ApoE等位基因变异对脑内Aβ沉积形成的差异性调控作用及其在阿尔茨海默病病理中的机制研究

本研究针对ApoE不同亚型（APOE2/3/4）在阿尔茨海默病（AD）淀粉样斑块形成中的调控机制展开系统性研究。通过构建多种转基因小鼠模型（SAA-APP KI、APPsi等），结合组织病理学、分子生物学及转录组学技术，发现APOE4显著促进致密核心斑块和脑血管淀粉样沉积（CAA），且小鼠Apoe的淀粉样原性最强。研究首次揭示APOE基因型主要调控Aβ沉积量而非斑块形态转化，为AD靶向治疗提供了关键理论依据。

　　

在阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）研究领域，载脂蛋白E（Apolipoprotein E, ApoE）的等位基因变异一直是科学家关注的焦点。人类ApoE主要有三种亚型：APOE2、APOE3和APOE4，其中APOE4被确认为AD最重要的遗传风险因子，而APOE2则表现出保护作用。尽管已知这些亚型影响β淀粉样蛋白（Aβ）在大脑中的沉积，但不同APOE基因型对各类Aβ病理形态（如致密核心斑块、弥漫性沉积和脑血管淀粉样变性）的具体调控机制仍不明确。更重要的是，APOE4是否推动弥漫斑向致密核心斑的转化这一关键问题，尚未有定论。

为了深入解答这些问题，由Guilian Xu和David R. Borchelt等研究人员领导的研究团队开展了一项系统性的研究，成果发表在《Neurobiology of Disease》。研究团队构建了多种AD相关转基因小鼠模型，包括表达原纤维倾向性Aβ42的SAA-APP基因敲入模型（模拟致密核心斑块形成）和以弥漫性Aβ沉积为主的APPsi模型。通过交叉育种获得携带不同人类APOE等位基因（APOE2、APOE3、APOE4）或小鼠内源Apoe的复合基因型小鼠，并运用免疫组织化学、组织染色（如Campbell-Switzer银染、Thioflavin S）、ELISA、免疫印迹、纳米字符串（NanoString）神经病理学基因表达谱分析以及免疫荧光等技术，从病理表型、分子表达和信号通路等多角度进行了剖析。

主要技术方法包括：使用SAA-APP knock-in（携带Arctic突变Aβ）、APPsi（表达瑞典和印第安纳突变APP）及APOE靶向替换（targeted replacement）小鼠模型；通过脑组织免疫组化染色定量Aβ负荷和脑血管淀粉样沉积（CAA）；采用NanoString Neuropathology panel（770个基因）分析差异表达基因和功能通路；利用脑匀浆种子注射（intracerebral seeding）技术加速Aβ沉积；并通过图像分析软件（Qupath）量化apoE与Aβ斑块共定位。

研究结果首先揭示，在SAA-APP模型中，小鼠Apoe促进Aβ沉积的作用最强，其次为人类APOE4，而APOE3和APOE2表现最弱。13月龄时，SAA-APP/e（小鼠Apoe）小鼠的皮质Aβ负荷显著高于APOE4携带者（约1.45倍），且APOE4小鼠的沉积量又明显高于APOE3（4.75倍）和APOE2（2.91倍）。这一趋势在8月龄时已出现，并随年龄增长而加强，女性APOE4小鼠沉积速率尤为显著。分子水平上，不溶性Aβ42和Aβ40含量检测与病理结果一致，且所有人类ApoE亚型与斑块的共定位程度无差异，说明APOE影响沉积量而非与Aβ的交互性质。

通过NanoString转录组分析5月龄小鼠脑组织发现，在淀粉样斑块形成早期，SAA-APP/E4小鼠相较于APOE3组，神经连接通路相关基因（如Npy、Tenm2、Slc6a4）显著下调，提示APOE4可能先于斑块沉积引发神经传递功能障碍。而在小鼠Apoe背景下，炎症反应和小胶质细胞激活标志（如Trem2、Cd68）强烈上调，呈现AD典型的神经退行性微胶质细胞（MGnD）表型。

在APPsi弥漫性沉积模型中，21月龄时小鼠Apoe再次显示最强淀粉样原性，人类APOE4促进脑血管Aβ沉积（CAA）的作用明显高于APOE3，但对实质弥漫斑的沉积加速作用有限。值得注意的是，通过脑内种子注射加速沉积后，APOE4小鼠的Aβ负荷虽高于APOE3（皮质2.68倍，海马3.2倍），但并未导致斑块形态向致密核心转化，Thioflavin S染色仍为阴性。这证实APOE4主要调控Aβ沉积进程，而不改变其内在形态特征。

研究结论强调，ApoE亚型差异性调控所有类型Aβ病理（致密核心斑、弥漫斑和CAA），但斑块形态由Aβ固有属性决定，而非APOE基因型。这意味着AD治疗策略需针对特定Aβ形态和APOE背景设计；同时，小鼠Apoe在促进沉积方面强于人类同源物，提示物种间功能差异可能影响临床前模型的数据解读。该研究为理解APOE在AD病理中的作用提供了深入见解，对开发精准靶向疗法具有重要意义。