載脂蛋白E（ApoE）與阿爾茲海默病的調節

載脂的ApoE脂蛋白顆粒與多種細胞表面受體結合，支持腦膜穩態和損傷修復。從患病率和相對危險程度來看，ApoE基因的ε4等位基因是遲發性阿爾茨海默病（AD）最為突出的遺傳風險因素。ApoE4通過多種途徑參與AD的發病，這些途徑包括但不限于淀粉樣蛋白-β（Aβ）肽的代謝、聚集和毒性，以及tau病、突觸可塑性、脂質轉運、葡萄糖代謝、線粒體功能、血管完整性和神經炎癥。在探索阿爾茨海默病的病理生理學時，對ApoE相關途徑的新認識為開發有效的AD治療手段開辟了新的途徑與可能性。

1.阿爾茨海默病與ApoE

阿爾茨海默病（AD）作為癡呆癥最常見的類型，是一種神經退行性疾病，其標志性特征包括細胞外老年斑的形成以及細胞內神經原纖維纏結的堆積，同時伴隨著記憶力、思維能力、語言功能的逐步衰退及行為模式的改變。日益增多的遺傳學與生物化學證據表明，淀粉樣蛋白β（Aβ，具體由40或42個氨基酸序列構成）在大腦中的逐漸累積與集結，是淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）經過特定蛋白水解途徑分解后的直接產物，這一機制在AD的發病過程中起到了至關重要的作用。毒性可溶性Aβ寡聚體、神經元內部蓄積的Aβ以及細胞外形成的淀粉樣蛋白斑塊，均會嚴重干擾正常的突觸功能，并激活一系列下游毒性信號通路，最終促使神經細胞發生變性。值得注意的是，Aβ誘導的神經元功能障礙的毒性效應，可能還與微管相關蛋白tau的共存狀態密切相關，該蛋白在AD患者的大腦中以神經原纖維纏結的形式異常聚集，進一步加劇了疾病的進展。

僅有極少數（不足5%）的阿爾茨海默病（AD）病例會在65歲之前顯現出癥狀，這類情況通常被稱作早發性AD（EOAD）。EOAD中有一類尤為引人注目的類型，即家族性AD（FAD），它是由APP、早老素1（PSEN1）或PSEN2基因中的特定基因突變所觸發的，這些突變會直接導致β淀粉樣蛋白（Aβ）的異常過量產生。相比之下，絕大多數的AD病例均發生在65歲及以上的老年人群中，被稱為晚發型AD（LOAD）。在LOAD的發病機制中，Aβ的清除障礙似乎成為了Aβ在腦內積聚的首要原因。

從患病率和相對風險性的角度來看，LOAD最為顯著的遺傳風險因素當屬載脂蛋白E（ApoE）基因的等位基因變異。具體而言，與常見的ε3等位基因相比，攜帶ε4等位基因的人群罹患AD的風險會顯著增加，而擁有ε2等位基因則似乎具有一定的保護作用。ApoE4可能通過多種不同的機制發揮其毒性作用，從而進一步提高AD的發病風險。

2.ApoE的生化特征

ApoE是一種由299個氨基酸構成的糖蛋白，分子量大約為34kDa。它通過與細胞表面的ApoE受體相結合，在血漿及中樞神經系統（CNS）中有效地運輸并遞送膽固醇及其他脂質物質。ApoE的受體結合區域定位于N端結構域（涵蓋殘基136-150），而其主要的脂質結合區域（涵蓋殘基244-272）則位于C端結構域。值得注意的是，ApoE存在三種同工異構體：ApoE2、ApoE3和ApoE4，它們在112號和158號位置的氨基酸殘基上存在差異。具體而言，ApoE2在這兩個位置上都擁有Cys殘基；ApoE3在112位為Cys殘基，而在158位則是Arg殘基；ApoE4則在兩個位置上都為Arg殘基。

圖1.ApoE結構示意圖

注：脂質結合區外的V236E變異可降低晚發性阿爾茨海默病（LOAD）風險。

ApoE主要由外周組織中的肝細胞、巨噬細胞以及脂肪細胞合成產生。在CNS中，ApoE的表達通常受到嚴格調控，在應激或損傷等特定條件下，會在星形膠質細胞、小膠質細胞、血管壁細胞以及脈絡叢細胞中高度表達。分泌后的ApoE會被ATP結合盒轉運蛋白A1（ABCA1）和ABCG1進行脂質化修飾，這些轉運蛋白將細胞內的膽固醇和磷脂轉移至新生的ApoE上，從而形成脂蛋白顆粒。在血漿中，ApoE更傾向于與極低密度脂蛋白（VLDL）顆粒結合，而在中樞神經系統的HDL樣顆粒中也檢測到了ApoE的存在。腦內的ApoE主要來源于局部的合成，因為血腦屏障（BBB）對ApoE的跨膜轉運具有嚴格的限制作用。

不同ApoE基因型個體的血漿ApoE水平存在差異，其中ApoE ε2/2基因型的水平最高，而ApoE ε4/4基因型的水平最低。這種亞型依賴的差異同樣在腦脊液和間質液（ISF）中得到了體現。此外，通過精氨酸-61和谷氨酸-255之間的離子相互作用，ApoE4的結構域間相互作用可能會增強其肝臟清除效率，并促進星形膠質細胞對其的降解過程。

3.ApoE與AD Aβ病理學

3.1ApoE對腦Aβ沉積的影響

臨床研究報告指出，在認知功能正常的個體、輕度認知障礙（MCI）患者以及已出現癥狀的阿爾茨海默病（AD）患者中，大腦內Aβ沉積的程度與ApoE4基因型的存在呈正相關關系。值得注意的是，在認知功能尚未受損的ApoE4攜帶者中（平均年齡約為56歲），淀粉樣蛋白成像結果顯示其Aβ沉積的出現時間早于ApoE4非攜帶者（平均年齡為76歲）。這些發現進一步提示，ApoE4基因可能通過促使Aβ在大腦中的更早積累、加速其聚集及沉積過程，從而增加個體罹患阿爾茨海默病的風險。

3.2ApoE對CSF Aβ的影響

腦脊液（CSF）中的Aβ作為一種生物標志物，展現出了極高的潛力，其準確性足以有效區分阿爾茨海默病（AD）患者與對照組或罹患其他神經系統疾病的患者。盡管已知ApoE4等位基因與大腦中Aβ沉積的增加有關，但關于它如何具體影響CSF中Aβ水平的機制，目前仍存在爭議。早期的研究揭示，ApoE4與AD患者及對照組中CSF Aβ42水平的降低之間存在著緊密的關聯。然而，近期一項研究發現：CSF Aβ42水平與AD的診斷及腦內Aβ的積累密切相關，而這一關系似乎并不受ApoE基因型的影響。此外，還有研究聚焦于CSF中ApoE與Aβ42水平的關系，發現ApoE蛋白水平與CSF中的Aβ42以及磷酸化tau水平均呈正相關，這進一步提示ApoE或可成為AD的另一種潛在生物標志物。

4.ApoE調節Aβ代謝的機制

大腦中Aβ的水平體現了Aβ生成與清除之間的凈平衡狀態；阿爾茨海默病（AD）患者大腦中Aβ的累積，可能是由于Aβ的過度生成、清除效率低下，或是這兩種情況同時存在所導致的。越來越多的證據表明，ApoE及其受體在這些調節過程中起重要作用。

4.1ApoE與Aβ產生

APP定位于質膜表面，在此處它經歷α-分泌酶的蛋白水解作用。在淀粉樣蛋白的生成路徑中，APP首先被內吞，隨后由β-分泌酶和γ-分泌酶裂解，最終產生Aβ肽（Aβ40和Aβ42）。ApoE受體（包括LRP1）與APP相互作用，并調控其轉運過程以及向Aβ的轉化。ApoE以亞型特異的方式調節APP的運輸及Aβ的產生。在神經元細胞系中，相較于ApoE3，ApoE4更能促進APP的內化作用，從而進一步增加Aβ的生成量。據報道，ApoE同工型（ApoE4>ApoE3>ApoE2）通過激活人神經元中的非經典絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號轉導途徑，對APP的轉錄及Aβ的生成產生不同程度的影響。然而，這些影響是否最終會增加罹患阿爾茨海默病（AD）的風險，仍需進一步的深入研究。

4.2ApoE與Aβ清除

Aβ主要由神經元產生。可溶性Aβ在腦實質中的積累導致Aβ寡聚體和淀粉樣蛋白斑塊的形成，而它在血管周圍區域的積累會引發CAA。為了從大腦中清除這些可溶性Aβ，存在多種緊密相關的清除機制：ISF中的可溶性Aβ可以在腦實質中清除，通過BBB轉運至血液，或由血管壁細胞降解。此外，Aβ還可以沿著ISF流進入CSF，最終被循環和淋巴系統吸收。Aβ的主要清除通路，包括腦實質細胞（神經元和神經膠質細胞）通過受體（如LRP1和LDLR）介導清除，以及血管壁細胞從血管周圍間隙攝取，還有內肽酶（例如NEP、IDE）蛋白水解降解。

4.2.1ApoE亞型對受體介導的Aβ清除的影響

ApoE主要由神經膠質細胞產生，并通過ABCA1和ABCG1轉運蛋白脂質化，形成脂蛋白顆粒?。這些脂化的ApoE能夠與Aβ結合，并通過細胞表面受體（例如LRP1、LDLR）被內化，促進Aβ清除。?大多數內吞的ApoE被回收，而Aβ通常被降解。由于ApoE4-Aβ復合物的穩定性低于ApoE3-Aβ，因此ApoE4在促進Aβ清除方面不如ApoE3有效（ApoE2>ApoE3>ApoE4）。此外，ApoE也可能通過與Aβ競爭細胞表面受體來抑制Aβ清除，ApoE4相對于其他ApoE同工型表現出最強的清除阻斷作用（ApoE4>ApoE3）。

4.2.2ApoE亞型對蛋白酶介導的Aβ清除的影響

Aβ可通過蛋白水解酶降解從大腦中去除，這些蛋白酶包括腦啡肽酶（NEP）、胰島素降解酶（IDE）、內皮素轉換酶（ECE）、血管緊張素轉換酶（ACE）、纖溶酶原激活劑、基質金屬蛋白酶2（MMP2）以及MMP9?。ApoE可促進大腦中可溶性Aβ的蛋白水解清除，其中ApoE3促進作用更強。值得注意的是，當Aβ與細胞表面HSPG結合時，會阻礙Aβ的蛋白水解降解，促進Aβ寡聚化和聚集?。

圖2.主要的Aβ清除途徑以及ApoE和ApoE受體的作用

縮寫：Aβ，淀粉樣蛋白-β；BBB，血腦屏障；BCSFB，血液-CSF屏障；CSF，腦脊液；ISF，間質液；CAA，腦淀粉樣血管病；NEP，腦啡肽酶；IDE，胰島素降解酶；LRP1，低密度脂蛋白受體相關蛋白1；LDLR，低密度脂蛋白受體；HSPG，硫酸乙酰肝素蛋白多糖；ABCA1，ATP結合盒A1；ABCG1，ATP結合盒G1。

參考文獻

Zhao N, Liu CC, Qiao W, et al. Apolipoprotein E, Receptors, and Modulation of Alzheimer's Disease[J]. Biol Psychiatry. 2018,83(4):347-357.?

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