APOE4通过胆固醇促进动脉粥样硬化中黑质tau蛋白过度磷酸化的机制研究

《Cell Death Discovery》：APOE4 promotes nigral tau hyperphosphorylation through cholesterol in atherosclerosis

本研究针对APOE4等位基因如何通过胆固醇代谢调控加剧动脉粥样硬化（AS）患者黑质区tau蛋白过度磷酸化这一科学问题，通过分析人脑样本和构建APOE3/3与APOE4/4基因敲入小鼠模型，发现APOE4携带者黑质区磷酸化tau（p-tau）水平显著升高，胆固醇积累激活GSK3β激酶是关键机制。促进胆固醇转运可有效改善tau病理和运动功能障碍，为AS与帕金森病（PD）的共病治疗提供了新靶点。

　　

在老龄化社会背景下，动脉粥样硬化（Atherosclerosis, AS）和帕金森病（Parkinson's disease, PD）作为两种高发疾病，其内在关联性日益受到关注。AS作为心血管疾病的主要病因，与PD共享炎症反应、胆固醇稳态失衡等病理过程。尤其值得注意的是，载脂蛋白E epsilon 4等位基因（APOE4）被证实是AS和PD的共同遗传风险因素，但APOE4如何介导两种疾病的相互作用机制尚不明确。更关键的是，PD传统上被认为是由α-突触核蛋白（α-synuclein）异常聚集主导的疾病，但近年研究发现tau蛋白异常磷酸化在PD病理中也扮演重要角色，特别是在黑质致密部（substantia nigra pars compacta, SNpc）多巴胺能神经元变性过程中。然而，AS患者脑中是否存在tau病理变化，以及APOE4是否通过调节胆固醇代谢影响tau磷酸化，这些科学问题亟待解答。

为探究这些问题，胡珊珊团队在《Cell Death Discovery》上发表了最新研究成果。研究人员首先收集了AS患者和健康对照的死后脑组织，通过免疫组化染色发现APOE4携带的AS患者SNpc区磷酸化tau（p-tau）水平显著高于非APOE4携带者。为验证这一现象，研究团队利用APOE3/3和APOE4/4基因敲入小鼠，通过高脂饮食（high fat diet, HFD）喂养构建AS模型，系统分析了tau相关神经病理和行为学表现。

研究主要采用了以下关键技术方法：①死后人脑SNpc和冠状动脉组织的免疫组化/免疫荧光染色；②APOE3/3和APOE4/4基因敲入小鼠的AS模型构建；③原代中脑神经元培养及胆固醇干预实验；④蛋白质免疫印迹分析磷酸化tau多个位点；⑤腓蛋白酶染色检测胆固醇积累；⑥行为学测试（杆测试和旋转棒测试）评估运动功能。

APOE4携带的AS患者死后SNpc中更强的p-tau积累和神经病理

研究人员发现，APOE4+AS患者冠状动脉狭窄程度高于APOE4-患者。TH免疫组化染色显示，APOE4+AS患者多巴胺能神经元丢失更严重，GFAP和Iba-1阳性细胞数增加，表明神经胶质激活更明显。更重要的是，AT8（识别Ser202和Thr205位点）和pSer396 tau在APOE4+AS患者脑中磷酸化水平显著升高，而多巴胺转运体（DAT）和酪氨酸羟化酶（TH）蛋白水平降低，提示黑质纹状体通路受损。

APOE4加剧HFD喂养小鼠的tau病理

在动物实验中，APOE4-HFD小鼠冠状动脉病变程度高于APOE3-HFD小鼠。免疫荧光双标染色显示，APOE4-HFD小鼠多巴胺能神经元中AT8和pSer396 tau水平显著升高。蛋白质印迹结果进一步证实，APOE4-HFD小鼠多个tau磷酸化位点（包括pS202、pS404、pT231等）水平均高于APOE3-HFD组。

HFD处理的APOE4小鼠出现黑质纹状体多巴胺能通路缺陷和运动障碍

TH免疫染色显示，APOE4-HFD小鼠SNpc区TH阳性神经元数量和尾壳核（caudate putamen, CPu）TH阳性纤维密度均显著降低。蛋白质印迹分析证实SNpc和CPu区TH蛋白水平下降。行为学测试中，APOE4-HFD小鼠在杆测试中下降时间延长，旋转棒测试中停留时间缩短，表明运动功能受损更严重。

胆固醇通过GSK3β诱导tau过度磷酸化

机制上，研究人员发现APOE4-HFD小鼠黑质区胆固醇积累（腓蛋白酶染色）和血清总胆固醇、游离胆固醇含量均显著升高。原代神经元实验中，胆固醇处理可诱导APOE4神经元多个tau位点磷酸化水平升高。进一步实验表明，胆固醇浓度依赖性激活GSK3β酪氨酸216位点磷酸化（pY216 GSK3β），而pY216 GSK3β水平在APOE4-HFD小鼠和APOE4+AS患者脑中均升高。

降低胆固醇缓解APOE4-HFD小鼠的黑质纹状体病理和运动功能

为验证胆固醇的关键作用，研究人员使用2-羟丙基-β-环糊精（2hBCD）促进胆固醇转运。8周的2hBCD皮下注射显著降低了APOE4-HFD小鼠p-tau水平，伴随GSK3β失活，TH和DAT蛋白水平恢复。免疫荧光显示AT8强度降低，黑质区胆固醇积累和血清胆固醇含量减少。TH免疫染色表明黑质纹状体病理改善，杆测试和旋转棒测试显示运动功能恢复，主动脉病变程度也得到缓解。

本研究首次揭示了APOE4通过胆固醇-GSK3β通路促进AS背景下黑质区tau过度磷酸化的新机制。在APOE4携带的AS患者和APOE4-HFD小鼠中，胆固醇积累激活GSK3β激酶，导致tau多位点磷酸化，引发黑质纹状体变性及运动功能障碍。促进胆固醇转运可同时改善AS和PD样病理，为两种疾病的共病治疗提供了潜在靶点。这些发现不仅深化了对AS与PD病理联系的理解，也为开发针对胆固醇代谢的干预策略提供了实验依据。