杨 烁， 赵 崴， 王海涛综述， 付 源审校

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)也称老年痴呆，是以进行性记忆减退、认知障碍和人格改变为主要临床表现的神经系统变性疾病[1]。细胞外β-淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)沉积和细胞内神经元纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFTs)所导致的神经元丢失和胶质细胞活化是AD的重要病理特征[2]。流行病学调查显示65岁以上人群的AD发病率为13%，而85岁以上AD发病率高达45%，预计到2050年全世界将有超过8000万人遭受AD困扰[3]。AD已成为当今社会的严重负担，明确AD的发病机制从而开发AD新治疗策略刻不容缓。AD根据发病年龄分为早老性AD(early-onset AD,EOAD)和迟发型AD(late-onset AD,LOAD),前者通常发生在65岁以前，所占比例不到所有患者的1%，具有家族遗传性，主要由于淀粉样蛋白前体基因和基因中编码的早老素1或早老素2的突变引起[4]。后者发病在65岁之后，多为散发性，载脂蛋白E(apolipoprotein E,ApoE)的ε4等位基因与其发病关系最密切，但具体作用机制尚不明确。ApoE4通过多种不同的途径产生神经毒性作用，从而增加AD患病风险[5]。

1 ApoE的结构和功能

ApoE是一种富含精氨酸的碱性蛋白，人ApoE是由299个氨基酸残基组成，分子量为34145 kD。在人类基因组中，ApoE基因包含3个等位基因:ε2、ε3和ε4，其全球基因频率分别为8.4%、77.9%、13.7%，ApoEε4等位基因在AD患者中出现频率高达40%[6]。全基因组关联分析显示，具ApoEε4等位基因的人群罹患散发性及家族遗传的LOAD概率显著增加[7]。ApoE分子多态性是由于其第112位半胱氨酸(Cys)和第158位精氨酸(Arg)的差异，ApoE3第112位为Cys，而第158位为Arg、ApoE4皆为Arg、ApoE2皆为Cys。虽然ApoE3种最常见的亚型仅有一个或两个氨基酸的差异，但它们具有独特的结构和功能，这可能解释它们对AD患病风险的不同影响[4,8]。

ApoE是外周和中枢神经系统中分泌的脂质转运蛋白，参与调节脂类平衡。血浆和脑脊液中ApoE的浓度分别约为40～70 μg/ml和3～5 μg/ml。研究表明脑脊液中较低的ApoE水平与脑内Aβ沉积增加相关，而APOEε4基因携带者的脑脊液和血浆中ApoE水平均显著降低[9]。人脑中存在多种ApoE的受体，其中主要包括低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor,LDLR)、低密度脂蛋白受体关联蛋白1(low-density lipoprotein receptor related protein 1,LRP1)和硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(heparan sulfate proteoglycans,HSPG)受体等[5]。在非脂质化状态下ApoE的N末端受体结合域内的正电荷残基不能与LDLR结合，在脂质化后ApoE展现出与LDLR更强的结合亲和力[10]。LRP1优先与重组ApoE或ApoE聚合物结合[11]，而脂质化和非脂质化ApoE都与细胞表面HSPG结合。此外LRP1可以与HSPG形成受体复合物从而介导细胞摄取ApoE，这表明ApoE受体在细胞表面具有重要的协同作用[12]。

2 ApoE及其受体与Aβ代谢

淀粉样蛋白斑块是AD的病理标志之一，主要由Aβ聚集的原纤维组成[8]。Aβ主要通过跨血脑屏障运输、蛋白酶降解和神经细胞摄取降解等途径进行清除，Aβ的产出和清除的失平衡导致毒性Aβ的堆积和聚集。毒性Aβ的异常聚集会形成可溶性Aβ多聚物，神经内源性Aβ和淀粉样蛋白斑块，这些毒性物质会损伤神经元突触并引起神经元凋亡[9]。可溶性Aβ和细胞表面受体结合启动了毒性级联反应，从多种途径影响神经元正常代谢，进而导致了神经退行性病变和认知功能的损伤[13]。毒性Aβ的异常聚集可能反映了AD患者脑内Aβ的过度产生、无效清除、或两者兼有，在这一过程中ApoE及其受体起到关键作用。利用AD小鼠模型研究发现ApoE4显著增加了早期的Aβ水平，但对后期的Aβ产生无显著影响，提示ApoE4在体内调节Aβ病理发生的过程中，对早期Aβ形成的过程最为重要[14]。肝脏X受体(liver X receptor,LXR)和维甲酸X受体(retinoid X receptor,RXRs)激动剂增加ApoE水平和脂质化状态并促进Aβ清除，改善AD小鼠的认知功能[15]。在正常生理情况下，ApoE均存在不同程度的脂质化，增加ApoE4的脂质化程度可以使Aβ42在携带人ApoEε4等位基因小鼠脑内的沉积量降低，进而减轻认知功能的损伤[16]。体外实验也揭示了ApoE的基因多态性与Aβ结合具有不同的作用[17]。具体而言含有ApoE4的脂蛋白脂质化较少，致使ApoE4与Aβ形成的复合物较不稳定，最终导致ApoE4/Aβ复合物稳定性降低并且增加Aβ的聚集[18]。另一方面不同形式的Aβ与ApoE也显示出不同的结合亲和力。已有研究证实神经毒性物质主要为可溶性Aβ42和寡聚体Aβ，而携带ApoEε4基因的个体中，可溶性Aβ42和寡聚体Aβ水平增高。这表明不同亚型的ApoE与不同形式的Aβ具有不同的结合亲和力，且结合速率明显不同，导致其调节Aβ代谢的能力不同，这在一定程度上可以解释ApoE如何参与AD发病机制[13]。

星形胶质细胞中LDLR缺陷会导致Aβ摄取减少，而LDLR在小鼠中提高Aβ清除率，显著降低了Aβ聚集，减弱了淀粉样蛋白斑块相关的神经炎症[19]。上调LDLR水平增强了血脑屏障介导的外源性Aβ的清除，并促进内源性Aβ从脑内排出到血液，从而促进Aβ清除[20]。最新研究也指出星形胶质细胞中LRP1的敲除会导致基质金属蛋白酶2、基质金属蛋白酶9、胰岛素降解酶等Aβ降解酶的表达量降低，因此LRP1可通过调节这些降解酶从而影响Aβ的细胞外降解[21]。HSPG可以通过独立和依靠LRP1受体的方式介导ApoE的细胞摄取，ApoE与Aβ竞争HSPG的结合位点，从而抑制神经细胞摄取Aβ，此作用具有明显的浓度依赖性[22]。此外HSPG与LRP1以协同的方式介导神经元对Aβ的摄取，最初Aβ与细胞表面HSPG结合，随后通过LRP1进行内吞作用[23]，结合HSPG的Aβ也可激活LRP1信号传导途径，这些都会导致细胞Aβ摄取的增强[24]。这些研究均表明ApoE可通过调控细胞外Aβ代谢参与AD病理发生，且调控的重点取决于ApoE及其受体的特异性结合。

3 ApoE及其受体与tau蛋白磷酸化

Tau蛋白磷酸化和随后形成的NFTs是AD的另一个病理过程[2]。Tau蛋白是神经细胞中微管相关蛋白，能够维持微管结构和功能稳定性。过度磷酸化的tau蛋白是形成NFTs的主要组成部分[25]。有研究标明ApoE4通过激活转基因小鼠海马中的Erk途径来刺激tau蛋白磷酸化，并且随着AD脑内锌浓度的增加而增强[26]。近来研究发现自噬功能缺陷与神经退行性疾病的发生发展密切相关，细胞自噬参与过表达tau蛋白和异常磷酸化tau蛋白的降解，自噬抑制能增加tau蛋白的细胞毒性，ApoE4可能会影响自噬介导的tau蛋白清除，从而损伤神经元的正常功能[27,28]。ApoE4诱发肿瘤坏死因子-α分泌产生的神经炎症反应，加剧tau蛋白异常磷酸化导致的神经元凋亡。此外ApoE4强烈激活小胶质细胞，使其可能通过直接刺激受损的神经元和激活有毒的炎症反应性星形胶质细胞而诱导神经炎症反应，进而加剧神经退行性病变[28]。

胆固醇代谢缺陷与tau蛋白异常磷酸化相关，ApoE通过LRP1受体促进神经胶质细胞胆固醇的释放和神经元内胆固醇的摄取，从而导致tau蛋白异常磷酸化，造成NFTs的早期形成和NFTs的负荷增加[29]。LRP1也许可以通过LRP1配体脂蛋白脂肪酶在胆固醇代谢中起作用，LRP1亦可作为影响胆固醇合成和细胞内转运的胆固醇传感器在胆固醇代谢中发挥作用，进而影响tau蛋白异常磷酸化。ApoE不同亚型差异性调节ApoE受体介导的信号级联反应，进一步改变tau蛋白激酶和磷酸酶的功能，从而导致tau蛋白异常磷酸化[5]。

4 靶向ApoE的AD治疗

ApoEε4基因型将多个生物过程转变为发展AD的易感条件，虽然ApoE4和神经退行性疾病相关联的主要机制仍有待澄清，但极有可能通过ApoE调节这些生物学过程。因此调节ApoE基因和ApoE特性是药物开发和治疗AD的重要方向[30]。

核受体过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator activated receptor γ,PPARγ)，LXR和RXRs均会对ApoE的表达起到正性调节的作用[31]。研究显示贝沙罗汀能够通过刺激RXRs来增加脑部ApoE的表达量,进而促使Aβ清除[32]。LXR激动剂GW3965可提高ApoE水平，从而有效促进Aβ42的清除，并可逆转记忆缺陷[33]。为了进一步减少AD病理发生可以联合应用ω-3脂肪酸二十二碳六烯酸和贝沙罗丁，通过激活LXR-RXRs信号途径来帮助改善认知障碍[34]。此外PPARγ激动剂吡格列酮可增加ApoE的表达，同时又可以降低Aβ水平，并且改善淀粉样蛋白斑块模型小鼠的认知功能，与GW3965共同处理后可以观察到协同作用[35]。这些途径一起参与调节脑内ApoE水平，将成为AD药物治疗的靶点。ApoE的内吞作用主要由LDLR和LRP1受体介导，ApoE通过产生ApoE/Aβ复合物或竞争性抑制受体与Aβ的结合从而通过这些受体促进Aβ的细胞摄取[30]。因此增加LRP1和LDLR可以作为AD中激活Aβ清除途径的治疗方法。包括利福平、咖啡因和氟伐他汀在内的几种化合物可能通过增加LRP1水平而对AD有保护作用[36]。

ApoE蛋白的生物活性形式与脂质相关，ApoE的脂化状态显著影响其功能[9]。研究发现胆固醇酰基转移酶1(cholesterol acyltransferase 1,ACAT1)酶活性的降低导致淀粉样蛋白斑块小鼠模型中Aβ沉积的减少以及认知功能的改善[37]，因此ACAT缺失可能影响ApoE脂化状态。ACAT1抑制剂可能以ApoE脂化的上游为靶点而成为抗AD药物，ACAT1抑制剂K604可以通过小胶质细胞中的自噬介导的溶酶体蛋白水解来促进Aβ42清除[38]。

N末端的氨基酸残基112位和158位是ApoE亚型的决定因素，但是残基Arg61和Glu255之间的相互作用可能是结构上区分ApoE4和ApoE3的另一特征。这种域-域相互作用可能在ApoE4中产生异常构象，导致神经毒性[39]。已报道几种小分子化合物(GIND25和PH002)通过阻断神经元中的域-域相互作用来逆转ApoE4的有害作用。因此修饰ApoE4的病理结构，如结构域相互作用，可能是AD的潜在治疗方法[40]。此外通过基因编辑技术,使用CRISPR/Cas9系统将ApoE4转换为ApoE3或E2可能是治疗携带ApoEε4的AD患者的有效方法[41]。

5 展 望

AD已成为严重威胁老年人健康的重要疾病，目前尚缺乏有效的治疗手段。ApoEε4是LOAD最主要的致病危险因素，但其对Aβ、tau蛋白的影响还有待进一步探讨,有必要开展多学科、多层次综合研究。以ApoE及其受体作为靶点进行深入研究，将对AD的临床治疗具有重大意义。

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