進入胞質，引起tau蛋白病變和線粒體損傷，進一步導致神經元變性。主管學習、記憶等認知功能的海馬中的GABA神經元，則是對APOE4蛋白片段的毒性特別敏感，所以AD患者首先表現為認知障礙。

　　實際上APOE4與正常的APOE3，在結構上只相差一個氨基酸。APOE3蛋白的112位上是一個半胱氨酸，但是APOE4蛋白的112位上卻是一個精氨酸。這直接導致在蛋白進行三維折疊的時候，產生了不同的離子鍵，關鍵的結構域變得不一樣了。俗話說結構決定功能，所以，有研究者認為，利用一個小化學分子，“干擾”一下蛋白的結構，是有希望讓APOE4不管是結構、還是功能都回到正常的APOE3的。

　　考慮到AD病程很長，動物模型難以囊括全程的病理變化，Huang教授選取了來自APOE4雙等位基因攜帶者和健康人的細胞，利用ipsC技術制作了AD神經元模型，并對一系列病理特征進行了檢測。

　　在APOE4神經元中，完整的APOE蛋白水平要比正常神經元更低，胞內水平少了約35%，分泌出胞外的則少了大約60%。計算過二者的比例之后，研究者發現，APOE4蛋白似乎更傾向于留存在胞內，而不是分泌到胞外。

　　同時，研究者發現，APOE4神經元內產生的APOE蛋白片段也更多了！這些蛋白的大小在12-20kD之間，與在小鼠模型腦內和人類患者神經元中發現的蛋白片段大小差不多！這些蛋白片段僅存于胞內，培養基內沒有檢測到。

　　APOE4蛋白碎片要更多

　　另一方面，與AD有關的兩大病理特征，β淀粉樣蛋白沉淀（Aβ）與磷酸化tau蛋白（p-tau）在APOE4神經元中都有顯著增加，而且p-tau的增加并非受Aβ影響。當研究者利用藥物阻斷Aβ產生，p-tau水平依舊很高，并沒有隨之變化。

　　p-tau與Aβ在APOE4中水平較高

　　利用OM99-2和Copd-E兩種分泌酶阻斷劑降低Aβ水平，p-tau不受影響

　　分歧就出現在這里了！研究者經過實驗驗證，認為APOE4能夠促進人類神經元中Aβ的聚集和形成，但是這種現象是不存在于小鼠神經元中的！在小鼠的ipsC神經元中，APOE4突變并不增加Aβ42與Aβ40的水平。這說明，物種之間APOE對Aβ代謝水平的影響是不同的，APOE4能夠增加人類神經元中Aβ的產生，但在小鼠神經元中就沒有這樣的效果。

　　對功能神經元的實驗也證實了Huang教授的假說。在APOE4神經元中，隨著神經元的逐漸分化、成熟，GABA能神經元會逐漸喪失功能或者退化，而且60%的GABA神經元中都有p-tau。

　　APOE4變體GABA神經元水平更低，p-tau水平更高

　　隨后研究者又利用基因編輯方法驗證了APOE4對神經元影響的特異性。將APOE4修復為APOE3，使得神經元的諸多AD樣病理都恢復了正常，而徹底敲除了APOE基因的“空白”神經元，生理表現則與正常的APOE3神經元基本一致；通過轉染APOE4基因，則又會令“空白”神經元產生病理狀態。

　　基因編輯使APOE4神經元病理指標下降

　　水平與正常APOE3神經元基本一致

　　這里有一點十分有趣，導致病理狀態的APOE4非得是內源產生的不可。研究者給“空白”神經元輸入了人工合成的APOE4，結果并沒有引起神經元的相關變化。前文我們也說過了，正常情況下APOE蛋白是由星形膠質細胞產生的，但是在壓力、損傷等情況下，神經元也會產生APOE蛋白。研究者對不同來源的APOE4蛋白進行了研究，發現APOE4毒性是神經元特異的，星形膠質細胞產生的APOE4并不會對神經元產生有害影響。

　　最后，Huang教授利用此前發現的結構矯正子PH002嘗試“修復”APOE4神經元。實驗結果也達到了研究者的預期，神經元中APOE4蛋白片段水平下降、GABA能神經元數量上升，p-tau、Aβ42、Aβ40產生與分泌的水平都降低了！這說明，這種小分子的結構矯正劑或許可以作為一種治療AD的新手段！

　　小分子結構矯正劑能夠“糾正”APOE4帶來的神經元毒性

　　對AD的研究進程必須要抓緊了。在上個月召開的阿爾茨海默和帕金森病治療會議（AAT-AD/PD）上，梅奧診所的研究者報告說，與近幾年的研究不同，癡呆癥的發病率不降反升，特別是帕金森、ALS和早發性AD，這種趨勢也很有可能延伸至遲發性AD。其他研究者的報告數據也支持了這一觀點。

　　在對AD的預防與治療上，我們幾乎一籌莫展。Huang教授正在與制藥企業合作，對這些小分子結構矯正劑進行進一步優化，以便盡快進入臨床試驗。