《自然》子刊：发现阿尔茨海默病致病新机制！ApoE4会加速脑血管病变，推进疾病进展，过程独立于Aβ的沉积，靶向可抑制疾病进展
最近不断传来关于阿尔茨海默病（AD）治疗的喜讯。
先是美国FDA批准渤健/卫材公司β淀粉样蛋白（Aβ）抗体Aducanumab刷屏；这两天又传出礼来的Donanemab获得美国 FDA 的突破性疗法的消息。针对β淀粉样蛋白的疗法终于修成正果，从理论走向了临床。
但是阿尔茨海默病不仅仅是与β淀粉样蛋白相关，它的病因其实很复杂，除了β淀粉样蛋白假说以外，还有Tau蛋白假说，以及不常受到关注的血管源性假说。
近日，南加州大学的Berisłav V. Zloković团队在脑血管病变与阿尔茨海默病的研究中又取得重要进展。
他们发现，ApoE4可以通过加速脑血管病变，来推进阿尔茨海默疾病过程，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阿尔茨海默病的进展［1］。相关研究成果发表在Nature Aging上。
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我们的大脑仅仅占体重的2%却消耗着20%的氧气和能量［2］。因此负责运输的血管在维持大脑的功能和健康中就起了非常关键的作用。而脑血管的病变，比如血脑屏障损伤，颅内血流量降低，血管梗塞，血管出血等等，都会导致神经退化和大脑认知障碍，严重的可以导致痴呆症。有一类疾病就叫做血管源性痴呆症。
阿尔茨海默病也属于痴呆症。脑血管的病变在阿尔茨海默病人中其实也很常见，并且在其疾病发生过程中起着推进作用［3］。
而载脂蛋白是一类可以在血液循环和淋巴循环中运输脂类的蛋白，因此它在血管功能以及血管类疾病中发挥着重要的作用［4］。其中ApoE是中枢神经系统中一种主要的脂蛋白，与衰老相关的疾病有关。人体内的ApoE主要有三个亚型：E2，E3和E4。其中ApoE4被发现在超过一半的阿尔茨海默病患者中表达，是阿尔茨海默病的最普遍的遗传危险因子之一［5］。
早在几年前Zloković的团队就已经在阿尔茨海默病患者的脑样本中发现ApoE4可以加速血管病变。他们观察到，携带ApoE4的患者脑内呈现更加严重的血脑屏障损伤和周细胞退化[6]。基于此，他们提出ApoE4可能是通过激活周细胞和内皮细胞中促炎细胞因子亲环蛋白 A -基质金属蛋白酶-9 (CypA-MMP-9) 信号通路，从而引起阿尔茨海默病患者的脑血管病变［6］。如今时隔五年，他们对这一假说做了进一步验证［1］。
这一次他们将ApoE4和另一个亚型ApoE3分别引入到经典的小鼠模型5xFAD中，并且在小鼠18-24个月大的时候进行观察研究。
他们先通过对磁共振（MRI）以及脑切片染色的图像进行观察分析，验证了无论是在5xFAD小鼠还是非阿尔茨海默病小鼠脑内，同ApoE3相比，ApoE4更容易引起脑血管病变。主要表现为血脑屏障通透性增加，紧密连接蛋白（Tjs）ZO-1和Occludin量下降，毛细血管周细胞覆盖率下降，纤维原蛋白沉积，以及大脑血流量下降和血管数目减少。
相较于ApoE3，携带ApoE4的小鼠在脑内皮层（Cortex）还是海马体中（Hippocampus）均呈现出更加严重的血脑屏障损坏
通过之前的报道，我们知道β淀粉样蛋白在阿尔茨海默病发生过程中经常起着关键性作用［7］。其中在5xFAD小鼠中起主要作用的是Aβ42。但是研究人员发现，携带有ApoE4的5xFAD小鼠（E4+FAD）脑内的血管病变与Aβ42水平并没有显著的相关性。
小鼠在脑内皮层和海马体中神经细胞数目与血脑屏障的渗透性成显著负相关，却同Aβ42水平没有相关性
于此同时， E4+FAD小鼠大脑的内皮层以及海马体中的神经细胞和神经突有非常明显的减少，说明ApoE4加速了神经退化的过程。相对应的，这些小鼠呈现出更加严重的行为学变化，主要表现为筑巢能力的下降，以及对变更位置物体记忆力的衰退。这种神经退化现象以及行为学的表型与血脑屏障的损伤具有相关性。
而有趣的是，它们同样与Aβ42水平没有相关性。结合之前的数据结果，我们可以看出ApoE4可以通过加速脑血管病变，来推进阿尔茨海默病的进展，而且这一作用与β淀粉样蛋白的沉积无关。
之前我们提到，Zloković组团队在早期的观察中发现：在携带ApoE4的阿尔茨海默病人脑内存在CypA-MMP-9信号通路激活的现象[6]。而在ApoE4小鼠的周细胞中，他们同样也观察到CypA和MMP-9水平的显著升高，而且CypA和MMP-9的水平均与ZO-1和Occludin 成显著负相关性。由此认为ApoE4可以通过激活周细胞中的CypA-MMP-9信号通路来影响血脑屏障功能。
ApoE4小鼠及阿尔茨海默小鼠在脑内皮内和海马体中CypA水平显著升高且与ZO-1水平成显著负相关
为了进一步验证这一推论，研究者给小鼠注射了CypA抑制剂Debio-025。经过连续30天给药，E4+FAD小鼠的脑血管病变，神经损伤，以及相关行为学上的变化都得到了显著改善。而β淀粉样蛋白仍然维持在一个很高的水平。这说明通过抑制CypA-MMP-9信号通路，我们可以改善由ApoE4引起的血管病变，从而延缓阿尔茨海默的疾病发生。
CypA抑制剂Debio-025改善ApoE4小鼠的血脑屏障损坏以及神经退化
综上，Zloković组研究证明了ApoE4可以通过激活周细胞中的CypA-MMP-9信号通路，加速晚期阿尔茨海默病小鼠脑内的血管病变和神经退化；而这过程与β淀粉样蛋白的沉积无关。
其实ApoE4是一个阿尔茨海默病的常见危险因子。很多文章都报道过ApoE4可以促进脑血管病变，从而加速阿尔茨海默病的疾病进程［5］。这次发表的研究，它的意义在于验证了CypA-MMP-9信号通路在这一过程中的作用，并且通过抑制这一信号通路可以在不影响β淀粉样蛋白水平的情况下改善血管功能，从而达到阻止神经退化和认知障碍的作用。
从Zloković组的研究中我们可以发现，在阿尔茨海默病中，一部分由ApoE4引起脑血管病变所导致神经退化和行为学变化是与β淀粉样蛋白的沉积无关的。而无论是ApoE4还是脑血管病变在阿尔茨海默病人中都非常常见，这就为阿尔茨海默病的治疗提供了一些新的思路，比如以ApoE4及CypA-MMP-9信号通路的相关因子为靶点的治疗，或者在β淀粉样蛋白抗体治疗中引入对脑血管病变的管理。
当然，这些都需要有临床试验去进一步证实。期待越来越多相关的研究可以让我们离攻克阿尔茨海默病的那天更进一步。
参考文献：
［1］Montagne, A., Nikolakopoulou, A.M., Huuskonen, M.T. et al. APOE4 accelerates advanced-stage vascular and neurodegenerative disorder in old Alzheimer’s mice via cyclophilin A independently of amyloid-β. Nat Aging 1, 506–520 (2021). https://doi.org/10.1038/s43587-021-00073-z
［2］Raichle ME, Gusnard DA. Appraising the brain's energy budget. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002;99(16):10237-10239. doi:10.1073/pnas.172399499
［3］Klohs J. An Integrated View on Vascular Dysfunction in Alzheimer's Disease. Neurodegener Dis. 2019;19(3-4):109-127. doi:10.1159/000505625
［4］Zhou Y, Mägi R, Milani L, Lauschke VM. Global genetic diversity of human apolipoproteins and effects on cardiovascular disease risk. J Lipid Res. 2018;59(10):1987-2000. doi:10.1194/jlr.P086710
［5］Yassine HN, Finch CE. APOE Alleles and Diet in Brain Aging and Alzheimer's Disease. Front Aging Neurosci. 2020;12:150. Published 2020 Jun 10. doi:10.3389/fnagi.2020.00150
［6］Halliday MR, Rege SV, Ma Q, et al. Accelerated pericyte degeneration and blood-brain barrier breakdown in apolipoprotein E4 carriers with Alzheimer's disease. J Cereb Blood Flow Metab. 2016;36(1):216-227. doi:10.1038/jcbfm.2015.44
［7］Gu L, Guo Z. Alzheimer's Aβ42 and Aβ40 peptides form interlaced amyloid fibrils. J Neurochem. 2013;126(3):305-311. doi:10.1111/jnc.12202
责任编辑丨BioTalker