《Brain Research》：Crosstalk between ApoE-expressing cells and genotoxic stress in the mouse brain
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本研究分析小鼠脑内内源性ApoE在DNA损伤下的表达。结果显示mApoE主要分布于星形胶质细胞和部分神经元，etoposide处理未改变其分布，但mApoE阳性神经元DNA损伤标志γH2AX焦点增多，提示mApoE与神经元DNA损伤敏感性相关。
乌玛伊·阿伊曼（Ummay Ayman）| 大塚隆良（Takayoshi Otsuka）| 戈德弗里德·杜格农（Godfried Dougnon）| 松井英明（Hideaki Matsui）
日本新潟大学脑研究所疾病神经科学系，新潟951-8585
摘要
载脂蛋白E（ApoE）在脑部脂质运输中起着重要作用。除了脂质运输外，ApoE还有助于维持神经元的完整性。尽管DNA损伤和DNA损伤反应的异常已被认为是神经病理学的早期因素，但ApoE与DNA损伤之间的联系仍不甚明确。在这项研究中，我们调查了在正常条件下以及依托泊苷（etoposide）诱导的DNA损伤情况下，小鼠体内表达内源性ApoE（mApoE）的细胞。免疫组化分析显示，mApoE主要表达在星形胶质细胞和某些神经元中，而在小胶质细胞中的表达量极少，少突胶质细胞中则未检测到其表达。依托泊苷处理诱导的DNA损伤并未改变mApoE在大脑中的表达水平或分布模式。然而，观察到神经元中mApoE的表达与DNA损伤之间存在相关性：依托泊苷处理后，mApoE阳性的神经元受到的影响更大，并表现出更多的γH2AX焦点。这一发现需要进一步研究，以确定mApoE阳性神经元对DNA损伤的增敏作用是具有神经保护作用还是促进了神经退行性变。
引言
载脂蛋白E（ApoE）是一种多态性蛋白质，负责脑部和血液中的脂质运输。在中枢神经系统（CNS）中，它还参与神经元的维持。过度活跃的神经元会产生有害的脂肪酸，ApoE将这些脂肪酸运输到星形胶质细胞中进行中和，从而在刺激阶段保护神经元（Ioannou等人，2019年）。在人类ApoE（hApoE）中，N端结构域第112位和第158位的单个氨基酸替换产生了三种异构体（hApoE2Cys, Cys、hApoE3Cys, Arg、hApoE4Arg, Arg），这些异构体在健康和疾病状态下表现出功能差异（Blumenfeld等人，2024年；Flowers和Rebeck，2020年）。值得注意的是，hApoE4已被确定为阿尔茨海默病（AD）的风险因素，而hApoE2具有保护作用，hApoE3则具有中性作用（Buttini等人，2010年；Conejero-Goldberg等人，2014年；Lee等人，2021年；Wadhwani等人，2019年）。与人类不同，小鼠缺乏ApoE异构体。mApoE与hApoE有70%的同源性，且与hApoE4异构体密切相关（Rajavashisth等人，1985年）。有研究表明，内源性mApoE的存在会加剧由小胶质细胞hApoE4介导的淀粉样病变（Liu等人，2023年）。然而，mApoE与DNA损伤之间的相互作用仍有待阐明。
DNA损伤的积累以及受损的DNA损伤反应（DDR）途径被认为是阿尔茨海默病等神经退行性疾病的根本驱动因素（Dileep等人，2023年；Shanbhag等人，2019年；Suberbielle等人，2015年）。hApoE异构体对DNA损伤的影响因年龄和性别等因素而异。在12个月大的年龄时，hApoE4基因替换（TR）小鼠的DNA双链断裂（DSB）标志物γH2A.X和53BP1的水平高于hApoE2或hApoE3 TR小鼠，这表明hApoE异构体可能对DNA损伤的细胞反应有不同的影响（Boutros等人，2023年）。现有证据表明，hApoE4的全长形式及其蛋白水解片段（17 kDa N端片段）都会转运到细胞核，hApoE4的结合位点包括约1700个基因启动子区域（Rohn和Moore，2017年；Theendakara等人，2016年）。与这些启动子相关的基因与程序性细胞死亡、炎症、衰老等过程有关，涉及神经元和胶质细胞（Love等人，2017年；Rohn和Moore，2017年；Theendakara等人，2016年）。这可以解释上述研究中观察到的hApoE4异构体存在与DNA损伤增加的现象（Boutros等人，2023年）。作为晚发性AD的最大遗传风险因素（Blumenfeld等人，2024年），hAPOE4等位基因会增加人类AD患者的淀粉样斑块（Liu等人，2013年）和神经纤维缠结（NFT）的形成（Huang等人，2001年）。这一现象也在AD的小鼠模型中得到证实（Koutsodendris等人，2023年；Shi等人，2017年）。hAPOE4的存在还增加了体外（神经元和胶质细胞）的胶质增生和炎症细胞因子的分泌（Iannucci等人，2021年；Koutsodendris等人，2023年），并在tau蛋白病的小鼠模型中导致了神经退行性变（Nelson等人，2023年；Shi等人，2017年）。这些证据表明，特定的hApoE4异构体是导致AD相关病理特征的主要原因。鉴于mApoE与hApoE有70%的序列相似性，明确mApoE与DNA损伤之间的关联至关重要。
已知在人类或啮齿动物的脑中，星形胶质细胞和反应性小胶质细胞会分泌ApoE（Chen等人，2021年；Hou等人，2023年）。多项研究还证实，在应激条件下，人类和啮齿动物大脑中的神经元中也能检测到ApoE的蛋白质和mRNA（Aoki等人，2003年；Boschert等人，1999年；Xu等人，2006年）。在这项研究中，我们调查了在正常条件和依托泊苷诱导的DNA损伤情况下大脑中表达mApoE的细胞。我们发现，在基础条件下，小鼠大脑中的星形胶质细胞和某些神经元会表达ApoE；依托泊苷处理后，其表达水平和分布并未改变。然而，我们发现携带mApoE的皮质神经元受到更多的DNA损伤（γH2A.X焦点），这一发现有助于理解mApoE在应对DNA损伤中的基本生理功能。
小节片段
小鼠大脑中载脂蛋白E的蛋白质表达谱
为了确定内源性mApoE的表达模式，我们收集了小鼠大脑样本并进行了二氨基联苯胺（DAB）染色。整个大脑被分为三个部分：嗅球（OB）、大脑皮层和小脑（包括小脑皮质、中脑和脑干部分）。根据细胞形态（小细胞体、星形细胞状结构、细长的突起），所有区域的ApoE阳性胶质细胞占主导地位（图1A，黑色箭头）。此外，还检测到了...
讨论
我们的研究表明，在小鼠大脑中，内源性ApoE主要表达在星形胶质细胞、部分神经元以及极少数量的小胶质细胞中，尤其是在大脑皮层中的神经元表达量较高。虽然急性DNA损伤不会上调ApoE的表达，但ApoE阳性的皮质神经元比ApoE阴性的神经元受到更严重的DNA损伤。
在中枢神经系统中，ApoE以细胞自主的方式分泌。主要分泌ApoE的细胞是星形胶质细胞...
动物
本研究使用了8周大的C57BL/6J雄性小鼠（杰克逊实验室，美国缅因州巴港）。动物实验程序遵循新潟大学机构动物护理和使用委员会（#SA00656）以及ARRIVE指南的规定进行。在实验前，小鼠被分组饲养，处理后单独关笼（21±2°C；50%±10%湿度；12小时光照/黑暗周期）。
资助信息
本工作得到了武田科学基金会（H.M.）、JSPS KAKENHI资助（编号JP 23790744，H.M.）、JSPS KAKENHI资助（编号JP 22484842，H.M.）、AMED资助（编号JP23gm1710010，H.M.）、AMED资助（编号JP24wm0625506，H.M.）以及JST [Moonshot R&D]资助（编号JPMJMS2024，H.M.）的支持。
CRediT作者贡献声明
乌玛伊·阿伊曼（Ummay Ayman）：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、研究、数据分析、概念构建。大塚隆良（Takayoshi Otsuka）：撰写——审稿与编辑、监督、概念构建。戈德弗里德·杜格农（Godfried Dougnon）：撰写——审稿与编辑、监督、研究。松井英明（Hideaki Matsui）：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、方法学、研究、资金获取、数据分析、概念构建。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
我们衷心感谢研究小组所有成员在实验过程中提供的宝贵意见。
插图使用BioRender.com
生成。
