载脂蛋白E与阿尔茨海默病

齐玉晶， 石胜良

随着人口老龄化的发展，痴呆的患病率明显升高，已成为继心脏病、肿瘤、卒中致老年人死亡的第4位主要病因。阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease，AD)作为最主要的痴呆类型之一，逐渐成为重大的社会问题和经济问题。

AD是遗传因素和环境因素共同作用的结果，已经确定的与早发性AD相关的基因有淀粉样蛋白前体基因、早老素-1及早老素-2基因。尽管有多种基因与晚发性AD发病有关，但目前唯一确定的与散发性、迟发性AD关系最密切仅是载脂蛋白 Eε4(apolipoprotein E，ApoEε4)基因。近年来的研究对此不断的证实并揭示了它在AD发病、诊断及治疗中的作用。本篇就ApoE在AD中的研究进展进行综述。

1 ApoE的结构与功能

ApoE基因位于19号染色体长臂13区2带上，长约3.7kb，存在 3 个等位基因，即 ε2、ε3、ε4，正常人以 ε3 为主，其编码的3种蛋白E2、E3、E4之间的差别在于第112位和第115位密码子上的碱基对的差异，在E4分子中112位胱氨酸被精氨酸取代，而E2分子中158位精氨酸被胱氨酸取代。ApoE主要在肝脏中合成，此外，脑、骨骼、肾上腺等也可少量合成。中枢神经系统中ApoE主要由星型胶质细胞产生和分泌，但小胶质及神经元在特定的环境下也参与［1］。ApoE是血浆中主要的载脂蛋白之一，并且是神经系统中最重要的胆固醇载体蛋白，参与胆固醇和磷脂的动员和再分布，另外与神经元的损伤及修复、变性后鞘磷脂的代谢、微管蛋白的稳定等也密切相关。

2 ApoEε4是AD发病的肯定危险因素

Strittmatter于1993年首次发现晚发AD家族史的人，携带一个ε4等位基因，发病风险增加2～3倍，若携带2个ε4基因，发病风险增加8倍以上，此后ApoEε4基因被公认为散发性AD和晚发性家族性AD发病的肯定危险因素［2］。国内外多数研究报道散发性AD ε4基因频率较对照组显著增高［3，4］，并使发病年龄提前［3］。最近 Sando 等报道携带ApoEε4 基因者 AD 患病率明显高于 ε3/ε3 纯合子;ε4/ε4、ε2/ε4 和 ε3/ε4 基因型发生 AD 的风险分别是携带 ε3/ε3 的12.9 倍、3.2倍和 4.2倍;同时发现携带一个 ε4 等位基因发病年龄较 ε3/ε3 基因型发病年龄提前提前 3.1 岁(ε3/ε3 发病年龄为 78.4 岁)，携带 2 个 ε4 者将会提前 5.5 岁［3］。另外，不少研究证实ApoEε4基因亦是早发性FAD的危险因子，我国也有类似报道早发性FAD患者ε4频率为16.7%，与对照组6.4%相比具有明显统计学意义［5］。

轻度认知障碍(mild cognitive impairment，MCI)被认为是介于正常和痴呆的临界状态，每年有约3% ～5%的MCI转化为 AD，ApoEε4 与 MCI的发生、发展密切相关［6］。ApoE4能够增加MCI的患病风险，促进MCI转换为AD。Wang等报道台湾地区MCI携带ε4者每年有15.9%向AD转换，不携带ε4者为9.0%，两者具有明显统计学差异;甚至正常老年人携带 ε4者每年2.2%转换为 AD，不携带 ε4者为0.7%［7］，说明ApoEε4在 AD临床症状之前已发挥重要的作用。

AD的病理学证据表明，ApoE可能参与AD发病。研究表明神经炎性斑(neuritic plaques，NPs)、神经纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFTs)、脑淀粉样血管病(cerebral amyloid angiopathy，CAA)均有ApoE的存在，而且ApoE与上述多种病理改变严重程度密切相关［8］。E2、E3、E4由于结构的不同，在AD中发挥着不同的作用，E4能够加快AD的进展，是AD明确的危险因素，而E2能够延缓AD的发生，被认为是AD的保护因素［9］。目前ApoE参与AD发病的机制尚无定论，主要有以下几种观点:

2.1 ApoE参与Aβ的代谢而促进NPs的形成

NPs是由β-淀粉样蛋白(β-amyloid protein，Aβ)沉积形成的。Aβ是NPs的起始物质和主要结构成分，人体内Aβ是由β-淀粉样蛋白前体(Amyloid Protein Precursor，APP)通过蛋白水解产生，含39～43个氨基酸，正常情况下Aβ的产生和降解保持平衡，当平衡打破则会导致Aβ的沉积。Aβ的过量产生是淀粉样瀑布假说的核心［10］，是AD病理的重要诱发因素之一［11］。Aβ过量产生后，能够大量沉积，形成SPs，激活氧化应激和大量的炎症反应，导致神经细胞毒性及神经元丧失。ApoE与Aβ的作用机制复杂，主要表现以下3个方面。首先，ApoE能够促进Aβ的沉积。研究表明，ApoE在脑脊液中和Aβ具有高亲和性，不同的异构体与Aβ结合的特征不同，ApoE4与Aβ结合比ApoE3快而强烈，形成能够抵抗水解及变性因素作用的稳定复合物，导致Aβ大量沉积。影像学PIB-PET显示，AD早期携带ε4基因者Aβ沉积较不携带ε4基因者明显提高［12］。其次，ApoE影响 Aβ的降解。ApoE4与细胞内Aβ的聚集密切相关［13］，推测 ApoE4导致AD患者细胞内的Aβ代谢紊乱，包括Aβ的降解与过度聚集。Aβ的降解是通过ApoE与Aβ结合成复合物后与星形细胞表面的LDLR(low density lipoprotein receptors)结合转运到溶酶体，在溶酶体的酸性作用下进行的，ApoE可以看作是Aβ的分子伴侣;正常情况下，ApoE-Aβ复合物通过血脑屏障(BBB)进行清除，ApoE3-Aβ和ApoE2-Aβ通过BBB的速度远快于ApoE4-Aβ复合物，因此ε4患者Aβ降解能力明显减弱［14］。最后，ApoE影响Aβ沉积的数量，此机制已在动物模型中得到证实。在携带不同人类ApoE基因的PDAPP转基因小鼠脑内，ApoEε4基因小鼠脑内Aβ沉积的数量远高于其他基因型，并且发现90%以上的ApoE均与Aβ结合，而ApoEε2小鼠，只有25%的ApoE与Aβ结合［15］。上述进一步验证了ApoEε2基因是AD的保护因素。

ApoE促进tau蛋白过度磷酸化 tau蛋白是细胞内的微管相关蛋白，在正常细胞内形成细胞骨架，参与神经轴突内微管的结合、微管结构的维持及功能稳定的作用。过度磷酸化的tau蛋白，由于不能结合微管致细胞结构不稳定而容易聚集，形成双螺旋结构，成为NFTs的主要组成部分。tau蛋白过度磷酸化及NFTs的形成与多种因素相关。最近研究表明，NFTs形成受ApoE的影响，ApoE可以通过与受体LDLR结合，抑制tau蛋白激酶和tau蛋白过度磷酸化，从而减少NFTs的形成［16］，ApoE 2 对此作用甚大，ApoE 3 次之，而ApoE 4的作用最弱，故携带ε4者NFTs形成明显增多;另外，tau蛋白磷酸化与脂质代谢相关，细胞内胆固醇升高能够促进tau蛋白过度磷酸化，ApoE通过与低密度脂蛋白受体相关蛋白-1(LRP1)结合参与神经元摄取胆固醇，促进tau磷酸化［17］。

2.2 ApoEε4是脑淀粉样血管病的危险因素

CAA是Aβ在软脑膜及脑皮质血管内沉积后形成，可以加剧神经细胞变性坏死及炎症，而导致脑微出血，55% ～59%痴呆患者脑内可见脑出血［18］，这对AD的发生发展具有重要的促进作用。CAA是AD最常见的病理表现之一，Attems等回顾性分析113例尸检报告76%的AD患者脑内存在CAA，且以枕部皮质为甚［19］。CAA是遗传性血管性疾病，与多种基因相关，其中ApoEε4是CAA的危险因素之一［20］，但具体机制尚不明确。研究发现携带ApoEε4的CAA患者脑内微出血的风险大大增加，常引起炎症反应、毛细血管闭塞、脑脊液代谢障碍，进而导致脑灌注不足，进一步加重AD的进展，且携带ApoEε4数量与CAA的严重程度呈正相关;尽管ApoEε2是AD的保护性因素，当CAA存在时，其亦会增加脑出血的风险［21］。Caselli等研究发现60岁以上正常老年人中，携带ApoE4者血管淀粉样病变较不携带者明显，提示ApoE4对CAA具有重要促进作用［22］。

2.3 ApoE与乙酰胆碱代谢

中枢胆碱能递质与认知功能具有紧密联系，痴呆患者与认知相关重要脑区有不同程度的胆碱能纤维密度降低、胆碱能神经元丢失及胆碱酯酶和乙酰胆碱含量减低等改变。在中枢神经系统中，ApoE对胆碱系统尤为重要，与其它以氨基酸为基础的神经递质相比，胆碱能系统必须高度依赖脂类来维持神经元内胆碱活性。携带ε4等位基因的AD患者中枢神经系统内胆碱系统出现明显紊乱。

3 ApoEε4与AD治疗

AD是慢性变性性疾病，目前尚缺乏有效的治疗手段，因此迫切需要进一步的研究来阻止该病的进展。研究者运用新型ApoE类似物(拟ApoE肽)注射到APP转基因果蝇体内，通过抑制ApoE4的作用，可以阻止神经元变性坏死，同时可以改善痴呆果蝇的认知功能［23］。由于拟ApoE肽分子量相对较小，能够通过血脑屏障，因此可以作为外源性药物治疗AD，且其在中枢神经系统中具有抗炎及神经保护用，为治疗早发性老年痴呆提供了临床依据。

ApoE4与Aβ的结合破坏了ApoE降解Aβ的能力，因此发现ApoE的结合位点，阻止其与Aβ的结合，可以缓解AD的进展［24］。Sadowski等研究的 Aβ12-28P与 Aβ 竞争结合ApoE，此位点已在动物实验中得到验证，有望通过阻断ApoE4与Aβ的结合达到治疗 AD［20］。另有研究发现携带ApoE4的转基因大鼠脑内Aβ40∶42比例增高，导致CAA的发生［25］，因此通过降低Aβ40:42的比值、调整 Aβ的代谢可以作为治疗AD的方法之一。最新发现通过补充人体内的多不饱和脂肪酸(PUFA)不但可以降低氧化应激，而且也可以减少异常Aβ的产生，达到阻止Aβ的沉积的目的［26］;PUFA是神经元细胞膜重要脂质，可以降低细胞膜表面胆固醇的含量，提高其流动性，这对于突触的结构稳定性具有重要的作用;携带ApoE4上述作用会大大减弱，可能与两者的脂质代谢相关。

胆碱能神经元对脂质运输和代谢具有很强的依赖性，其中包括后者提供原料合成乙酰胆碱，而ApoE在脑内的脂质代谢方面起重要作用，通过补充体内胆碱能物质治疗AD已经取得很大的成效。其中他克林、多奈哌齐等的广泛应用为延缓AD的病程起到很重要的作用。

4 展望

ApoEε4是散发性AD确定的第一个遗传性易感因子，这一发现无疑为AD研究开辟了一个新的领域。ApoE在AD的发生中起到重要的作用，几乎参与到AD的所有病理改变中，但其对Aβ、tau蛋白的影响还有待进一步探讨，有必要开展多学科、多层次综合研究，继续深入研究。由于目前尚无条件开展大规模的活体研究，因此寻找一个公认的AD全面复制动物模型，促进AD病因学、病理学和治疗学的全面发展。ApoE在AD治疗的研究中取得一定的突破，但目前仍停留在缓解疾病进展阶段，如何有效的阻止疾病的发展是日后研究的方向。因此ApoE与AD的关系需要进一步研究，为寻找新的、多方位的预防措施和治疗途径提供新的思路。

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