apoe研究

近日，首都医科大学宣武医院贾建平教授团队在《阿尔茨海默病和痴呆》杂志在线发表了一项关于阿尔茨海默病风险基因APOE ε4分布和作用规律的研究。该研究首次针对中国人载脂蛋白E4（APOE ε4）的携带情况进行分析，最终证实了APOE ε4与阿尔茨海默病（AD）之间的强关联性，揭示了APOE ε4等位基因在三种AD亚型中起到了不同风险效应，尤其在未知基因突变的家族性AD中起到了尤其突出的风险效应。“我国正常人群中约有20%携带APOE ε4基因型，而APOE ε4被认为是主要的遗传危险因素。本研究的发现为建立大规模人群干预提供了理论依据。”论文第一作者、首都医科大学宣武医院副主任医师贾龙飞表示。据了解，本研究共纳入15119例受试者，包括正常人、已知基因突变的家族性AD、散发性AD、未知基因突变的家族性AD，其APOE ε4基因型的频率分布呈递增趋势，分别为19.54％、26.19％、36.23％、56.27％。根据APOE ε4建立的风险预测模型提示，APOE ε4对已知基因突变的家族性AD无风险效应，而对未知基因突变的家族性AD具有最强的风险预测能力，APOE ε4基因型可能是造成未知基因突变的家族性AD主要原因之一，解释了大量此类家系致病的风险基因。“这是迄今为止关于中国人群APOE频率分布最大规模的多中心研究。” 论文通讯作者为贾建平表示，该研究结果逐步揭开了APOE ε4对AD患病率调控的奥秘，对国际上理解中国人群中APOE ε4对AD的发病机制产生了重要影响，也对国人AD遗传干预和基因治疗提供了新的思路，并有望从基因编辑方面入手，降低AD风险基因的表达，为最终治愈AD找到新的突破点。相关论文信息：https://doi.org/10.1002/alz.12153来源：中国科学报 张思玮

阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）是一种严重影响人们正常生活的神经退行性疾病，其特征是淀粉样蛋白β（amyloid-β，Aβ）在细胞外沉积形成老年斑。近年来研究表明，年龄、APOE基因型及性别单独或交互影响AD发病机理。因此，研究受这些因素影响的分子途径对于开发AD治疗策略至关重要。近日，卜国军团队发表在Neuron上的一篇研究通过对人类APOE2/3/4基因型的跨年龄、跨性别的小鼠脑转录组和血液代谢组的综合数据分析，确定了AD危险因素间独特且相互作用的分子途径，为模型系统在人类中的验证研究提供了宝贵的资源。该研究首先研究了APOE基因型、年龄、性别及其相互作用如何导致转录组学和代谢组学谱的变化。研究发现，年龄是影响大脑转录组的最重要因素，而APOE基因型对血清代谢组的影响最大。之后鉴定了与上述三个因素相关的的大脑转录特征，发现与APOE2/3相比，在APOE4中，用于调节内肽酶抑制剂活性的serpina基因家族上调，并且不同年龄小鼠Serpina3n（人SERPINA3基因的小鼠直系同源物） mRNA水平显著升高，具有脑特异性。与衰老相关的模块基因（参与小胶质细胞功能和免疫应答）随小鼠年龄增加而上调，之后在人类脑标本中验证了该结论，发现在前额叶皮层中与免疫相关的基因模块特性均保存良好，并在AD病例显著上调，但在小脑中下调。通过蛋白质组学和转录组学分析结合，与免疫和细胞囊泡富集共表达模块从小鼠到人类保守，并在AD中失调，证实该发现与AD发病机制有关。但对AD病例的RNA-seq数据分析显示，与APOE4相关的基因模块特征未保存，表明在这些人类样本中，AD病理学的影响要强于APOE基因型，或者APOE4的影响取决于AD。对于代谢组的分析发现，在APOE2中，与脂质代谢途径相关的代谢物上调，表明APOE2通过脂质代谢的上调驱动不同的血清代谢组学特征。此外，与男性相比，富含多种溶酶胆碱的代谢物也与性别显著相关，而女性的表达则较低。同时，富含生物胺和氨基酸的代谢物模块和与溶血磷脂酰胆碱相关的模块随年龄增加而下调，富含长链脂肪酸的代谢模块上调。最后该研究鉴定了小鼠大脑中APOE基因型、年龄和性别相关的差异表达代谢物(MEs)、差异表达基因（DEGs），并评估了这三个风险因素如何交互影响脑转录组和血清代谢组。研究发现，年龄对大脑转录组的影响受APOE基因型的影响，在任何年龄或APOE基因型组别中，性别效应都不显著。该研究表明，在小鼠皮质中发现的与年龄或与APOE基因型相关的主要基因明显失调，进一步支持了年龄增加与AD之间的深层联系和重叠的观点。在蛋白质水平上对基因模块的验证还表明，这些共同表达的基因网络在AD中的失调可能与大脑区域有关。该研究首次报道APOE基因型与Serpina3n / SERPINA3基因在小鼠和人脑中表达的相关性，APOE4在调节大脑中Serpina3n表达中起着重要作用，但有关APOE4如何升高Serpina3n表达，涉及的细胞类型以及与升高有关的功能影响的基本机制尚不清楚。该研究也为对APOE亚型特异性作用于脂质代谢和相关途径的进一步研究、为更全面地了解APOE基因型对AD的作用以及以此为机制的疗法提供了广阔的前景。总之，该研究综合数据支持AD的三个主要风险因素背后的独特且相互作用的分子途径，并就它们如何共同驱动AD风险绘制了网络图谱。参考文献：Zhao, N., et al., Alzheimer's Risk Factors Age, APOE Genotype, and Sex Drive Distinct Molecular Pathways. Neuron, 2020编译作者：原代美少女 (Brainnews创作团队)校审：Victoria, Simon (Brainnews编辑部)

导读● DHA是一种必需的omega-3脂肪酸，在预防和缓解认知功能下降等神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏病，AD）中起着至关重要的作用● 鱼籽油和磷虾油中发现的DHA主要为磷脂形式，磷脂型DHA可被直接转化为LPC-DHA（大脑吸收利用DHA的主要形式）● 藻油、鱼油补充剂中的DHA主要以甘油三酯和乙酯形式存在，可分解为游离DHA● 由于APOE4破坏血脑屏障，导致游离DHA进入大脑受损，但磷脂DHA进入大脑的途径并不受影响● 补充磷脂DHA是预防与APOE4相关的阿尔茨海默氏病的策略之一 1、什么是神经退行性疾病？神经退行性疾病是指由于神经元或其髓鞘的丧失导致人体出现功能障碍。其中最为人熟知的是阿尔茨海默氏病（老年痴呆症），其主要特征：记忆力减退、迷失空间方向、认知功能障碍和行为改变。65岁以后，患AD的风险每5年翻一番，而85岁以上的人中约有1/3患有AD。遗传风险：APOE4等位基因与AD的发生相关，存在1个APOE4等位基因会使AD的发生风险提高2～3倍，而存在2个APOE4等位基因会增加约15倍患AD的风险。此外，APOE4基因与生命早期更好的认知和智力有关。2、什么是APOE？载脂蛋白E由APOE基因编码，其主要表达于大脑和外周组织，在脂质和胆固醇的运输中起着相似作用。APOE基因包含多个单核苷酸多态性，可表达3种常见的载脂蛋白e亚型:载脂蛋白APOE2、APOE3和APOE4。已有研究表明，APOE基因的一种称为APOE4的变异是晚发型阿尔茨海默氏病的主要遗传风险因素。APOE的表达方式：在外周组织中，APOE主要表达于肝脏细胞，调节脂质和胆固醇向组织的运输，并可逆转胆固醇的运输（即从外周组织先通过淋巴系统，再回到血液）。在大脑中，APOE主要表达于星形胶质细胞，调节脂质和胆固醇向神经元的转运。但是APOE4减少了脂质和胆固醇向神经元的转运。3、阿尔茨海默氏病的三个主要病理学特点1.细胞外淀粉样β斑块：随着年龄的增长，大脑内过氧化（ROS）和炎症反应会逐渐积累。在AD中，淀粉样蛋白-β42的蛋白长期激活会导致氧化应激和炎症反应加剧，从而产生更多的淀粉样β42产物。当淀粉样β斑块形成这些聚集体时，则会干扰神经元的交流，甚至破坏或损伤神经元，从而导致阿尔茨海默病。APOE蛋白结合淀粉样β42，并将其从细胞中去除。与APOE3蛋白相比，APOE4蛋白结合淀粉样β-42的效率低20倍。因此，携带APOE4基因的人群清除淀粉样β斑块机能受损。2.细胞内神经原纤维缠结：Tau蛋白的聚集体在神经元内部形成tau缠结，并导致长期记忆丧失和神经元细胞死亡。Tau缠结会干扰细胞成分在神经元内部的转移方式，细胞获取能量减少并停止形成新突触，进而造成记忆受损。最终，由于能量水平不足以维持先前形成突触得功能，最终导致长期记忆缺失、神经元细胞死亡。3.减少脑葡萄糖摄取：在人体的血液和大脑之间存在血脑屏障（BBB）。在BBB中，葡萄糖由GLUT转运蛋白（GLUT1和GLUT3）协助转运进大脑。神经元自身无法储存或产生葡萄糖，因此必须依赖于GLUT转运蛋白供能。APOE4携带者通常会下调GLUT转运蛋白，因此降低脑部葡萄糖摄取（随着年龄的增长，这种现象更加明显）。4、DHA及其对AD病理情况的影响？DHA是必需omega-3脂肪酸之一，占大脑脂质的1/3左右，对于大脑结构与功能至关重要。人体无法自行合成DHA，必须通过饮食获得DHA。正常/高水平的DHA可预防或逆转AD的三个病理症状：(1). 已证明DHA可减少淀粉样β斑块及其相关毒性(2). 已证明DHA可以促进大脑淀粉样斑块清除(3). 已证明DHA可以减少tau缠结(4). DHA可调节GLUT转运蛋白来源：【1】5、DHA的形式决定了其如何代谢研究表明，摄入充足的鱼和海鲜可减缓AD进展，并改善AD的三个病理特征。但鱼油藻油来源的DHA补充剂却没有显示出这些作用。这是由于鱼类和海鲜中天然存在的DHA形式与鱼油藻油DHA补充剂不同导致的。鱼类和海鲜中部分天然磷脂DHA被代谢为溶血磷脂酰胆碱（LPC-DHA），而鱼油藻油DHA补充剂（甘油三酯DHA）则被代谢为非酯化的游离DHA。大脑中的APOE4通过多种机制破坏血脑屏障的完整性和通透性，最终导致游离DHA转运至大脑的能力非常有限。具体而言，APOE4会降解BBB的紧密连接，从而破坏游离DHA进入大脑所使用的外膜小叶。鱼油藻油DHA补充剂中的DHA （甘油三酯DHA）无法通过APOE4携带者的血脑屏障，从而无法充分进入大脑，在老年人中这种现象尤为突出。而磷脂DHA经胃肠道消化后，直接转化为LPC-DHA，可绕过BBB的紧密连接，并通过内膜小叶进入大脑。因此，无论APOE处于何种状态，LPC-DHA均可进入大脑。所以，对于AD等DHA脑内转运受损人群而言，补充磷脂DHA是维持大脑正常DHA浓度和状态的首要途径。来源：【1】6、磷脂DHA的来源鱼类体内天然存在的磷脂形式omega-3脂肪酸含量较低，仅为1-1.5％。但鲱鱼等鱼卵中Omega-3脂肪酸约有38–75％是以磷脂形式（PL-DHA）存在。因此，鱼卵、磷虾是磷脂型DHA的主要来源。结语总之，APOE4限制了鱼油藻油DHA补充剂进入大脑的途径，但补充磷脂DHA可有效避免APOE4的影响，将DHA高效转运至大脑。因此，摄入磷脂DHA是预防与APOE4相关的阿尔茨海默氏病的策略之一。参考文献1. Patrick RP. Role of phosphatidylcholine-DHA in preventing APOE4-associated Alzheimer's disease. FASEB J. 2019;33(2):1554–1564. doi:10.1096/fj.201801412R 2. Alzheimer’s Association. (2015) 2015 Alzheimer’s disease facts and figures. Alzheimers Dement. 11, 332–384 3. Huang, Y. (2011) Roles of apolipoprotein E4 (ApoE4) in the pathogenesis of Alzheimer’s disease: lessons from ApoE mouse models. Biochem. Soc. Trans. 39, 924–932 4. APOE and Alzheimer Disease Meta Analysis Consortium. (1997) Effects of age, sex, and ethnicity on the association between apo- lipoprotein E genotype and Alzheimer disease: a meta-analysis. JAMA 278, 1349–1356 5. Masters, C. L., Bateman, R., Blennow, K., Rowe, C. C., Sperling, R. A., and Cummings, J. L. (2015) Alzheimer’s disease. Nat. Rev. Dis. Primers 1, 15056 6. Jochemsen, H. M., Muller, M., van der Graaf, Y., and Geerlings, M. I. (2012) APOE e4 differentially influences change in memory performance depending on age: the SMART-MR study. Neurobiol. Aging 33, 832.e15–832.e22

撰文、编译 | Qi责编 | 兮特刊：Science特刊【神经退行性疾病】之一 | “睡得不好”导致的大脑类淋巴系统“故障”会引发痴呆Science特刊【神经退行性疾病】之二 | To infinity and beyond：神经退行性疾病岂止于“相分离”截至目前，全世界痴呆症患者的数量已略超过癌症患者，并有望在未来几十年内进一步增加。然而，痴呆症是包括阿尔兹海默症（Alzheimer’s Disease, AD）在内的多种大脑疾病终末症状的术语，许多研究已将AD的定义与痴呆混为一谈，先前对AD发病机制和药物靶点的不恰当解释可能导致该领域长期以来存在争议。因此，在正确的病理背景下研究AD显得尤为重要。鉴于AD的高遗传力，研究遗传风险似乎是鉴定其分子机制的更可靠方法。但是，中心问题是是否仅存在一条通往揭示AD真相的唯一路线，还是存在多种致病性机制最终共同指向淀粉样斑块和神经纤维缠结的病理改变？2020年10月2日，来自英国卡迪夫大学的Valentina Escott-Price团队和来自比利时VIB大脑和疾病研究中心的Bart De Stroope团队共同发表了一篇题为“Translating genetic risk of Alzheimer’s disease into mechanistic insight and drug targets” 的综述，作者在这篇文章中通过分析AD遗传风险的不同形式，强调在正确的细胞类型和病理背景下研究基因变异的重要性，并提出缺乏对AD遗传变异机制的理解已成为寻找新药靶标的主要瓶颈。一、AD的遗传力遗传力（heritability），定义为由于遗传因素引起的表型变异的比例，可以用作基于人群的疾病风险度量。目前在AD中研究较为完善的风险遗传变异是编码淀粉样蛋白前体蛋白（amyloid precursor protein, APP）和早老素1和2（PSEN1 / 2）的完全外显突变。它们影响淀粉样蛋白β（amyloid β, Aβ）肽的加工，提示Aβ肽聚集是AD发病进程中的上游事件。然而APP和PSEN1 / 2突变只能解释这些早发性AD（<65岁）病例中的约10％，其余的遗传力可以通过编码SORL1，TREM2， ABCA7等基因中的稀有变体数目的增加，或者一些尚未鉴定的可能为隐性的突变来解释。相比于早发性AD的高遗传力（0.92~1），在65岁后痴呆发作的一大批患者中遗传力仍较高，约在0.58至0.78之间，这在所有迟发性疾病类型当中，是很高的数字。然而这些AD患者的遗传结构远未完全阐明，载脂蛋白ε 4等位基因（APOE4）是目前唯一常见的高风险遗传变异。全基因组关联研究（GWAS）进一步鉴定出许多常见低风险遗传变异。如宽置信区间所示，与许多多基因疾病一样，AD的遗传力估计仍不准确。为了解决AD中的“错失的遗传力”，需要创建更大的GWAS数据集并开发新的数据分析方法（见图1）。图1，AD的危险因素和遗传力二、从遗传力到发病机制将遗传信息转化为发病机制并非易事，例如AD致病突变破坏早老素的稳定性，从而导致长Aβ肽的过早释放这一研究成果就曾花费二十年。此外，关于AD的大多数可用遗传信息仍不准确，致病变异仅占GWAS已鉴定的基因座中的40％。解决这一转化难题的核心在于找出是哪些“中心”基因对疾病进程产生直接影响？不幸的是，超过70％的决定表型的变异都位于“外围”基因中，这类基因仅对核心基因产物的表达或翻译后修饰具有间接影响，对于定义驱动表型的分子机制并不是十分有用。由于存在很多这样的“外围”基因，它们仍占据遗传力的绝大部分。因此，AD中的大部分遗传信息可能仅间接指向疾病的关键生物学途径。其中一组外围基因特别受到关注，这些基因可以编码如转录因子和染色质修饰剂，从而调节几种疾病核心基因的表达或功能。例如，AD风险基因座Spi-1原癌基因（Spi1）编码转录因子Pu.1，后者可以调控许多小胶质细胞基因，参与AD的炎症作用。而这样的主要调节基因通常处于强大的进化约束之下，因此在GWAS中不容易被发现。研究人员可以尝试探索外围基因如何影响核心基因的表达，而先决条件是了解这些外围基因在哪些细胞中发挥作用，因此单细胞分析便显得至关重要。然而，这种反式表达数量性状基因座（transexpression quantitative trait loci,trans-eQTL）映射需要庞大的数据集，并且仅可用于外周血细胞。另一种可能性是关注对遗传力有重大影响的基因变异，APOE4是AD中的唯一示例。三、APOE基因座的复杂性APOE的三个主要同工型（ε2，ε3和ε4）由第4外显子内的两个单核苷酸多态性（SNP；rs429358和rs7412）来定义。其中，ε4等位基因使得罹患AD的风险增加了3倍，甚至于在ε4纯合子中增加14倍。相反，ε2等位基因可降低1.7倍的罹患AD的风险。此外，这种风险的易感性与性别和种族背景密切相关，例如女性比男性更易患病， ε4效应在非裔美国人和西班牙裔人口中要小得多，这些数据说明在研究AD的遗传力时多种族遗传研究的重要性.APOE基因座非常复杂，跨度接近2 Mb，并涵盖70多个基因。尽管与ε2和ε4的APOE SNP的连锁不平衡程度较低，在这个巨型基因座中仍有许多其他SNPs与AD显著相关，这可能指向该基因座中的其他AD风险基因，且其中一些SNPs可能会影响APOE的表达。需要注意的是，理解这一点将具有巨大的价值，因为它阐明了该多功能蛋白的上调或下调在什么条件下会影响AD的致病风险。尽管APOE与AD之间存在强相关性，仍不清楚其在脑部炎症中的作用。已知APOE在胆固醇转运和脂质稳态中发挥不可替代的作用，此外，在Aβ的聚集，清除和细胞摄取，以及一些少为人所知的分子途径，例如突触数量和功能，血脑屏障完整性，TAU介导的神经变性中也发挥作用。但是，理清APOE的哪些作用与AD直接相关是很重要的，APOE缺陷在把不同细胞和组织类型中引起的效应不同提示APOE基因只是AD主要的外围调节基因，并非所有受影响的途径均与AD相关。因此，直接针对APOE来预防AD可能会产生多种附加影响，且此类治疗效果也需要格外仔细监测。四、因果：高风险和保护性变体参与APP处理和小胶质细胞功能等位基因系列中基因型-表型剂量反应的证据强有力支持了核心基因功能，在参与Aβ产生的基因观察到这种基因剂量效应，例如APP基因重复可导致AD。其隐性（A673V）和保护性（A673T）等位基因可以影响Aβ聚集的倾向，A673T还降低了APP的β-分泌酶处理。SORL1提供了与AD风险增加的另一个等位基因系列示例。SorlA通过将APP重定向到细胞膜和反高尔基体网络以及将Aβ重定向到神经元的溶酶体来降低Aβ的产生。值得注意的是，人类小胶质细胞中SORL1的表达水平相较于小鼠而言高约20倍，从而有力地证明了SORL1缺乏对小胶质细胞功能的影响。常见和罕见的ABCA7变体提供了第三个等位基因系列。ABCA7可以促进磷脂流出细胞，其蛋白截短和错义突变均与AD相关。此外，内含子18中的串联重复序列（范围从300个碱基对到10 kb以上）也与较高的AD风险相关。尚不清楚ABCA7功能丧失如何增加AD的风险，但在小鼠中确实会导致与巨噬细胞和小胶质细胞中Aβ吞噬功能受损有关的Aβ斑块负荷增加（见图2）。除了影响Aβ加工的核心和主要调控基因外，有力的遗传学证据小胶质细胞中表达的基因中存在许多与AD风险相关的常见变体，例如TREM2，PLCG2和ABI3的开放阅读框中的罕见错义突变。值得注意的是，当直接比较一种Aβ模型和一种TAU模型时，可以发现当暴露于Aβ时，许多AD风险基因在小胶质细胞中表达上调，但在TAU中则不那么明显。在上述三种基因中，研究最为深入的为TREM2基因，TREM2是阴离子配体的受体。在AD小鼠模型中，Trem2对于小胶质细胞从稳态转移到活化状态以响应于淀粉样蛋白斑块是必要的。Trem2缺乏导致更多的斑块扩散，小胶质细胞向淀粉样斑块的募集减少，造成更严重的神经损伤。TREM2的稀有Arg47→His（R47H）和更常见的R62H变体会改变其稳定性，并损害TREM2对APOE，ApoJ，低密度脂蛋白和Aβ的亲和力。由于R47H和R62H突变导致TREM2功能部分丧失，并且由于Trem2缺乏似乎加重了小鼠的淀粉样斑块病理，因此大多数药物开发工作都集中在增强TREM2功能上。但是需要认识到增强小胶质细胞活性可能是一把双刃剑，此外需要考虑，在多大程度上可以将小鼠的观察结果推论到人类的病理生理学上？与小鼠模型相比，人类中淀粉样斑块周围的细胞反应要复杂得多。综上所述，AD的遗传学研究为在早发和迟发性疾病中起作用的以Aβ生成，聚集和清除为中心的主要途径提供了有力证据，也强烈暗示小胶质细胞对AD中淀粉样蛋白斑块的反应。假设这些反应是由患者的遗传风险所决定的，则可以预见到一些患者由于其有利的小胶质细胞而免受淀粉样蛋白斑块引起的损伤。该领域的主要问题是小胶质细胞对淀粉样斑块反应哪些方面是有益的而哪些是有害的？遗传风险如何影响这种平衡？考虑到AD中这种细微的细胞内阴阳反应，药物开发必须谨慎行事。图2，AD信号通路五、多基因风险的利用AD遗传风险的绝大部分是由基因组中的常见变异所解释，并被GWAS中的SNPs捕获。此类单一变体本身无法预测个人患AD的风险，但可以组合成多基因风险评分（polygenic risk score, PRS）。PRS是定义为个体携带的SNP风险等位基因数量的总和，以其对疾病风险的贡献（效应量）加权的“遗传评分”。目前，大多数研究人员在40个典型GWAS基因组基因座中使用由主要SNP计算的部分AD PRS。但是，更完整的PRS计算包括位点中与AD风险相关但未达到全基因组显着相关性阈值的其他SNP。使用完整的PRS进行AD的预测准确性很高，临床上接受者-操作者曲线下的面积（area under the receiver-operator curve, AUC）为75％，经病理证实的样品为84％。仅使用典型的GWAS基因座会使得分偏向APOE区域的效果，如果按照完整PRS的建议使用AD的所有遗传风险，则相关的小效应大小的SNPs最终将胜过仅有APOE基因座的效应大小。因此，在病理学证实的APOE3纯合子中，完整PRS的预测准确性很高。然而迄今为止，由于缺乏多民族的GWAS数据，PRS方法大部分仅在欧洲人群中进行了评估。六、从多基因风险到疾病和药物靶向机制：细胞状态和疾病背景至关重要针对由遗传证据支持的靶标开发的药物更有可能获得批准。但是，在AD领域，“因果”SNPs在许多情况下是未知的，将遗传学信息转化为药物的最重要限制因素是缺乏良好的AD模型。评估非编码风险变体的功能影响是具有挑战性的，并且由一个特定的SNP是功能性的，还是仅与真正的功能性SNP处于连锁不平衡的问题出发。风险机制只会在与疾病相关的状况中表现出来，因此，在分析SNP的功能后果时，细胞类型和实验环境尤为重要。此外，在基因组的线性DNA序列表示中，SNP经常被分配给最接近的基因，然而，染色质具有复杂的三维结构，增强子或抑制子可对远离其位置的基因表达发挥作用。最近的工作表明，许多因果变异会影响对大脑区域，细胞类型和细胞状态高度特异性的增强子，需要注意的是，与AD相关的变异体主要是髓样和小胶质细胞增强子区域，而不是启动子区域。Nott等人在人诱导多能干细胞（human inced pluripotent stem cells, iPSC）中删除了BIN1增强子，该增强子携带有AD高风险变体rs6733839，然而当作者将这些细胞分化为小胶质细胞，星形胶质细胞和神经元时，BIN1的表达仅在小胶质细胞中受到影响。AD领域确实很难产生能够重现疾病所有特征的良好模型，要模拟人类AD中存在的淀粉样蛋白斑块和缠结，就需要过表达人类TAU，PSEN和APP且都带有家族性AD或额颞变性突变的双甚至三重转基因小鼠，并且这些小鼠将在何种程度上诱导细胞表型以模仿人类的处境，仍是极具挑战性的问题。在对人类多基因疾病进行建模时，不能忽略六千五百万年的进化差异。关于人类特异性细胞生物学，有关人类iPSC的研究已经展开，包括体外3D和类器官培养等，然而每种方法都有其自身的优势和局限性（见图3）。图3，AD研究中常用模型的优势和局限性结论截至目前，在绘制AD的遗传图谱方面已经取得了巨大进展，然而“数量”永远不会取代“质量”，需要更深入的临床表型和生物标记物才能更好地解释基因变异在AD表型特定方面的作用。值得注意的是，在功能层面上，研究人员需要摆脱一种基因，一种功能，一种药物靶点的经典分子生物学范式。基因变异会影响特定遗传背景，特定细胞类型，特定细胞状态以及疾病特定阶段的基因功能。在计算机模拟中和简单的细胞生物学实验中，尽管高通量的方法非常诱人，但也可能非常误导人，并可能危及整个药物开发活动，对诸如AD等复杂的多因素疾病进行药物研发时需要对靶向机制有深入的了解。研究人员可以进一步利用先前完成的遗传学工作来生成更复杂，能更好重现AD发病机制的模型，这将为药物研发打开更多机会，加快从概念到临床的步伐。原文链接：https://science.sciencemag.org/content/370/6512/61

载脂蛋白E（APOE）ε4等位基因是导致迟发性阿尔茨海默病的最强遗传危险因素，主要是通过驱动淀粉样β病理引起的。最近，还发现APOE4是路易体痴呆（LBD）的遗传危险因素。但APOE4如何驱动LBD的风险以及它是否对α-突触核蛋白病理改变有直接影响尚不清楚。2020年2月5日，来自美国梅奥医学中心卜国军教授团队在Science Translational Medicine杂志发表了题为APOE4 exacerbates α-synuclein pathology and related toxicity independent of amyloid的研究论文，在表达人APOE2，APOE3或APOE4的小鼠中使用α-突触核蛋白（αSyn）的腺相关病毒基因递送产生了突触核蛋白病小鼠模型，以分析缺乏淀粉样蛋白的模型系统中APOE基因型、α-突触核蛋白病理变化与神经退行性的关联。01APOE4加剧了小鼠模型中的αSyn病理变化使用9月龄αSyn-APOE小鼠脑切片进行了免疫组织化学染色，发现与包括大脑皮层、海马、杏仁核、丘脑在内的大脑区域的αSyn-APOE2和αSyn-APOE3小鼠相比，αSyn-APOE4小鼠的αSyn免疫反应性更高，并且在所有这些脑区域中的整体免疫反应性增高。然而并未在黑质区域观察到差异。图1 αSyn-APOE4小鼠的αSyn病理变化增加02APOE4增强小鼠模型的行为缺陷在旷场实验中，所有表达人αSyn的APOE-TR小鼠都表现出探索旷场中心区域行为降低的趋势，并且没有表现出过度活动。在高架迷宫任务中，αSyn-APOE4小鼠比αSyn-APOE2和αSyn-APOE3小鼠在开放臂上花费了更多的时间。在情境恐惧调节实验中，αSyn-APOE4小鼠的听觉线索相关记忆与情境相关记忆有损伤趋势。在其它所有任务中，与αSyn-APOE2和αSyn-APOE3小鼠相比，αSyn-APOE4小鼠均表现出明显的缺陷。图2 各实验中αSyn-APOE4小鼠均有行为缺陷表现03APOE4诱导小鼠模型中的神经元和突触损失研究者观察到，在进行NeuN核免疫染色后，与对照组相比，αSyn-APOE4小鼠的神经元损失约为10％，但αSyn-APOE2和αSyn-APOE3小鼠没有神经元损失。评估突触后蛋白的表达后，与对照相比，αSyn-APOE4小鼠的PSD95，GluR2和NR2A的表达较低，但在αSyn-APOE2和αSyn-APOE3小鼠中未观察到。图3 αSyn-APOE4小鼠的神经元和突触丧失04转录组分析发现αSyn诱导的表达差异受APOE基因型的影响，其中三个差异表达基因为：Ak7，Spata18和Grp。评估基因倍数变化的潜在相关性发现，α-突触核蛋白过表达后，仅在αSyn-APOE4小鼠中发现了明显的表型变化。加权基因共表达网络分析（WGCNAs）也显示了αSyn-APOE4小鼠神经元和突触相关途径的失调，与这些动物中α-突触核蛋白病理学增加，行为表现受损和神经变性相一致。对病理性αSyn免疫染色的LBD人脑切片进行图像分析结果与小鼠模型的发现一致。综上所述，该研究支持在小鼠模型和LBD中，APOE4独立于淀粉样蛋白而促进α-突触核蛋白病理致病作用。这些发现为APOE4在LBD中α-突触核蛋白代谢和聚集中的作用提供了依据，可指导未来的临床试验设计和LBD的早期预防策略参考文献：Zhao N, Attrebi ON, Ren Y, et al. APOE4 exacerbates α-synuclein pathology and related toxicity independent of amyloid. Sci Transl Med. 2020;12(529):eaay1809. doi:10.1126/scitranslmed.aay1809编译作者：守望者 (Brainnews创作团队)校审：Victoria, Simon (Brainnews编辑部)

记者 | 谢欣 任悠悠编辑 | 任悠悠1从10月22日起（昨日），全球媒体都在争相报道一个重大突破，时隔17年后，FDA有望再批准一款治疗阿兹海默症的新药。这条新闻的主角是acanumab——渤健和卫材公司联合开发及全球商业化的一款治疗阿兹海默症的新药，FDA还授予其"快速通道"审批通道。它是一种与β淀粉样蛋白（β-amyloid）结合的人类单克隆抗体，能够有选择性地与AD患者大脑中的淀粉样蛋白沉积结合，然后激活免疫系统，将沉积蛋白清理出大脑。在研究阿兹海默病发病原理有众多机制说中，最为关注的有”β-淀粉样蛋白”及“Tau蛋白”假说，但无论是哪种，研发道路上都铺满了失败者。据不完全统计，从1998年到2017年，大约有146个研发阿尔茨海默氏症药物的失败尝试，2018年又有5、6个，各家研发治疗阿兹海默症的努力都无疾而终：Boehringer Ingelheim、默克、Axovant、辉瑞、礼来等也纷纷“止损”。acanumab的出现对渤健来说是生死一搏，因为它是基于“β—淀粉样蛋白”假说，而在这条研发道路上至今还没有成功者，因此也引来众多对此理论的质疑之声。这就像7个月前才被判以“死刑”的acanumab——2019年3月21日，渤健和卫材联合发布声明，在研新药acanumab被独立数据监督委员会出具了无效性分析，认为其达到预期效果可能性很低，这直接导致了acanumab两项代号为ENGAGE和EMERGE临床试验的终止。事后，卫材公司表示仍计划进行Ⅲ期第二阶段预防临床试验，而渤健公司在分析ENGAGE 和 EMERGE数据同时还在决定是否继续开展试验。因此，今天的高光时刻对acanumab来说，来之不易。此次acanumab起死回生的关键在于，渤健在终止临床试验后对更多患者数据进行了分析。渤健解释，此前无效性分析包含的患者入组时间更早，因此对在研药物的平均曝光量也更低。随后公司变更了临床试验计划，允许最初随机接受6mg剂量的携带APOE e4基因的入组患者改为接受10mg剂量。渤健公司在新闻稿中表示，“我们了解临床试验计划变更可能会因为入组时间的不同而带来相应的影响，但没料想到对数据影响会如此之大。”据悉，在今年12月的阿尔茨海默氏病临床试验（CTAD）会议上提供有关EMERGE和ENGAGE更大数据集的新分析的进一步详细信息。而在国内，上海绿谷制药的甘露寡糖二酸（GV-971）也已在2018年递交新药上市申请，有望成为全球首个糖类多靶抗阿尔茨海默病创新药物。

1，Nature子刊综述：APOE家族与阿尔兹海默的相爱相杀来源：解螺旋载脂蛋白E（APOE）是一类糖蛋白，参与脂质代谢调控，在中枢神经系统中广泛表达于星形胶质细胞、小胶质细胞和血管壁细胞以及脉络丛细胞。APOE有三个等位基因突变体，分别是APOE*ε2、APOE*ε3和APOE*ε4。大量研究发现APOE不仅会调控AD患者中大脑β-淀粉斑块、tau蛋白和TDP43蛋白的表达水平，同时也会影响正常的大脑功能。Nature Reviews Neurology上的这篇综述探讨了APOE基因型和Aβ纤维、tau蛋白缠结等AD病理标志的相关性，总结APOE致病机制以及将来的靶向治疗方法。2，Science发现了改变情绪的大脑受体来源：中国生物技术网11月12日，发表在《Science》上的一篇新研究中，一个国际研究团队在大脑中一个研究甚少的区域发现了一种被认为与消极情绪有关的受体，即内侧缰核(MHb)。靶向该受体，可以调节消极情绪。该研究可能会为精神疾病带来更有针对性的药物。3，PNAS | 焦建伟组揭示神经干细胞调控小胶质细胞发育的新发现来源：BioArtReports小胶质细胞的这些重要作用与其在胚胎大脑皮层中特定的时空分布有关，但是在神经发生过程中小胶质细胞在脑中是如何发育的，神经干细胞是否会影响小胶质细胞的发育目前还不清楚。11月12日，中国科学院动物研究所焦建伟研究团队在Proc Natl Acad Sci USA杂志上发表了题为Neural progenitor cells mediated by H2A.Z.2 regulate microglial development via Cxcl14 in the embryonic brain的研究论文，发现组蛋白变体H2A.Z.2调控的神经干细胞对于小胶质细胞早期的发育至关重要。4，男性和女性抑郁症的相反特征来源：大话精神一项新的脑部尸检研究显示，患有重度抑郁症（MDD）男性和女性有相反的遗传机制。该文的作者Etienne Sibille博士，坎贝尔研究所成瘾和心理健康中心高级科学家和主任说，“这些研究结果的美妙之处在于，它们应该为人们提供测试的假设。”结果强化了这样的信息，即男性和女性抑郁症应该以不同的方式治疗，最终的目标可能是抑制男性而不是女性的免疫功能。该研究在线发表在《Biological Psychiatry》（生物精神病学，IF：11.412）期刊上。5，雌激素疗法有助于改善认知？来源：生物通雌激素在大脑整体健康和认知功能中扮演重要角色，更年期雌激素下降对认知健康有不利影响。这或有助于解释美国患阿尔茨海默病的患者中为何女性占比高达3分之2。一项新的研究表明：用激素疗法延长生殖窗口，对认知健康同样有好处。研究结果在线发表在北美更年期学会(NAMS)期刊Menopause。6，PNAS脑电研究：视觉字符串大脑左半球皮层特异化预测学龄前儿童基本字符-声音关联认知能力来源：思影科技本项研究通过记录左半球视觉区域内2分钟电生理反应的方法，在5岁学龄前儿童群体中发现了稳定且独特的对文本信息敏感的脑电信号。这一脑电信号与学龄前儿童的基本字符认知能力（一项独立采取的行为测量）有显著相关性，说明存在除了视觉熟悉之外的特异化神经回路，这些发现还强调了高度灵敏客观的非行为测量方法对发展中个体字符认知能力（阅读能力的前身）评估的潜力。本研究由比利时鲁汶大学心理科学研究所和神经科学研究所的Aliette Lochya, Marie VanReybroecka, 和Bruno Rossion发表在PNAS上。7，酵母菌中潜在的维生素和阿尔茨海默病药物来源：阿尔茨海默病麦角硫因（Ergothioneine）是一种具有抗氧化特性的天然氨基酸。它防止细胞压力，细胞压力会导致脑部疾病、神经损伤和癌症。在大鼠和线虫试验中，研究表明麦角硫因在预防神经退行性疾病如痴呆和阿尔茨海默病方面具有很好的效果。此外，据报道，患有神经退行性疾病的患者血液中麦角硫因的水平明显低于其他人。这些发现表明麦角硫因作为维生素在预防或延缓这些疾病的发作方面有很大的潜力。目前，用化学合成法生产麦角硫因既复杂又昂贵。然而，通过设计和优化面包酵母，诺和诺德基金会生物可持续性中心(Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability)的科学家首次开发了以生物方式在酵母中生产麦角硫因的潜力。在发表在《生物工程与生物技术前沿》（Frontiers in Bioengineering and Biotechnology）杂志上的一项研究中，研究人员能够在小规模发酵过程中每升生产0.6克麦角硫因发酵液。8，神奇！人的压力，可通过眨眼频率来测试，连马也一样来源：国际科学目前，眨眼频率已被用作人类压力的衡量指标，不过没有想到的是，该指标其实还可用于测量马的压力感知！在11月6日，著名的SCI期刊《Animals》在线发表的一篇研究发现，当处于轻度压力下时，马的眨眼次数会明显减少，而且眼睑的抽搐会更多。据悉，该研究的全名为《Eye Blink Rates and Eyelid Twitches as a Non-Invasive Measure of Stress in the Domestic Horse》，中文译名为《使用眨眼频率和眼睑抽搐来衡量马的压力》，主要作者来自加拿大圭尔夫大学动物生物科学系。前文阅读1，脑科学日报｜还让孩子看手机？高频使用电子屏幕或影响大脑发育2，脑科学日报｜成功靠什么？上万名西点军校学员的研究告诉我们答案

阿尔茨海默症（AD）是一种退行性疾病。在早期阶段，AD的特征是大脑中淀粉样蛋白β（Aβ）和tau蛋白的聚集和记忆力减退。早在阿尔茨海默症发作前15-20年，有毒的β-淀粉样蛋白分子就已在患者大脑中积累。当患者意识受到损害时，其脑内的神经元已经大量死亡，进而导致脑萎缩。这种情况下，再用药物来清除淀粉样沉淀或神经纤维的缠结，很难挽救已经死亡的神经元。这也是自1907年被发现以来，医学上对阿尔茨海默症的治疗一直未取得良好效果的原因之一。研究人员一直在寻找阿尔茨海默症患者大脑中淀粉样蛋白过多积聚的“元凶”。患有阿尔茨海默症的人脑的PET扫描近日，美国哥伦比亚大学欧文医学中心研究人员领导的一项研究揪出了驱动大脑淀粉样蛋白斑块的首次出现的“元凶”基因。这一发现可能会带来预防阿尔茨海默症的新疗法，以及更好的方法来识别罹患这种疾病的最大风险的人。研究结果于6月22日在JAMA Neurology杂志上发表。doi:10.1001/jamaneurol.2020.1760具体来说，为了找到驱动早期淀粉样蛋白积累的基因，最新这项研究检查了4300人的基因组，这些人的PET图像显示了大脑中的淀粉样蛋白沉积，但尚未出现阿尔茨海默症。领导该研究的哥伦比亚大学瓦格洛斯医学院与外科医生学院神经病学教授Richard Mayeux博士说：“通过研究有早期阿尔茨海默症的人，我们可以发现与疾病开始相关的基因。这些基因或可以带来预防疾病发展的疗法。”RBFOX1和APOE变体与罹患阿尔茨海默症风险的人脑中淀粉样蛋白水平相关一项基因分析发现了淀粉样蛋白沉积与APOE以及一种新基因RBFOX1之间的联系。研究中大约10％的研究对象（主要是欧洲血统）具有RBFOX1突变，这些突变与淀粉样蛋白沉积的出现有关。RBFOX1似乎会增加构成这些斑块的蛋白质片段的浓度，并可能导致神经元之间的关键连接破裂。确切揭示RBFOX1如何调节淀粉样蛋白斑块，可能会带来预防斑块积累的方法。先前的研究已经表明，RBFOX1参与淀粉样前体的形成和神经元之间突触的破坏。RBFOX1和淀粉样蛋白斑块之间的连接可能相对容易解开。这不同于APOE4和淀粉样蛋白之间连接，数十年来的研究仍不得解。Mayeux表示：“我认为我们将发现这些最终疾病的标志物可以真正对抗阿尔茨海默症。在出现阿尔茨海默症的症状时几乎已经不可能改变疾病的病程。因为那时候这种疾病已经发展了10至15年。如果我们能够靶向启动淀粉样蛋白的基因，并以某种方式纠正这些问题，或许就能够预防这种疾病。”参考资料：[1] Alzheimer's: New Gene May Drive EarliestBrain Changes来源：生物探索

越来越多的证据表明，线粒体异常与突触的丧失、轴突运输缺陷和认知能力下降有关。PGC-1α是一种转录激活因子，是线粒体生物发生的关键角色，已知其可以激活负责转录核编码线粒体蛋白和翻译后蛋白修饰（SIRT3）的底物蛋白。线粒体分裂和融合紊乱是几种神经退行性疾病的主要病理过程。MFN1，MFN2和DLP1是分别调节线粒体融合和裂变的重要蛋白质。2020年5月26日，来自中国和美国的学者们联合在Neurology杂志发表了题为Effect of ApoE isoforms onmitochondria in Alzheimer disease的研究论文。研究者们通过测量死后人脑的一些蛋白质，比较了21个ApoE-4携带者和25个非携带者中这些蛋白质的水平，发现ApoE亚型会影响线粒体的结构和功能，可能导致氧化应激，以及突触和认知功能的改变。这些线粒体相关蛋白可能是ApoE-4携带者认知能力下降的预兆，并为预防和治疗AD提供了新的治疗靶点。1，线粒体的生物发生和动力学受到ApoE亚型的影响ELISA数据显示，与非携带者相比，e4携带者的颞叶皮质中的SIRT3显着降低（图1A）；PGC-1α蛋白水平在e4载体中显示出相似程度的降低（图1B）。进一步的分析表明，PGC-1α和SIRT3之间存在显着相关性（图1C）。在ApoE-4携带者脑中检测到3种与融合和裂变有关的蛋白质（MFN1，MFN2和DLP1）的水平低于非携带者（图1，D-G）。且与正常对照者和MCI患者相比，AD患者这3种蛋白质（MFN1，MFN2和DLP1）的水平均降低。图1 线粒体的生物发生和动力学受到ApoE亚型的影响2，线粒体蛋白与认知功能密切相关研究发现SIRT3，PGC-1α，MFN1，DLP1与DRS Z评分密切相，DRS Z评分是对认知功能的整体评估（图2，A-D）；SIRT3，PGC-1α和MFN1与BNT（60项）Z得分显著相关，该得分是对额叶和颞叶脑功能的评估（图2，E-H）；SIRT3，PGC-1α和MFN1与AVLT-TLZ评分显著相关，AVLT-TL Z评分是对颞叶功能的评估（图2，I-L）。图2 线粒体蛋白与认知功能相关3，线粒体的氧化应激受到ApoE亚型的影响线粒体不仅通过产生能量，而且通过产生活性氧来调节细胞功能。通过在人脑样本中测定氧化应激蛋白SOD2和Foxo3a，发现ApoE-4携带者的SOD2和Foxo3a水平低于非携带者（图3，A-C）。图3. 线粒体的氧化应激受到ApoE亚型的影响4，突触可塑性受到ApoE亚型的影响研究者们研究了ApoE亚型如何影响颞叶突触蛋白的表达。与非载体相比，ApoE-4载体中的PSD95和Syn1的水平均下调（图4，A-C）。而Syn1与DRS，BNT和AVLT的认知表现显著相关（图4，D-F）。图4. 突触可塑性受到ApoE亚型的影响5，结论综上所述，线粒体功能障碍已被确定为AD发病机制中的早期事件，增强线粒体功能可减轻AD的病理变化。本研究证明了ApoE-4可以通过减少PGC-1α、SIRT3这两个关键分子从而损害线粒体的生物发生；ApoE-4可以直接或间接降低融合蛋白和分裂蛋白，从而导致线粒体损伤；氧化应激以ApoE异构体依赖性方式受到影响；ApoE-4可能通过调节线粒体功能蛋白来影响突触可塑性。参考文献：Yin J, Reiman EM, Beach TG, et al. Effect ofApoE isoforms on mitochondria in Alzheimer disease. Neurology.2020;10.1212/WNL.0000000000009582.编译作者：Helen (Brainnews创作团队)校审：Victoria, Simon (Brainnews编辑部)