載脂蛋白E(Apolipoprotein E，ApoE)是遲發(fā)性阿爾茨海默病最相關(guān)的遺傳風險因素。ApoE通過驅(qū)動小膠質(zhì)細胞的激活加劇tau蛋白相關(guān)的神經(jīng)退行性變。然而，ApoE如何調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞激活以及靶向ApoE是否對tau蛋白病有治療作用尚不清楚。
華盛頓大學(xué)神經(jīng)科學(xué)部于2021年6月21日在《Neuron》上發(fā)表的一篇文章對此進行了研究，他們發(fā)現(xiàn)，在P301S tau蛋白病小鼠中，過表達ApoE代謝受體LDLR低密度脂蛋白受體，可以顯著降低腦內(nèi)ApoE表達，從而改善tau病理和神經(jīng)退行性變。
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P301S是一種tau蛋白突變的轉(zhuǎn)基因小鼠，常用于研究阿茲海默癥。作者首先將LDLR轉(zhuǎn)基因小鼠與P301S小鼠雜交，產(chǎn)生P301S/LDLR小鼠，發(fā)現(xiàn)P301S/LDLR小鼠較P301S小鼠而言其神經(jīng)退行性變、突觸喪失和tau蛋白組織病理學(xué)均有改善，并且P301S/LDLR小鼠中ApoE和p-tau水平減低，且兩者高度相關(guān)。
接著，作者培養(yǎng)了來自于LDLR轉(zhuǎn)基因小鼠和WT小鼠的原代小膠質(zhì)細胞，他們發(fā)現(xiàn)來自于LDLR小鼠的小膠質(zhì)細胞也過表達了LDLR，并且與之相對應(yīng)的是，ApoE基因和蛋白水平均顯著降低。
另外，使用磁珠分選或流式分選從成年小鼠大腦中分離出的小膠質(zhì)細胞進行研究發(fā)現(xiàn)，與WT小膠質(zhì)細胞相比，在LDLR鼠小膠質(zhì)細胞中也觀察到了LDLR的過表達，以及ApoE基因和蛋白水平的降低。這些結(jié)果表明，ApoE下調(diào)與小膠質(zhì)細胞中的LDL過表達存在內(nèi)在聯(lián)系。
有趣的是，與年輕小鼠(3個月大)相比，WT和LDLR小鼠(20個月大)小膠質(zhì)細胞內(nèi)ApoE水平的差異增加了。然而WT年老小鼠中小膠質(zhì)細胞ApoE的表達顯著升高，而在LDLR年老小鼠中卻沒有出現(xiàn)此現(xiàn)象。
這可能表明小膠質(zhì)細胞中LDLR過表達和其相關(guān)ApoE的下調(diào)抑制了小膠質(zhì)細胞的活化。另外，通過CD68染色發(fā)現(xiàn)，P301S/LDLR小鼠與P301S小鼠相比，小膠質(zhì)細胞的活化明顯減弱，這與ApoE水平降低有關(guān)。
為了進一步了解ApoE和LDLR過表達如何調(diào)節(jié)神經(jīng)變性，作者對9個月大的P301S、P301S/LDLR和P301S/ EKO（EKO為ApoE敲除）小鼠以及它們的年齡匹配的WT、LDLR和EKO同窩小鼠進行了單核RNA測序(single-nucleus RNA-seq，snRNA-seq)。
從總共31,785個細胞核中獲得測序數(shù)據(jù)，并基于已知細胞型特異性標記的表達，在所有樣本中鑒定出10個不同的細胞群。細胞群分析顯示，P301S小鼠的神經(jīng)退行性變主要表現(xiàn)為海馬興奮性神經(jīng)元的特定亞型缺失，包括DG、CA1、CA3神經(jīng)元，尤其是DG神經(jīng)元。
與其他組相比，P301S組小鼠抑制性神經(jīng)元比例增加。值得注意的是，小膠質(zhì)細胞在P301S小鼠中顯著增加，而在P301S/LDLR和P301S/EKO小鼠中僅輕度增加，而星形膠質(zhì)細胞種群在各組間保持穩(wěn)定。
DEG分析顯示，神經(jīng)變性相關(guān)基因表達變化(P301S vs WT)主要發(fā)生在小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞。在沒有tau基因突變的情況下，ApoE和LDLR相關(guān)的基因表達變化(WT vs EKO或WT vs LDLR)主要富集在神經(jīng)元中，特別是興奮性神經(jīng)元中。
然而，在tau蛋白病背景下，最高水平的基因表達均從神經(jīng)元轉(zhuǎn)移到小膠質(zhì)細胞(P301S vs P301S/EKO, P301S vs P301S/LDLR)，提示小膠質(zhì)細胞在介導(dǎo)ApoE和LDLR對神經(jīng)變性的影響中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
考慮到小膠質(zhì)細胞在神經(jīng)退行性變中的主要作用，作者用亞聚類方法評估了小膠質(zhì)細胞亞群，發(fā)現(xiàn)所有樣本中產(chǎn)生了六個子聚類。
分析發(fā)現(xiàn)，與ApoE缺失相關(guān)的小膠質(zhì)細胞下調(diào)合成代謝通路，并表現(xiàn)出分解代謝基因的上調(diào)，同時可提高生理條件下的小膠質(zhì)細胞溶酶體酶活性，并減少tau蛋白病背景下的小膠質(zhì)細胞mTOR激活。
另外，ApoE缺陷和過表達LDLR的小鼠大腦中少突膠質(zhì)細胞前體細胞增多，在神經(jīng)退行性條件下髓鞘完整性得到更大的保護。
總之，這篇文章發(fā)現(xiàn)了小膠質(zhì)細胞中過表達LDLR會細胞自主性的下調(diào)小膠質(zhì)細胞中的ApoE，并與缺失ApoE的小膠質(zhì)細胞的激活抑制相關(guān)。
ApoE缺失和LDLR過表達都強烈地促使著小膠質(zhì)細胞的免疫代謝，使其分解速率高于合成速率。而過表達LDLR的小膠質(zhì)細胞在激活時也能上調(diào)特定的離子通道和神經(jīng)遞質(zhì)受體。ApoE缺失和LDLR-過表達小鼠中的少突膠質(zhì)細胞祖細胞(OPCs)也出現(xiàn)增加，使得髓鞘完整性在神經(jīng)退行性條件下得到更大的保護。
Shi Y, Andhey PS, Ising C, Wang K, Snipes LL, Boyer K, Lawson S, Yamada K, Qin W, Manis M, Serrano JR, Benitez BA, Schmidt RE, Artyomov M, Ulrich JD, Holtzman DM. Overexpressing low-density lipoprotein receptor reduces tau-associated neurodegeneration in relation to apoE-linked mechanisms. Neuron. 2021 Jun 10:S0896-6273(21)00413-X. doi: 10.1016/j.neuron.2021.05.034. Epub ahead of print. PMID: 34157306.
編譯作者：Sheena（brainnews創(chuàng)作團隊）
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