撰文
Qi
#阿尔兹海默症#
全基因组关联研究已经确定了与AD（阿尔茨海默症）风险增加相关的遗传变异，其中，APOE4显示出最强关联，与β淀粉样蛋白沉积增加、tau蛋白过度磷酸化和聚集以及认知能力下降加速相关，但APOE4介导这些改变的机制尚不完全清楚。作为一种脂质和胆固醇转运蛋白，APOE4多态性改变了脂质结合区域的可及性，从而干扰胆固醇和脂质的转运能力，但这一功能的异常如何损害学习和记忆能力，以及是否可以通过某种途径减轻这种影响尚不清楚。
年11月16日，来自麻省理工的Li-HueiTsai团队和ManolisKellis团队在Nature杂志上合作发表了文章APOE4impairsmyelinationviacholesteroldysregulationinoligodendrocytes。他们对APOE4携带者与非携带者的尸检人类大脑进行了单细胞转录组学分析，APOE4显着改变了与胆固醇稳态和转运相关的信号通路。通过对尸检人脑、诱导多能干细胞衍生细胞和靶向替代小鼠的组织学和脂质组学分析证实了这些发现，即胆固醇异常沉积在少突胶质细胞。药理学促进胆固醇转运增加轴突髓鞘形成并改善APOE4小鼠的学习和记忆。总之，这项工作提供了一个单细胞图谱，描述了APOE4对衰老人类大脑的转录作用，并在APOE4、胆固醇、髓鞘形成和记忆之间建立了功能联系，为AD提供了治疗机会。
研究人员首先从APOE3/3、APOE3/4、APOE4/4携带者的尸检前额叶皮层（PFC）样本进行snRNA-seq以及差异通路分析，确定了包含多种细胞类型的炎症和免疫相关通路的上调，突触相关过程（如离子通道活性、突触可塑性等）的下调，以及脂质代谢相关过程的改变。需要注意的是，在少突胶质细胞中与胆固醇生物合成和液滴形成相关的基因上调，而与胆固醇转运相关的基因被下调。研究人员随后对尸检脑组织进行基于质谱的脂质组学分析，APOE4/4个体呈现出更高水平的胆固醇酯趋势。
由于遗传多样性可能会混淆APOE4对人类死后脑组织的影响，因而作者使用了由CRISPR-dCas9编辑产生的APOE3/3和APOE4/4iPS细胞，随后分化为少突胶质细胞。与尸检少突胶质细胞相似，胆固醇酯是改变最多的脂质类别，BODIPY-胆固醇染色和PLIN1免疫反应表现出高度重叠，提示APOE4/4增加了少突胶质细胞内胆固醇的储存。此外，APOE4/4少突胶质细胞表现出ATF6介导的ER应激通路的上调，多种热休克蛋白和ATF6（未折叠蛋白反应的关键调节因子）的表达增加。同时，与ER胆固醇转运相关的多种基因在APOE4/4少突胶质细胞中被下调，表明ER应激和胆固醇转运受损可能在观察到的细胞内胆固醇积累中起核心作用。
少突胶质细胞与中枢神经系统中的髓鞘形成相关，研究人员推断APOE4/4少突胶质细胞中胆固醇定位和稳态的改变可能会损害髓鞘形成。为了验证这点，作者依次检测了髓鞘相关基因和髓鞘免疫染色情况，对APOE4/4-TR小鼠脑内的有髓轴突进行观察，并通过体外髓鞘形成试验（iPS衍生的少突胶质细胞和神经元共同培养）加以证明。那么通过药理学手段抑制APOE4/4少突胶质细胞中胆固醇生物合成（辛伐他汀和阿托伐他汀）或促进胆固醇转运（2-羟丙基-β-环糊精；环糊精）以减少细胞内积累是否可以改善髓鞘形成呢？为此，作者使用了这些药物处理APOE4/4iPS细胞衍生的少突胶质细胞，通过BODIPY-胆固醇染色对细胞内胆固醇进行量化，同时，作者还用药物处理共培养的APOE4/4少突胶质细胞和神经元以评估髓鞘形成表型。上述检测结果结合小鼠模型的观察结果共同表明在体外和体内，胆固醇转运的药理学增强可以改善髓鞘形成。
最后，为了研究在环糊精处理的APOE4/4-TR小鼠中观察到的髓鞘形成增加是否与功能改善有关，作者使用新物体识别分析评估了学习和记忆能力。总行动距离和在旷场中心的花费时间表明环糊精治疗不会影响一般运动或诱发焦虑样行为，当暴露于新物体时，与对照小鼠相比，环糊精处理的APOE4/4-TR小鼠对新物体的偏好显着增加。此外，作者还利用迷箱实验（用于评估脱髓鞘相关认知功能障碍的测试）对学习和执行功能进行额外评估，结果也同样表明环糊精治疗可以改善老年APOE4/4-TR小鼠的学习和执行功能。
总之，这项工作证明胆固醇转运可能是药理学靶向受损髓鞘形成的切入点，促进胆固醇转运可增加APOE4/4小鼠的髓鞘形成并改善认知功能。通过建立APOE4、胆固醇转运和少突胶质细胞定位、髓鞘损伤和认知能力之间的机制联系，为AD提供了治疗机会。
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