《自然》重磅：这些人阿尔茨海默病患病风险提高8-12倍！最新研究揭示全新发病机制和治疗策略

2024-03-14

临床结果

▎药明康德内容团队编辑阿尔茨海默病（AD）是老年人中最常见的神经退行性疾病，给患者的家庭和整个社会带来重大负担。在影响晚发型阿尔茨海默病发病风险的基因变异中，APOE基因是最强的遗传风险因子，40%-50%的阿尔茨海默病患者都携带APOE4等位基因，当携带一个拷贝的APOE4时，患病风险增加2-3倍，而当携带两个APOE4时，患病风险将提高8-12倍。因此，澄清APOE4基因诱发阿尔茨海默病背后的原因，对预防和治疗阿尔茨海默病都非常重要。今日，《自然》发表的最新研究发现，APOE4/4基因型的阿尔茨海默病患者中，大脑的小胶质细胞会更容易进入一种积累脂滴（lipid droplets）的异常状态（LDAM）。在这种状态下的小胶质细胞受到淀粉样蛋白（Aβ）和其它先天免疫因子刺激后，会激发神经细胞中Tau蛋白的磷酸化和细胞死亡。这项研究揭示了APOE4基因诱发阿尔茨海默病的全新作用机制，并且提供了潜在的治疗策略。APOE蛋白是一种脂质和胆固醇转运蛋白，APOE4是编码APOE蛋白的一种等位基因形式，它改变了APOE蛋白转运胆固醇和脂质的能力。在这项研究中，为了更全面地了解APOE基因型与阿尔茨海默病之间的关系，科学家们收集了APOE4/4基因型AD患者的额叶皮质组织，并进行了单细胞核RNA测序。然后研究团队将这一患者群体的转录子组数据与APOE3/3基因型AD患者，以及APOE3/3基因型的健康人进行比较。图片来源：123RF对小胶质细胞转录子组的分析发现，APOE4/4基因型AD患者小胶质细胞中表达水平差异最大的基因是ACSL1，这是一个编码脂质处理酶的基因，ACSL1是脂滴生物合成中的关键酶，ACSL1的过度表达会导致在多种细胞类型中出现富集甘油三酯的脂滴。进一步的脂质染色分析显示，在AD患者的大脑组织中，更多细胞出现脂质体的积累。细胞中脂质体的数目越多，患者在认知评估中的表现也越差，而且脂质体的水平与β淀粉样蛋白斑块的数量和Tau蛋白的病理水平都具有正相关性。为了进一步检测APOE基因型对小胶质细胞中脂滴积累的影响，研究团队分别从APOE4/4和APOE3/3基因型的诱导多能干细胞中分化出小胶质细胞（iMG）。脂质染色检测发现APOE4/4基因型的小胶质细胞中脂滴积累与APOE3/3基因型相比更高。更为重要的是，用纤维状Aβ刺激这些iMG会显著提高脂滴的积累，携带APOE4等位基因的细胞中脂滴积累更为显著。如果敲除APOE基因，纤维状Aβ刺激则不会导致脂滴的积累。▲Aβ通过在小胶质细胞中刺激APOE依赖性脂滴积累，诱发阿尔茨海默病的模型（图片来源：参考资料[1]）进一步研究显示，脂滴积累的iMG能够分泌具有神经毒性的物质，在细胞培养实验中导致周围的神经细胞中磷酸化Tau蛋白的水平增加以及细胞凋亡。基于这些数据，研究人员提出了脂滴聚集的小胶质细胞介导AD病理发生的新模型。在这一模型中，Aβ激活小胶质细胞中的甘油三酯脂质合成，脂滴积累以及神经毒性因子的释放。这一系列过程依赖APOE来完成。而释放的神经毒性因子激发了神经退行性病变的标志性特征。如果小胶质细胞中的脂滴积累是激发神经退行性病变的关键，那么有什么手段能够减少脂滴积累呢？为此研究人员进行了CRISPR筛选，寻找可以降低脂滴积累的基因。对约2000个可成药基因进行筛选后，研究人员发现编码PI3激酶（PI3K）催化亚基的PIK3CA基因是脂滴积累的遗传调节因子。▲CRISPR筛选发现PIK3CA基因是脂滴积累的遗传调节因子（图片来源：参考资料[1]）在小鼠模型中，抑制PI3K已被验证可以调节巨噬细胞中的脂滴积累。科学家们决定检测在人类小胶质细胞中抑制PI3K是否有同样的作用。实验结果显示，一款名为GNE-317的小分子PI3K抑制剂显著降低APOE4/4基因型小胶质细胞受到纤维状Aβ刺激后的脂滴生成。而且，GNE-317能够逆转已经有高水平脂滴积累的小胶质细胞中的促炎性细胞因子分泌。进一步研究显示，GNE-317能够降低与脂质合成相关的基因表达以及促炎性细胞因子的生成，同时提高脂质降解、促进小胶质细胞稳态和神经保护的生长因子的表达。GNE-317处理后，与自噬作用相关的基因表达水平也有所提高。这意味着GNE-317可能通过提高自噬作用来降低脂滴水平。研究人员指出，此前对APOE的研究大多聚焦于星形胶质细胞、内皮细胞、神经细胞和少突触细胞，而这项研究的独特之处在于揭示了APOE通过影响小胶质细胞的脂滴积累，导致AD疾病发生的可能性。此外，在人类小胶质细胞中抑制PI3K信号通路会提高自噬作用相关基因的表达并降低脂滴积累。自噬作用虽然是延缓神经退行性疾病的探索方向之一，但过去的研究聚焦于基于自噬作用的蛋白降解。进一步探索小胶质细胞中基于自噬作用的脂质降解有望更好地澄清AD发病机理。同时研究人员也表示，APOE基因型可能通过多种不同机制对AD病理产生影响，不同细胞类型可能表现出各自独特的机制。未来仍然需要进一步研究来确定不同细胞类型之间的交流对疾病发生的影响。大家都在看药明康德为全球生物医药行业提供一体化、端到端的新药研发和生产服务，服务范围涵盖化学药研发和生产、生物学研究、临床前测试和临床试验研发、细胞及基因疗法研发、测试和生产等领域。如您有相关业务需求，欢迎点击下方图片填写具体信息。▲如您有任何业务需求，请长按扫描上方二维码，或点击文末“阅读原文/Read more”，即可访问业务对接平台，填写业务需求信息▲欲了解更多前沿技术在生物医药产业中的应用，请长按扫描上方二维码，即可访问“药明直播间”，观看相关话题的直播讨论与精彩回放参考资料：[1] Haney et al., (2024). APOE4/4 is linked to damaging lipid droplets in Alzheimer’s disease microglia. Nature, https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41586-024-07185-7[2] This is how an Alzheimer’s gene ravages the brain. Retrieved March 12, 2024, from https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/d41586-022-03724-2免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。版权说明：本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「药明康德」微信公众号回复“转载”，获取转载须知。分享，点赞，在看，聚焦全球生物医药健康创新