APOEアイソフォームがMCRPに対する内皮細胞接着結合とアクチン細胞骨格に及ぼす影響
研究背景
アルツハイマー病（Alzheimer’s Disease, AD）は、βアミロイド蛋白（Aβ）の蓄積やタウ蛋白の異常なリン酸化を特徴とする神経変性疾患です。近年、脳血管系の変化がADの病態形成に重要な役割を果たすことが明らかになってきました。特に、内皮細胞の損傷や炎症反応はADの病理学的な構成要素とされています。アポリポ蛋白E（Apolipoprotein E, APOE）はADの主要な遺伝的リスク因子であり、特にAPOE4アレルはADの高リスクと強く関連しています。APOE4は内皮細胞の機能に影響を与え、脳血液関門（Blood-Brain Barrier, BBB）の破壊を引き起こし、神経炎症やニューロンの損傷を引き起こす可能性があります。
単量体C反応性蛋白（Monomeric C-Reactive Protein, mCRP）は慢性炎症のマーカーであり、ADにおけるその役割も注目されています。mCRPは内皮細胞表面のCD31に結合することで、脳血管炎症を引き起こし、ADの病理的プロセスを促進する可能性があります。しかし、mCRPが内皮細胞の細胞間結合や細胞骨格にどのように影響を与えるか、またAPOE遺伝子型がこのプロセスにどのように関与するかはまだ不明です。
研究目的
本研究は、APOE遺伝子型が内皮細胞の細胞骨格と細胞間結合を調節し、mCRPの刺激に応答することで、ADの病理的プロセスにどのように影響を与えるかを探ることを目的としています。具体的には、APOE4が内皮細胞の細胞骨格と細胞間結合を変化させることでBBBの機能障害を引き起こし、ADのリスクを高めるという仮説を検証します。
研究方法
1. ヒト脳組織サンプルの分析
研究チームは、ボストン大学アルツハイマー病センター（Boston University Alzheimer’s Disease Center, BU ADC）から、8名の健康な対照者と8名のAD患者の側頭葉脳組織サンプルを取得しました。免疫蛍光染色とリン酸化プロテオミクス解析を用いて、AD患者の脳微小血管におけるmCRPとリン酸化CD31（pCD31）の発現レベルを検出し、細胞骨格関連蛋白の変化を分析しました。
2. マウスモデル実験
研究では、APOE2、APOE3、APOE4遺伝子ノックインマウスおよびAPOE遺伝子ノックアウトマウスを使用しました。マウスにはmCRPを腹腔内投与し、6週間継続しました。その後、マウスの脳組織から微小血管を分離し、プロテオミクス解析と免疫蛍光染色を行い、mCRPが細胞骨格と細胞間結合関連蛋白に及ぼす影響を検出しました。
3. 体外実験
研究チームは、マウスの脳組織からCD31陽性内皮細胞を分離し、体外で培養しました。これらの細胞は、mCRP、mCRPと組換えAPOE2またはAPOE4蛋白の混合液に曝露され、細胞骨格と細胞間結合関連蛋白の発現変化が検出されました。
4. データ解析
リン酸化プロテオミクスと遺伝子セットエンリッチメント解析（Gene Set Enrichment Analysis, GSEA）を用いて、AD患者の脳微小血管において有意に上昇または低下した分子経路を特定しました。さらに、プロテイン相互作用解析（Proximity Ligation Assay, PLA）を用いて、CD31とLIMA1などの蛋白間の相互作用を検出しました。
研究結果
1. AD患者の脳微小血管における細胞骨格と細胞間結合の変化
研究では、AD患者の脳微小血管において、mCRPとpCD31の発現が健康な対照群に比べて有意に高いことが明らかになりました。さらに、リン酸化プロテオミクス解析により、AD患者の脳微小血管では微小管関連蛋白タウ（MAPT）のリン酸化レベルが有意に上昇しており、特にpTau_T217とpTau_T231がADの病理スコア（Braakステージ）と認知機能（MMSEスコア）と有意に関連していることが示されました。
2. APOE4マウスにおけるmCRPへの応答
APOE4遺伝子ノックインマウスでは、mCRPがpCD31とLIMA1の発現を有意に増加させ、pCD31とLIMA1の結合を促進しました。さらに、mCRPは細胞間結合におけるCD31とVE-cadherinの相互作用を減少させ、微小血管の損傷を引き起こしました。一方、APOE2蛋白はこれらの変化を弱めることができました。
3. APOE遺伝子型がmCRP誘発性の細胞骨格と細胞間結合の変化に及ぼす影響
研究では、mCRPがAPOE4マウスにおいてLIMA1の発現を有意に増加させ、pCD31とLIMA1の結合を促進することが明らかになりましたが、APOE2およびAPOE3マウスでは同様の変化は観察されませんでした。さらに、mCRPはAPOE4マウスにおいてCD31とVE-cadherinの共局在を有意に減少させ、微小血管の損傷を引き起こしました。APOE2蛋白はこれらの変化を逆転させることができましたが、APOE4蛋白はmCRPの毒性効果をさらに増強しました。
4. 体外実験による検証
体外培養された脳内皮細胞では、mCRPとAPOE4蛋白の併用処理がLIMA1の発現とF-actinの形成を有意に増加させましたが、APOE2蛋白はこれらの変化を抑制しました。さらに、mCRPとAPOE4蛋白の併用処理は、F-actinネットワークの形成に関与するARPc4とITGB1の発現を増加させました。
研究結論
本研究は、APOE遺伝子型が内皮細胞の細胞骨格と細胞間結合を調節し、mCRPの刺激に応答することでADの病理的プロセスに影響を与えることを初めて明らかにしました。具体的には、APOE4はpCD31とLIMA1の発現を増加させ、F-actinの形成を促進することで内皮細胞間結合を破壊し、微小血管の損傷を引き起こし、ADのリスクを高めます。一方、APOE2はこれらの変化を弱め、内皮細胞の完全性を保護します。
研究意義
本研究は、APOE遺伝子型がADの病態形成において果たす役割を理解するための新たな視点を提供し、特にAPOE4が内皮細胞の細胞骨格と細胞間結合を調節することで慢性炎症に応答し、BBBの機能障害と神経炎症を引き起こすことを示しました。さらに、APOE2がmCRPの内皮細胞に対する毒性効果を弱める保護因子として機能する可能性を示唆しています。これは、APOE4保有者に対するAD治療戦略の開発に潜在的な理論的根拠を提供します。
研究のハイライト
- APOE遺伝子型が内皮細胞の細胞骨格と細胞間結合を調節し、mCRPの刺激に応答してADの病理的プロセスに影響を与えることを初めて明らかにしました。
- APOE4がpCD31とLIMA1の発現を増加させ、F-actinの形成を促進することで内皮細胞間結合を破壊し、微小血管の損傷を引き起こすことを発見しました。
- APOE2がmCRPの内皮細胞に対する毒性効果を弱め、内皮細胞の完全性を保護することを示しました。
- APOE4保有者に対するAD治療戦略の開発に潜在的な理論的根拠を提供しました。
その他の価値ある情報
本研究では、mCRPとAPOE4蛋白の併用処理が酸化ストレスマーカー（OXCT1やROSなど）の発現を有意に増加させ、内皮細胞の損傷をさらに悪化させることも明らかになりました。これは、APOE4がミトコンドリア機能を調節することで内皮細胞の代謝と炎症反応に影響を与え、ADの病理的プロセスを促進する可能性を示唆しています。