APPswe突变通过ETV2过表达诱导的人iPSC内皮细胞功能缺陷揭示阿尔茨海默病血管病变新机制

《Fluids and Barriers of the CNS》：APPswe mutation causes functional deficits in endothelial cells generated by transient ETV2 overexpression in human iPSCs

本研究针对阿尔茨海默病(AD)中β-淀粉样蛋白(APPswe)突变对内皮细胞功能影响机制不清的问题，通过比较ETV2过表达与自发分化两种hiPSC-EC分化方案，发现ETV2-ECs具有更成熟的内皮特征，并证明APPswe突变通过上调VCAM1增强单核细胞黏附、下调KDR/S1PR1损害血管生成能力，为AD血管病变机制研究和药物筛选提供了新模型。

　　

血脑屏障作为守护大脑稳态的重要防线，其核心组成脑内皮细胞的功能异常与阿尔茨海默病(AD)等神经退行性疾病的进展密切相关。然而，由于缺乏能够真实模拟体内内皮细胞特性的体外模型，细胞内在的淀粉样病理如何影响内皮细胞功能一直是领域内的研究难点。传统的人诱导多能干细胞(hiPSCs)自发分化方法产生的内皮细胞(S-ECs)往往存在标志物表达不全、功能响应不足等问题，限制了其在疾病建模中的应用。

在这项发表于《Fluids and Barriers of the CNS》的研究中，Wu等人创新性地利用转录因子ETV2(E26 transformation-specific variant 2)的瞬时过表达，成功将hiPSCs高效分化为功能成熟的内皮细胞(ETV2-ECs)。研究人员系统比较了ETV2-ECs与S-ECs的表型差异，发现ETV2-ECs高表达经典内皮标志物(PECAM1/CD31、CDH5/VE-cadherin)、紧密连接蛋白(TJP1/ZO-1、OCLN/Occludin)及血管生成相关受体(KDR/VEGFR2、S1PR1)，且能够对炎症刺激和血管生成信号产生显著的功能响应。基于此优化模型，团队进一步探讨了家族性AD相关的APPswe突变对内皮细胞功能的影响。

研究采用的主要技术方法包括：通过慢病毒载体构建可诱导表达ETV2的hiPSC细胞系；分别通过ETV2过表达方案和自发分化方案定向诱导hiPSC分化为内皮细胞；利用跨膜渗透性实验评估血脑屏障功能；通过2D管腔形成实验和3D血管出芽实验分析血管生成能力；采用单核样细胞(MLCs)黏附实验评估炎症反应；使用定量PCR(qPCR)和免疫细胞化学进行分子表型验证。研究所用细胞样本包括3个健康对照hiPSC系和3个携带APPswe突变的AD患者来源hiPSC系。

ETV2-ECs exhibit stronger endothelial identity compared to S-ECs

研究发现，ETV2-ECs高表达CD31、VE-cadherin等内皮标志物及ZO-1等紧密连接蛋白，而S-ECs几乎不表达这些关键蛋白。qPCR分析进一步证实ETV2-ECs中PECAM1、CDH5、VWF、TJP1和OCLN的mRNA水平显著高于S-ECs。此外，ETV2-ECs还高表达白细胞黏附分子ICAM1和血管生成相关受体KDR/S1PR1，表明其具有更完整的内皮细胞特性。

In contrast to S-ECs, ETV2-ECs showed increased permeability and reduced TJP expression after a pro-inflammatory cytokine exposure

功能实验显示，虽然S-ECs表现出更低的基底渗透性，但这与其更高的细胞密度有关。在炎症刺激(TNFα/IL1β)后，ETV2-ECs的渗透性显著增加，TJP1和OCLN表达下降，而S-ECs无此响应。特别值得注意的是，炎症刺激后ETV2-ECs的ICAM1表达大幅上调，且单核样细胞黏附实验证实MLCs仅在与细胞因子预处理的ETV2-ECs共培养时黏附显著增加，表明ETV2-ECs具备炎症响应能力。

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ETV2-ECs can respond to angiogenic stimuli by forming vessel-like structures in both 2D and 3D models

在血管生成能力方面，ETV2-ECs在2D和3D培养中均能响应血管生成因子混合物(含VEGF、bFGF、PMA和S1P)形成复杂的管状结构，而S-ECs在相同刺激下反而出现结构退化。这证实ETV2-ECs具备完整的血管生成响应能力，适合用于血管生成研究。

APPswe mutation does not affect ETV2-induced EC differentiation or baseline phenotype

利用优化的ETV2-EC模型，研究人员发现APPswe突变不影响内皮细胞的基础分化和表型，对照组和突变组在CD31、VE-cadherin、ZO-1等标志物表达上无显著差异，仅VCAM1基础表达略高。

APPswe mutation modulates barrier function and inflammatory responses in ECs

在功能层面，APPswe突变内皮细胞表现出独特的病理特征：炎症刺激后，突变组VCAM1上调幅度显著高于对照组，导致单核样细胞黏附增加；同时突变组KDR和S1PR1表达降低，血管生成能力受损。

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APPswe ECs exhibited impaired vessel-like structure formation following sprouting mix exposure in both 2D and 3D models

血管生成实验进一步证实，APPswe突变内皮细胞在2D和3D模型中形成的管状结构复杂度均显著低于对照组，这与KDR/VEGFR2和S1PR1表达下调相吻合，揭示了AD中血管生成障碍的细胞内在机制。

本研究通过建立高效可靠的hiPSC-内皮细胞分化体系，首次在细胞自主水平证实APPswe突变通过双重机制损害内皮功能：一方面增强VCAM1介导的炎症反应，促进免疫细胞黏附；另一方面下调血管生成关键受体，损害血管修复能力。这些发现不仅为理解AD血管病变提供了新视角，而且建立的ETV2-EC模型为神经血管研究提供了可靠平台，有望推动针对AD血管病理的靶向治疗策略开发。该模型在药物筛选、疾病机制研究和个性化医疗方面具有重要应用价值，特别是对血管炎症和血管生成双重障碍的AD亚型可能提供新的治疗思路。