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)險大大增加。幾乎所有阿爾茨海默病患者，甚至一些沒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)家通過建立人血腦屏障（blood-brain barrier, BBB）的實(shí)驗室模型，發(fā)現(xiàn)了最常見的阿爾茨海默病風(fēng)險基因是如何導(dǎo)致淀粉樣蛋白斑塊來破壞大腦血管系統(tǒng)的，并表明可以通過已經(jīng)批準(zhǔn)上市的藥物來預(yù)防這種損害。

6月8日，發(fā)表在Nature Medicine雜志上的這項新研究指出，APOE4變體通過特定血管細(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，病變周細(xì)胞對鈣調(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)。

文章第一作者Joel Blanchard說：“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，目前它們被用來在移植后抑制免疫系統(tǒng)。當(dāng)研究人員用這類藥物處理實(shí)驗室培養(yǎng)的帶有APOE4變體的血腦屏障模型時，它們積累的淀粉樣蛋白明顯比未經(jīng)治療的要少。

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來源的血腦屏障構(gòu)建簡圖。BECs=腦內(nèi)皮細(xì)胞；iMCs=iPSC來源的壁細(xì)胞（具有周細(xì)胞樣特性）；Astrocytes=星形膠質(zhì)細(xì)胞. （圖片來源：Nature Medicine [1]）

在三維水凝膠支架內(nèi)生長兩周后，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，血腦屏障模型顯示出與人類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APOE4制造的差異。通過幾項實(shí)驗可以發(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，見下圖）明顯更多。

圖片來源：Nature Medicine [1]

為了確定APOE4是如何產(chǎn)生這種差異的，他們設(shè)計了8種不同的版本，涵蓋了3種細(xì)胞類型的所有可能組合，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，只有APOE4周細(xì)胞樣壁細(xì)胞的版本顯示淀粉樣蛋白的過度積累。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)一步驗證這些發(fā)現(xiàn)的臨床相關(guān)性，研究小組還觀察了人類前額葉皮層和海馬區(qū)兩個阿爾茨海默癥嚴(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)。

“這是本文的一個重點(diǎn)，它強(qiáng)調(diào)了APOE的細(xì)胞類型特異性功能?！鳖I(lǐng)導(dǎo)該研究的Li-Huei Tsai說道。

下一步是確定APOE4如何被周細(xì)胞過度表達(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。研究人員在人類海馬區(qū)樣本的周細(xì)胞中觀察到類似的通路上調(diào)。

作為研究該通路信號活性升高是否導(dǎo)致淀粉樣沉積增加和腦淀粉樣血管病的一部分，研究人員測試了環(huán)孢菌素A、FK506，因為它們能抑制該通路的活性。他們發(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，他們還對攜帶APOE4的小鼠進(jìn)行了藥物測試，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解決患者的CAA問題?！跋喾?，它指向理解這一機(jī)制的價值。這使人們能夠設(shè)計并進(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說道。

有趣的是，據(jù)觀察，長期服用環(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)。

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