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眾所周知，載脂蛋白E（APOE）是阿爾茨海默病最大的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素。

APOE有三個(gè)亞型，分別是APOE2、APOE3和APOE4。這三個(gè)亞型僅在第112、158位兩個(gè)氨基酸位置上存在不同，但是與阿爾茨海默病的關(guān)系卻有天壤之別[1,2]。

三個(gè)APOE亞型的差異

與純合APOE3相比，雜合APOE2/3與患阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)降低61%相關(guān)，純合APOE2與患阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)降低87%相關(guān)[1]；雜合APOE2/4與患阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)升高1.64倍相關(guān)，雜合APOE3/4與患阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)升高2.63倍相關(guān)，而純合APOE4則與患阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)升高近14倍相關(guān)[2]，簡直高到離譜！

不難看出，與常見的APOE3相比，僅一個(gè)氨基酸之差的APOE2可以預(yù)防阿爾茨海默病，同樣僅一個(gè)氨基酸之差的APOE4則是強(qiáng)烈的阿爾茨海默病驅(qū)動(dòng)因素。

你肯定和我一樣想知道這究竟是為什么。

前不久，西湖大學(xué)施一公團(tuán)隊(duì)在小膠質(zhì)細(xì)胞表面找到了APOE4的特異性受體LilrB3，APOE4與LilrB3特異性結(jié)合后，可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，使其轉(zhuǎn)為促炎狀態(tài)；有意思的是，LilrB3幾乎不與APOE2結(jié)合[3]。

就在我以為這是APOE三兄弟存在巨大差異的全部原因的時(shí)候，中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所陳椰林/耿泱團(tuán)隊(duì)，在《細(xì)胞》著名子刊《神經(jīng)元》雜志發(fā)表重磅研究成果告訴我：真相遠(yuǎn)不止如此。

他們首次發(fā)現(xiàn)，APOE可以通過其保守的C-末端區(qū)域（CT），以底物特異性的方式抑制γ-分泌酶（剪切淀粉樣前體蛋白[APP]，產(chǎn)生Aβ的關(guān)鍵酶）的活性[4]。

有趣的是，APOE三兄弟對(duì)γ-分泌酶的抑制活性存在差異，表現(xiàn)為APOE2＞APOE3＞APOE4，而這剛好跟它們與阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系相反。因此，這個(gè)研究在一定程度上也能解釋APOE不同亞型與阿爾茨海默病之間的關(guān)系。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所侯祥龍和張雪馨為論文的共同第一作者。

論文首頁截圖

為了研究APOE三兄弟與阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系的差異，陳椰林團(tuán)隊(duì)先對(duì)人腦樣本進(jìn)行了免疫熒光染色，以確認(rèn)APOE存在的位置。

染色結(jié)果與之前的研究保持了一致，在神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中都檢測到了APOE。重要的是，免疫染色顯示，內(nèi)源性APOE和APP在人類皮質(zhì)神經(jīng)元中共存，而且二者的熒光信號(hào)存在重疊。

神經(jīng)元中存在APOE，而且APOE與APP共定位

APOE與APP共定位讓陳椰林團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，APOE對(duì)神經(jīng)元自主剪切APP可能有一定的影響。

為了證實(shí)這一猜想，他們在神經(jīng)元細(xì)胞系（N2A）和HEK 293T細(xì)胞中共表達(dá)APP和APOE，并將APP的非淀粉樣蛋白源性裂解產(chǎn)物α-C末端片段（α-CTF）作為標(biāo)志物。如果共表達(dá)細(xì)胞產(chǎn)生的α-CTF較多，就意味著“毒蛋白”β淀粉樣蛋白（Aβ）的產(chǎn)生會(huì)減少。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，在N2A和HEK 293T細(xì)胞中，與GFP與APP共表達(dá)相比，APOE2或APOE3與APP的共同表達(dá)明顯增加了α-CTF的水平。值得注意的是，APOE2與APP的共同表達(dá)顯著減少了總Aβ40的產(chǎn)生。不過，與對(duì)照組相比，APOE4和APP的共同表達(dá)未能改變?chǔ)?CTF和Aβ40。

不難看出，APOE確實(shí)在調(diào)節(jié)APP的剪切，而且APOE2確實(shí)抑制了Aβ40的產(chǎn)生。

APOE對(duì)APP剪切的影響

問題又來了，究竟是APOE的那個(gè)部分在調(diào)控APP的剪切呢？

陳椰林團(tuán)隊(duì)先從APOE2入手，發(fā)現(xiàn)起關(guān)鍵作用的是APOE的C-末端區(qū)域（CT），而不是存在差異的N-末端區(qū)域（NT）。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，共表達(dá)APOE-CT和APP后，細(xì)胞培養(yǎng)基中的Aβ40減少了約75%，細(xì)胞裂解液中Aβ40減少了約42%，Aβ42減少了約74%，但Aβ42/Aβ40的比例沒有變化。

值得注意的是，與APOE2相比，APOE-CT進(jìn)一步增加了α-CTF水平，表明APOE-CT比全長APOE2更具活性，而且APOE的NT區(qū)可能在某種程度上阻礙了這種活性。此外，他們還注意到，只有細(xì)胞內(nèi)的APOE有這一作用，在培養(yǎng)基中添加APOE則沒有這個(gè)效果。這也說明，是細(xì)胞內(nèi)源性APOE在調(diào)節(jié)APP的剪切。

APOE-CT的超能力

那APOE蛋白在細(xì)胞內(nèi)又是如何調(diào)節(jié)APP剪切的呢？

經(jīng)過一系列復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，陳椰林團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)APOE2和APOE-CT能與APP、γ-分泌酶和α-分泌酶相互作用，而不與BACE1相互作用。

從機(jī)制上看，APOE-CT能抑制γ-分泌酶的剪切作用，而不直接調(diào)節(jié)α或β-剪切作用。此外，γ-分泌酶是APOE-CT增加α-CTF水平所必需的，且APOE-CT對(duì)γ-分泌酶的抑制作用是具有底物特異性的，不影響γ-分泌酶對(duì)其他蛋白的γ-剪切。

結(jié)合前面的研究成果，我們可以發(fā)現(xiàn)，APOE2保留了較強(qiáng)的γ-分泌酶抑制活性，而APOE4可能完全丟失這一活性。遺憾的是，這個(gè)研究并沒有告訴我們：為何兩兩之間相差一兩個(gè)氨基酸的APOE兩兄弟，在抑制γ-分泌酶活性方面存在這么大的差異。

潛在機(jī)制示意圖

總的來說，陳椰林團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究成果從另一個(gè)角度闡釋了APOE2和APOE4功能上的差異，讓我們對(duì)APOE與阿爾茨海默病之間的關(guān)系有了新的認(rèn)知。

值得一提的是，這個(gè)研究也是首次將家族性阿爾茨海默病的風(fēng)險(xiǎn)基因（編碼γ-分泌酶）與散發(fā)性阿爾茨海默病聯(lián)系在一起，提示APP的γ酶切異常是所有阿爾茨海默病的共同致病原因。

參考文獻(xiàn)：

[1].Reiman EM, Arboleda-Velasquez JF, Quiroz YT, et al. Exceptionally low likelihood of Alzheimer's dementia in APOE2 homozygotes from a 5,000-person neuropathological study. Nat Commun. 2020;11(1):667. Published 2020 Feb 3. doi:10.1038/s41467-019-14279-8

[2].Yamazaki Y, Zhao N, Caulfield TR, Liu CC, Bu G. Apolipoprotein E and Alzheimer disease: pathobiology and targeting strategies. Nat Rev Neurol. 2019 Sep;15(9):501-518. doi: 10.1038/s41582-019-0228-7. Epub 2019 Jul 31. PMID: 31367008; PMCID: PMC7055192.

[3].Zhou J, Wang Y, Huang G, et al. LilrB3 is a putative cell surface receptor of APOE4. Cell Res. 2023;33(2):116-130. doi:10.1038/s41422-022-00759-y

[4].Hou X, Zhang X, Zou H, et al. Differential and substrate-specific inhibition of γ-secretase by the C-terminal region of ApoE2, ApoE3, and ApoE4. Neuron. 2023;S0896-6273(23)00220-9. doi:10.1016/j.neuron.2023.03.024