Neuron：APOE4变异如何改变脑细胞

　　

众所周知，若不幸携带了载脂蛋白E4（APOE4）变异，则患上晚发性阿尔茨海默病的风险要比一般人高不少。不过，APOE4如何导致患者大脑中的淀粉样蛋白增加，目前还不清楚。最近发表在《Neuron》上的一项研究表明，APOE4导致脑细胞内发生许多变化，包括基因表达的差异。

麻省理工学院（MIT）领导的一个研究团队利用iPSC、CRISPR基因编辑和转录组分析来研究APOE4对各种脑细胞的影响。他们发现，当细胞表达APOE4而不是APOE3时，数百个基因在各种脑细胞中表达出现差异，导致与疾病表型相关的细胞行为发生改变，包括胆固醇代谢失调。

在这项研究中，麻省理工学院Picower学习与记忆研究所的Li­Huei Tsai及其同事从未患病的个体中获得APOE3 iPSC细胞，并利用CRISPR基因编辑将其改造成APOE4 iPSC细胞。利用这两种细胞，研究人员生成了神经元、星形胶质细胞和小胶质样细胞，它们有着相同的遗传背景。

当研究人员对细胞开展RNA测序时，他们注意到不同细胞的转录组特征随着相应细胞类型而聚集，验证了衍生细胞的身份。不过，他们也发现了857个基因的表达模式与APOE相关，其中许多与脂质代谢或免疫反应相关。

在神经元中，表达APOE4的细胞有250个基因下调，190个基因上调。他们特别指出细胞增殖相关的转录本被APOE4下调，而分化相关的基因被上调。此外，在表达APOE4的小胶质细胞中，1,131个基因下调，而329个基因上调。

各种细胞的行为也随着APOE的状态变化而发生改变。与表达APOE3的神经元相比，表达APOE4的神经元的突触密度和早期内涵体增加，并且分泌更高水平的淀粉样蛋白。

同时，与APOE3对应物相比，表达APOE4的星形胶质细胞的APOE蛋白水平降低，但胆固醇水平要高得多，表明胆固醇代谢已失调。它们吸收和清除Aβ的速度更慢。APOE4小胶质样细胞同样表现出较低的Aβ吸收以及形态学变化。

在此之后，研究人员还开发出了表达APOE4的脑部类器官。通过这个模型，他们发现单凭APOE4变异已足以引起淀粉样蛋白聚集物，这是阿尔茨海默病的标志。

最后，研究人员利用阿尔茨海默病患者的iPSC细胞开展实验，通过CRISPR基因编辑将APOE4变异改造成APOE3。当他们对这些编辑过的iPSC衍生的脑细胞进行鉴定时，他们注意到大部分与疾病相关的表型都被逆转了。

研究人员认为，这表明人们可以针对某些信号通路来治疗阿尔茨海默病，而基因编辑本身也有望作为治疗手段。“如果你能将基因从APOE4转换成APOE3，阿尔茨海默病的许多相关特征可能都会减少，”Tsai谈道。（生物通 薄荷）

原文检索

APOE4 Causes Widespread Molecular and Cellular Alterations Associated with Alzheimer’s Disease Phenotypes in Human iPSC-Derived Brain Cell Types

DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2018.05.008