阿尔茨海默病中APOEε4对磷酸化tau蛋白相互作用网络的影响

背景介绍

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种以β-淀粉样蛋白（Aβ）在细胞外沉积和自聚集形成多种类型的Aβ沉积，以及异常磷酸化的tau蛋白（磷酸化tau，ptau）在神经元内积累并自组装形成神经纤维缠结为标志的神经退行性疾病。AD的发病机制也与tau病理的神经解剖进展紧密相连，这些病理标志物依次影响大脑的不同区域，遵循Thal五阶段（Aβ病理）和Braak六阶段（tau病理）。

在AD的遗传风险因素中，Apolipoprotein E基因（APOE）的多态性是主要因素，APOEε4等位基因与散发性AD的风险增加和发病年龄早期化成正相关。然而，APOEε2等位基因被认为具有保护作用。APOE是一种主要由星形胶质细胞分泌的糖蛋白，通常参与磷脂和胆固醇的运输。已知APOE与Aβ沉积物共定位，并且ε4等位基因与Aβ病理的加剧密切相关。

尽管APOE已被广泛研究，其在tau病理中的作用仍不完全明了。近期数据表明，APOE多态性也会影响磷酸化tau病理。有研究表明，在体内实验中，APOEε4可能会独立于Aβ影响ptau的积累。然而，APOE与ptau之间的关系依然模糊，需要进一步的研究来阐明APOE在tau病理中的作用。

研究来源

本文题为“The Influence of APOEε4 on the pTau Interactome in Sporadic Alzheimer’s Disease”，由Manon Thierry、Jackeline Ponce、Mitchell Martà-Ariza等人撰写，研究所在包括纽约大学医学院的神经病学系和生物化学与分子药理学系等多个机构。该论文于2024年在《Acta Neuropathologica》期刊上发表。

研究方法

为了揭示APOEε4对ptau作用的影响，研究团队采用了一系列实验程序，包括抗-ptau抗体免疫沉淀和质谱技术等。具体流程如下：

研究流程

样本采集和处理： - 从纽约大学和哥伦比亚大学的阿尔茨海默病研究中心收集的共25例散发性AD患者大脑前额叶皮质组织进行研究。 - 样本按APOE基因型分为两组：APOEε3/ε3组和APOEε4/ε4组，匹配年龄、性别和共病状态。 - 使用常规生物化学和基因分型方法对样本进行初步处理，包括DNA提取、PCR和Sanger测序等。

免疫沉淀和质谱分析： - 用抗-ptau抗体PHF1进行免疫沉淀，收集ptau及其结合伙伴蛋白。 - 经降解、提取和洗脱后，通过液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）进行蛋白质分析。 - 质谱数据的处理采用Proteome Discoverer软件和“Significance Analysis of Interactome Express Algorithm（SAINT）”算法，筛选出可能的ptau相互作用蛋白。

生化分析和验证： - 采用免疫印迹（Western Blot）和银染技术验证免疫沉淀产品中ptau的富集程度。 - 结合免疫组化分析，进一步确定APOE基因型对ptau亚细胞定位及病理特征的影响。

数据分析和网络功能富集

为了对质谱数据进行分析，研究团队使用STRING和Cytoscape等工具，通过基因本体论（Gene Ontology，GO）术语分析和网络功能富集分析，对ptau相互作用蛋白进行鉴定和分类，确认其在细胞元件和生物过程中的作用。

研究结果

研究表明，APOE基因型显著影响ptau的相互作用网络（interactome）。主要结果包括：

1. 共有的ptau相互作用蛋白：

共有33种蛋白与ptau相互作用，这些蛋白主要与蛋白酶体系统相关，涉及mRNA代谢和蛋白质降解过程。

2. 特异于APOEε3/ε3和APOEε4/ε4的ptau相互作用蛋白：

• APOEε3/ε3：47种ptau相互作用蛋白，主要为核质蛋白，涉及RNA代谢过程。
• APOEε4/ε4：35种ptau相互作用蛋白，多为突触相关蛋白，涉及细胞运输。

3. tau病理形态学特征：

Immunohistochemistry分析显示，APOEε4/ε4组的ptau阳性神经核密度显著高于APOEε3/ε3组，尤其是在axonal endings和突触区，这表明APOEε4可能促进tau病理向Aβ受影响的脑区传播。

4. 脑淀粉样血管病变（CAA）：

相比于APOEε3/ε3组，APOEε4/ε4组中CAA的频率和严重程度更高，表明APOEε4与CAA相关病理的恶化有关。

结论和意义

研究表明，APOEε4等位基因不仅通过促进Aβ病理影响AD风险，还通过显著影响ptau的亚细胞定位和相互作用影响tau病理的发展。这一发现为识别新的治疗靶点提供了重要线索，特别是针对APOEε4携带者的治疗策略。

研究亮点与新颖之处

• 首次比较APOEε3/ε3和APOEε4/ε4携带者在散发性AD中的ptau相互作用网络。
• 发现APOEε4促进ptau在突触及神经末梢的定位，有助于解释APOEε4对tau病理进展的促进作用。
• 数据支持APOEε4通过影响细胞运输和RNA代谢过程加重AD病理。

重要意义与应用价值

这一研究发现揭示了APOEε4对AD病理非Aβ病理的新影响机制，强调了APOE基因型在个体化治疗和靶向治疗策略中的重要性。未来的研究应进一步探讨不同tau表位在不同AD阶段的相互作用网络，为更精确的早期诊断和干预提供理论依据。