APOE异构体对内皮细胞粘附连接和肌动蛋白细胞骨架对MCRP反应的影响

2025-01-02 Thu
研究背景阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）是一种常见的神经退行性疾病，其病理特征包括β淀粉样蛋白（Aβ）沉积和tau蛋白的异常磷酸化。近年来，越来越多的研究表明，脑血管系统的改变在AD的发病机制中起着重要作用。特别是，内皮细胞的损伤和炎症反应被认为是AD病理的重要组成部分。载脂蛋白E（Apolipoprotein E, APOE）是AD的主要遗传风险因素，尤其是APOE4等位基因与AD的高风险密切相关。APOE4通过影响内皮细胞的功能，可能导致脑血管屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）的破坏，进而引发神经炎症和神经元损伤。
单体C反应蛋白（Monomeric C-Reactive Protein, mCRP）是慢性炎症的标志物，其在AD中的作用也逐渐受到关注。mCRP通过与内皮细胞表面的CD31结合，可能引发脑血管炎症，进而促进AD的病理进程。然而，mCRP如何影响内皮细胞的细胞连接和细胞骨架，以及APOE基因型在这一过程中的作用，尚不清楚。
研究目的本研究旨在探讨APOE基因型如何通过调节内皮细胞的细胞连接和细胞骨架，响应mCRP的刺激，进而影响AD的病理进程。具体来说，研究团队假设APOE4通过改变内皮细胞的细胞骨架和细胞连接，导致BBB功能障碍，从而增加AD的风险。
研究方法1. 人类脑组织样本分析研究团队从波士顿大学阿尔茨海默病中心（Boston University Alzheimer’s Disease Center, BU ADC）获取了8名健康对照者和8名AD患者的颞叶脑组织样本。通过免疫荧光染色和磷酸化蛋白质组学分析，研究人员检测了AD患者脑微血管中mCRP和磷酸化CD31（pCD31）的表达水平，并分析了细胞骨架相关蛋白的变化。
2. 小鼠模型实验研究使用了APOE2、APOE3和APOE4基因敲入小鼠，以及APOE基因敲除小鼠。小鼠通过腹腔注射mCRP，持续6周。随后，研究人员从小鼠脑组织中分离出微血管，进行蛋白质组学分析和免疫荧光染色，检测mCRP对细胞骨架和细胞连接相关蛋白的影响。
3. 体外实验研究团队从小鼠脑组织中分离出CD31阳性内皮细胞，并在体外培养。这些细胞被分别暴露于mCRP、mCRP与重组APOE2或APOE4蛋白的混合液中，检测细胞骨架和细胞连接相关蛋白的表达变化。
4. 数据分析通过磷酸化蛋白质组学和基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis, GSEA），研究人员识别了AD患者脑微血管中显著上调或下调的分子通路。此外，研究还使用了蛋白质相互作用分析（Proximity Ligation Assay, PLA）来检测CD31与LIMA1等蛋白之间的相互作用。
研究结果1. AD患者脑微血管中的细胞骨架和细胞连接改变研究发现，AD患者脑微血管中mCRP和pCD31的表达显著高于健康对照组。此外，磷酸化蛋白质组学分析显示，AD患者脑微血管中微管相关蛋白tau（MAPT）的磷酸化水平显著升高，尤其是pTau_T217和pTau_T231。这些磷酸化tau蛋白与AD的病理评分（Braak分期）和认知功能（MMSE评分）显著相关。
2. APOE4小鼠对mCRP的响应在APOE4基因敲入小鼠中，mCRP显著增加了pCD31和LIMA1的表达，并促进了pCD31与LIMA1的结合。此外，mCRP还减少了CD31与VE-cadherin在细胞连接中的相互作用，导致微血管损伤。相比之下，APOE2蛋白能够减弱这些变化。
3. APOE基因型对mCRP诱导的细胞骨架和细胞连接改变的影响研究发现，mCRP在APOE4小鼠中显著增加了LIMA1的表达，并促进了pCD31与LIMA1的结合，而在APOE2和APOE3小鼠中未观察到类似的变化。此外，mCRP在APOE4小鼠中显著减少了CD31与VE-cadherin的共定位，导致微血管损伤。APOE2蛋白能够逆转这些变化，而APOE4蛋白则进一步加剧了mCRP的毒性效应。
4. 体外实验验证在体外培养的脑内皮细胞中，mCRP与APOE4蛋白的联合处理显著增加了LIMA1的表达和F-actin的形成，而APOE2蛋白则能够抑制这些变化。此外，mCRP与APOE4蛋白的联合处理还增加了ARPc4和ITGB1的表达，这些蛋白与F-actin网络的形成密切相关。
研究结论本研究首次揭示了APOE基因型通过调节内皮细胞的细胞骨架和细胞连接，响应mCRP的刺激，进而影响AD的病理进程。具体来说，APOE4通过增加pCD31和LIMA1的表达，促进F-actin的形成，导致内皮细胞连接破坏和微血管损伤，从而增加AD的风险。相比之下，APOE2能够减弱这些变化，保护内皮细胞的完整性。
研究意义本研究为理解APOE基因型在AD发病机制中的作用提供了新的视角，特别是APOE4通过调节内皮细胞的细胞骨架和细胞连接，响应慢性炎症，导致BBB功能障碍和神经炎症。此外，研究还表明，APOE2可能作为一种保护性因子，能够减弱mCRP对内皮细胞的毒性效应。这为开发针对APOE4携带者的AD治疗策略提供了潜在的理论依据。
研究亮点首次揭示了APOE基因型通过调节内皮细胞的细胞骨架和细胞连接，响应mCRP的刺激，影响AD的病理进程。
发现APOE4通过增加pCD31和LIMA1的表达，促进F-actin的形成，导致内皮细胞连接破坏和微血管损伤。
APOE2能够减弱mCRP对内皮细胞的毒性效应，保护内皮细胞的完整性。
为开发针对APOE4携带者的AD治疗策略提供了潜在的理论依据。
其他有价值的信息本研究还发现，mCRP与APOE4蛋白的联合处理显著增加了氧化应激标志物（如OXCT1和ROS）的表达，进一步加剧了内皮细胞的损伤。这表明，APOE4可能通过调节线粒体功能，影响内皮细胞的代谢和炎症反应，进而促进AD的病理进程。