文献解读 | APOE4不依赖β淀粉样蛋白沉积，而通过亲环蛋白A加速老年AD疾病小鼠晚期血管变化和神经退行性疾病

发布时间：

2022-12-16 14:22

导读：

载脂蛋白E4 (APOE4)是AD疾病(Alzheimer’s disease, AD)的主要易感基因，该基因会导致机体血管功能障碍、淀粉样蛋白β病理、神经退行性变和痴呆。但病理机制仍不清楚。

南加州大学的Berisłav V. Zloković团队通过对APOE敲入小鼠与5xFAD小鼠杂交、并研究APOE3和APOE4基因敲除小鼠的血管功能障碍、Aβ病理、神经元功能障碍和行为，发现APOE4小鼠加速血脑屏障(BBB)破坏、脑血流损失、神经元损失和独立于β淀粉样蛋白的行为缺陷。血脑屏障的破坏与周细胞中亲环蛋白A -基质金属蛋白酶-9(CypA-MMP-9) 血脑屏障降解途径的激活有关。

因此，APOE4可以通过加速脑血管病变，来推进AD疾病过程，而且这一过程与β淀粉样蛋白的沉积无关，抑制这一过程可以缓解AD疾病的进展。这对AD血管和神经退行性疾病的发病机制和治疗有一定的指导意义。

APOE4和APOE4;5xFAD小鼠血脑屏障破坏

首先，研究者研究了18 - 24月龄APOE3和APOE4敲入对照和APOE3;5xFAD和APOE4;5xFAD小鼠的皮层和海马BBB完整性。使用动态对比增强磁共振成像(DCE-MRI)，研究者发现与相应的apoe3系相比，APOE4小鼠在皮质和海马区BBB加速分解(无a β病理和有a β病理)(图1a-c)，APOE4小鼠的BBB通透性Ktrans值分别比APOE3小鼠和与5xFAD小鼠杂交的小鼠增加43%和52%，以及29%和34%(图1b,c)。与APOE3和APOE4同窝对照组相比，APOE3;5xFAD和APOE4;5xFAD小鼠的皮层和海马区域BBB Ktrans值大幅增加了35%和36%，22%和20%(图1c)，与之前显示的5xFAD小鼠的BBB分解一致。

图1：衰老APOE4和APOE4;5xFAD小鼠|血脑屏障破坏

与APOE3小鼠相比，APOE4小鼠血管周毛细血管皮质和海马血源性纤维蛋白原沉积水平的增加证实了这些结果(图1d,e)。APOE4小鼠皮质和海马区纤维蛋白原沉积分别比APOE3小鼠增加111%、122%、135%和137%(图1e)。

与敲除同窝鼠对照相比，Aβ病理效应在两种基因型中都很明显(图1d,e)，与先前报道的5xFAD小鼠血脑损伤一致

对血脑屏障紧密连接蛋白的分析显示，与APOE4小鼠相比，APOE3小鼠的occludin -1 (ZO-1)和occludin长度覆盖缺失(图1l,m)。研究者发现，APOE3和APOE4同窝小鼠的皮质和海马区ZO-1长度分别减少了34%、57%、31%和42%，occludin长度减少了45%、42%、31%和25%，这些小鼠分别与5xFAD小鼠杂交(图1k,m)。这些发现与先前在APOE4和5xFAD小鼠中BBB紧密连接蛋白的丢失是一致的。

APOE4和APOE4;5xFAD小鼠脑血流减少

研究者研究了18 - 24月龄APOE3和APOE4敲入同窝对照组和APOE3;5xFAD和APOE4;5xFAD小鼠皮质和海马CBF的变化，与APOE3相比，APOE4小鼠在存在和不存在a β病理时，在皮层和海马中都出现了中度的CBF损失(图2a,b)。APOE4小鼠的局部皮质和海马CBF分别比APOE3小鼠减少了16%、13%、24%和24%(图2a、b)。此外，研究者发现与APOE3和APOE4小鼠相比，5xFAD小鼠的皮质和海马CBF减少了23%、23%、31%和33%(图2b)。与血脑屏障分解一样，性别对老年小鼠的区域性脑血流变化没有影响(扩展数据图2)。

图2：衰老APOE4和APOE4;5xFAD小鼠|脑血流减少。

补充图2：老年APOE4和APOE4;5xFAD雄性和雌性小鼠脑血流减少的额外表征。

与APOE3小鼠相比，APOE4小鼠，皮层和海马的毛细血管密度也出现了中度损失(图2c,d)，结果显示，与APOE3小鼠和APOE4小鼠相比，APOE4小鼠的皮层和海马毛细血管长度分别减少了17%和11%，以及10%和9%;5xFAD与APOE3;5xFAD小鼠相比，APOE4小鼠的毛细血管长度分别减少了17%和11%(图2d)。CBF减少与毛细管长度的减少呈正相关(图2e,f)。观察到的相关性与之前报道的周细胞缺陷和APOE4小鼠中CBF减少与微血管密度之间的相关性一致。

亲环素a基质金属蛋白酶-9途径

免疫细胞化学分析表明，与相应的APOE3系相比，APOE4小鼠在存在和不存在Aβ病理的皮质和海马的CD13+周细胞中具有更高水平的CypA+免疫荧光信号(图3a,b)。APOE4中皮层和海马CD13+周细胞的CypA+免疫荧光信号增加，与紧密连接蛋白ZO-1(图3c,d)和occludin(图3e,f)的长度减少均呈负相关，但在表达5xFAD转基因的小鼠中效果更明显。

与各自的APOE3系相比，旧APOE4和APOE4;5xFAD小鼠周细胞中CypAMMP9通路的激活，提示APOE4介导的血脑屏障破坏和毛细血管密度损失的可能机制。

图3 ：增加了APOE4和APOE4周细胞中亲环蛋白A和基质金属蛋白酶-9的水平;5xFAD小鼠与紧密连接蛋白的丢失相关。

Aβ病理与血管功能障碍

研究者发现18 - 24月龄APOE4;5xFAD和APOE3;5xFAD小鼠的皮层和海马中主要的Aβ42肽水平没有实质上的差异(图4a)。组织分析证实这些小鼠的Aβ皮质和海马负荷相当(图4b,c)。

据报道，与相应的雄性小鼠相比，雌性APOE3;5xFAD和APOE4;5xFAD小鼠的Aβ42水平显著升高(图4d)。与之前在5xFAD细胞系中的报道一致，APOE4;5xFAD和APOE3;5xFAD小鼠中的Aβ40水平显著低于Aβ42水平(扩展数据图3a)。与Aβ42一样，我们也发现APOE4和APOE3小鼠与5xFAD小鼠杂交时雌性小鼠的Aβ40水平显著高于雄性小鼠(扩展数据图3b)。

补充图3：Aβ病理在APOE3;5xFAD和APOE4;5xFAD雄性和雌性小鼠和Aβ独立的血管变化的额外表征。

与APOE3小鼠与5xFAD小鼠交叉相比，APOE4中血脑屏障通透性Ktrans值的增加和中度脑血流损失与皮质或海马a β42水平的升高无关(图4e-h)或a β40水平(扩展数据图3e,f)，这表明与APOE3;5xFAD小鼠相比，a β病理可能不会导致旧APOE4;5xFAD小鼠的血管功能障碍。