脂质代谢酶LPCAT2介导的疼痛敏感性与阿尔茨海默病风险的性别与APOE基因型依赖性机制研究

本文揭示了脂质代谢酶LPCAT2在阿尔茨海默病（AD）与疼痛敏感性调控中的关键作用，发现其表达水平与APOE基因型（非E4男性群体）和性别特异性显著相关，并通过多组学分析与孟德尔随机化验证了LPCAT2在AD从轻度认知障碍（MCI）进展中的因果作用，为靶向脂质代谢的精准诊疗提供了新方向。

　　

1 引言

阿尔茨海默病（AD）以进行性认知衰退和脑萎缩为特征，但近年研究发现非认知症状如疼痛敏感性改变、情绪障碍和睡眠问题常早于明显痴呆表现出现。疼痛处理异常可能与早期AD神经病理变化相关，尤其值得注意的是，神经病理性疼痛在普通人群中患病率约为9.6%，但在AD患者中可高达50%。疼痛不仅降低生活质量，还可能加速认知衰退和神经行为功能障碍。

新兴机制研究表明，脂质代谢是连接AD与慢性疼痛的关键环节。脂质信号紊乱参与AD神经炎症反应和慢性疼痛模型的伤害性过敏过程。例如，磷脂酶A2活性异常和前列腺素升高是AD脑中最早期的生化变化之一，而溶血磷脂酰胆碱（LPC）与神经病理性疼痛密切相关。LPC水平升高会促进免疫激活和脱髓鞘，导致动物模型和患者出现持续性痛觉过敏。

在遗传和行为因素中，APOE基因型和性别尤为关键，它们通过塑造不同的生物学特征影响疼痛敏感性和AD进展。特别是APOE4携带者（AD主要遗传风险因素）表现出与非携带者不同的疼痛强度和敏感性，可能与疼痛处理区域（如前扣带皮层和岛叶）的结构和功能变化有关。同样，性别差异在AD风险和疼痛感知中也十分显著。临床中，女性报告疼痛敏感性和患病率高于男性，这与激素波动、免疫反应和疼痛相关基因表达有关。绝经后女性不仅AD风险更高，认知衰退更快，还表现出独特的脑萎缩模式。

本研究旨在探究疼痛敏感性与AD进展之间的因果联系，重点关注参与脂质代谢和炎症的关键酶——溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶2（LPCAT2）。通过阐明这些联系，我们的发现可能为开发新的诊断和预后生物标志物以及延缓或减轻AD进展的治疗策略铺平道路。

2 材料与方法

本研究利用阿尔茨海默病神经影像学倡议（ADNI）数据库、台湾生物银行（Taiwan Biobank）、宗教 orders研究/记忆与衰老项目（ROSMAP）和梅奥LOADGWAS（MayoLOADGWAS）存储库的数据。ADNI数据包括血液微阵列谱、单核苷酸多态性（SNP）基因分型数据、临床诊断信息和基于问卷的评估。台湾生物银行提供遗传数据、疼痛感知测量（关节疼痛作为肌肉骨骼不适的指标）、迷你精神状态检查（MMSE）评分以及基线人口统计和健康相关信息。ROSMAP和MayoLOADGWAS数据用于评估LPCAT2 SNP与AD相关表型的关联。

疼痛敏感性分析针对认知状态（认知正常CN或轻度认知障碍MCI）进行，并按APOE4携带状态和性别分层。疼痛体验通过自我报告测量评估，组间差异使用双尾Fisher精确检验评估。认知功能与疼痛感知的关系通过线性回归分析检验，调整年龄因素。

转录组学分析通过微阵列基因表达分析进行，识别与疼痛敏感性和AD发作相关的差异表达基因。基因表达与疼痛感知的关系通过t检验评估，而LPCAT2表达水平与AD进展速度的关系通过Kaplan-Meier生存分析评估。

人脑组织分析使用死后海马样本，通过蛋白质印迹分析LPCAT2蛋白水平。动物研究使用APP/PS1 AD小鼠，通过qRT-PCR测量LPCAT2 mRNA水平。

遗传关联分析使用PLINK进行，评估LPCAT2 SNP与疼痛体验和AD风险的关联。孟德尔随机化（MR）分析使用多种方法（包括逆方差加权IVW、加权中位数等）评估LPCAT2遗传变异对疼痛敏感性和AD风险的因果影响。

3 结果

3.1 APOE基因型和性别影响MCI中的疼痛敏感性

ADNI数据库分析显示，尽管APOE4认知正常（CN）女性在按APOE4状态和性别分组的各组中表现出最高的疼痛感知，但她们的疼痛敏感性在MCI中未显著改变。相反，我们发现非E4男性的疼痛敏感性变化与MCI进展显著相关（Fisher精确检验，p=0.0184）。在非E4女性和APOE4携带者中，未发现疼痛与MCI进展的显著关联。

台湾生物银行的独立队列验证了这一发现。在调整年龄后，非E4男性中认知功能与疼痛感知存在显著关联（B=?0.42，95% CI=?0.81至?0.03，p=0.033），而其他亚组无显著关联。这些结果与ADNI数据库的观察一致，强调疼痛敏感性与认知衰退的关系在非E4男性中尤为突出。

3.2 转录组学将LPCAT2与非E4 MCI男性的疼痛和AD风险联系起来

外周血微阵列基因表达分析识别出几个与CN向MCI转变相关的基因转录本，包括LPCAT2、CPA3、CASP8、GATA2和HDC。其中，LPCAT2、CPA3和GATA2与疼痛敏感性相关，但只有LPCAT2表达还与AD发作相关。LPCAT2表达与AD发作显著相关，特别是在非E4 MCI男性中，而在非E4女性或APOE4阳性男性和女性中未观察到显著关联。

3.3 死后脑分析显示非E4男性AD脑中LPCAT2蛋白水平升高

人海马样本分析显示，LPCAT2蛋白水平在非E4男性AD受试者脑中显著升高，而在女性或APOE4男性受试者中未观察到显著变化。一致地，APP/PS1 AD小鼠的海马LPCAT2表达显著增加，而皮层中无显著变化。这些结果表明LPCAT2在AD进展中在外周血和海马中均显著上调。

3.4 遗传多态性分析揭示LPCAT2遗传变异与疼痛敏感性和AD风险相关

表达数量性状位点（eQTL）分析识别出11个与非E4个体外周血LPCAT2表达显著相关的LPCAT2 SNP。遗传关联分析显示，这些SNP与非E4男性的疼痛敏感性显著相关，而在女性或APOE4男性中未观察到显著关联。台湾生物银行队列的分析进一步验证了LPCAT2 SNP与疼痛体验的关联。

这些SNP还与AD风险显著相关，特别是在非E4男性中。ROSMA和MayoLOADGWAS队列的分析也支持LPCAT2遗传变异与AD相关表型的关联。这些发现强调了LPCAT2遗传变异在疼痛敏感性和AD风险中的基因型和性别特异性作用。

3.5 孟德尔随机化分析确定LPCAT2变异对疼痛敏感性和AD风险的因果影响

MR分析显示，LPCAT2遗传变异与疼痛敏感性显著正相关（IVW方法，β=0.254，SE=0.059，p=1.43×10^?5），表明遗传 predis 位置对疼痛敏感性有因果影响。同样，LPCAT2遗传信号与MCI向AD进展显著相关（IVW方法，β=0.215，SE=0.077，p=5.27×10^?3），支持LPCAT2在AD进展中的因果作用。

4 讨论

尽管APOE4是AD的重要风险因素，但仅占AD病例的40%–65%。因此，识别非E4个体中的遗传风险因素对全面阐明AD病因至关重要。本研究揭示了疼痛敏感性与AD发作之间的显著因果联系，特别是在非E4男性中。LPCAT2作为关键风险和预后因素，其表达水平和遗传变异与疼痛敏感性和AD进展显著相关。

LPCAT2是一种关键酶，将LPC再酰化为磷脂酰胆碱（PC），从而重塑膜脂质组成。除了脂质代谢，LPCAT2还通过TLR4激活的干扰素（IFN）级联调节疼痛敏感性和炎症。在CNS中，TLR4激活诱导IFN信号，使小胶质细胞从静息状态转变为激活状态，这一转变增强吞噬和防御，但其持久性驱动慢性神经炎症和神经损伤。

LPCAT2的免疫调节作用可能通过三个相互连接的轴受性别和APOE基因型影响：LPC底物可用性、小胶质细胞反应性和TLR4–IFN通路的激素调节。底物供应受性别依赖性肝磷脂代谢和APOE驱动的循环LPC变化影响，从而影响PC重塑和下游信号。小胶质细胞作为LPCAT2的靶点和介质，在数量、基因表达和激活阈值上因性别而异，而APOE定义基线免疫状态。激素提供额外层面：雌激素增强IFN基因活性，可能抑制TLR4激活，并调节磷脂代谢，改变LPC/PC比率。这些作用表明女性可能维持更高的基础IFN水平， potentially 在从正常认知向MCI转变过程中 dampening LPCAT2驱动的IFN放大。

总之，性别和APOE基因型通过调节底物可用性、细胞敏感性和脂质-免疫相互作用的激素调节，塑造MCI中LPCAT2相关免疫信号，导致疼痛敏感性和神经退行性进展的性别和基因型依赖性差异。

尽管我们的发现令人鼓舞，但几个局限性应考虑。首先，虽然MR提示因果关系，但需要在动物模型中进行实验验证。其次，我们的研究专注于非E4男性，限制了对其他遗传背景和女性的普遍性。第三，整合多个来源的数据引入变异性，突出需要标准化数据收集以提高稳健性。第四，台湾生物银行MMSE评分的使用虽然与MCI/AD相关，并不明确指示这些条件。最后，性别和APOE基因型相关差异的机制仍不清楚，需要进一步研究LPCAT2在 diverse 人群AD中的作用。

我们的发现将LPCAT2确立为非E4男性疼痛感知和AD发作的关键风险因素，强调AD研究和治疗中个性化方法的 critical 需求。通过揭示基因型和性别特异性关联，本研究突出LPCAT2作为预测疾病进展的有前途的生物标志物。此外，靶向LPCAT2通路的潜力为开发定制治疗策略提供新途径，特别是对于非E4男性——AD领域中被低估的亚组。未来研究应调查LPCAT2遗传变异、表达水平和炎症之间的相互作用，以及它们与其他遗传和环境因素的交互，以提供对其在认知衰退中作用的更深入见解。通过连接脂质代谢酶、疼痛调节和AD发病机制，本研究推动领域向精准医学发展，并强调解决AD进展和治疗中亚组特异性脆弱性的重要性。