APOE4基因通过小胶质细胞-神经元信号传导增强神经炎症与脂质代谢的关联性研究

这篇研究揭示了APOE4基因通过小胶质细胞（iMGLs）外泌体信号调控神经元（iNs）网络活性的新机制。利用iPSC衍生模型，团队发现炎症状态下APOE4小胶质细胞条件培养基（CM）显著增强神经元同步放电，并证实神经元脂滴（LDs）代谢是维持电活动的能量来源。该研究为阿尔茨海默病（AD）中APOE4驱动的神经兴奋性异常提供了代谢-炎症交叉调控的理论基础。

　　

研究背景与意义

小胶质细胞作为中枢神经系统的免疫哨兵，通过突触修剪和强度调节参与神经环路可塑性。当稳态功能被破坏时，其驱动的神经炎症与阿尔茨海默病（AD）等神经退行性疾病密切相关。APOE4作为AD最强遗传风险因子，同时影响小胶质细胞激活状态和神经元兴奋性，但二者间的跨细胞通讯机制尚未明确。本研究通过人iPSC衍生的小胶质细胞和神经元单培养体系，首次解析了APOE基因型在炎症背景下对神经元活动的调控机制。

模型构建与验证

研究团队通过CRISPR编辑获得等基因APOE3/E3和APOE4/E4 iPSC系，经核型分析和多能性标志物验证后，分别采用NGN2诱导神经元分化（iNs）和造血祖细胞定向分化为小胶质样细胞（iMGLs）。成熟的iNs表达皮层标志物Cux1（88.8-93.8%）和突触前膜蛋白vGlut1/2，并表现出自发性钙振荡活动；iMGLs则高表达PU.1（>93%）和Iba1（>89%），且APOE4 iMGLs在基础状态下即表现出更高的脂滴（LDs）积累。

外泌体介导的神经调控

通过超速离心分离LPS刺激的iMGLs外泌体，电镜确认其典型杯状形态（直径30-150nm）。钙成像显示：

1. 1.

   PBS-exosomes使APOE3神经元同步事件增加1.8倍（P<0.001），但仅LPS-exosomes能同时提升协调事件频率（+142%）和同步事件比例（59% vs 23%基础水平）；

2. 2.

   外泌体处理不改变突触素（synapsin） puncta数量，表明电活动增强源于内在兴奋性改变而非突触重构。

APOE4的基因型效应

在炎症条件下，APOE4 iMGLs表现出独特表型：

• •

  LD负载较APOE3高2.3倍（P<0.0001），但DGAT-1表达反而降低36%；

• •

  其条件培养基（CM）使神经元Ca²⁺瞬变幅度增加更显著（APOE4 CM:1.7倍 vs APOE3 CM:1.4倍）；

• •

  仅APOE4神经元在响应同基因CM时突触素puncta增加28%（P<0.01），提示基因特异性突触可塑性。

脂滴代谢的核心作用

研究揭示神经元LDs是维持网络活性的能量库：

1. 1.

   LPS-CM处理48小时使神经元LDs减少40-50%，与电活动增强同步；

2. 2.

   抑制神经元特异性脂肪酶DDHD2（KLH45处理）导致：

   • •

     8小时内LDs积累2.1倍（P<0.001）；

   • •

     24小时后网络活动完全抑制（协调事件降至0.3次/100s）；

3. 3.

   APOE4神经元在成熟期（D48）表现出更高的基础LD负载，暗示基因型依赖的代谢脆弱性。

机制与疾病关联

该研究构建了"APOE4-小胶质细胞激活-外泌体信号-神经元LD代谢-网络超兴奋"的级联通路，为AD早期电生理异常提供解释。特别值得注意的是，神经元在能量应激时转向LD分解代谢的适应性策略，可能成为APOE4携带者易受兴奋性毒性的关键环节。未来研究可进一步探索：

1. 1.

   外泌体携带的特定miRNA或蛋白质 cargo；

2. 2.

   不同脑区神经元亚群的代谢异质性；

3. 3.

   靶向DDHD2通路缓解神经退行性变的治疗潜力。

这项突破性工作发表于PNAS，为神经免疫代谢领域建立了新的研究范式。