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APOE4是阿尔茨海默病（AD）的最强遗传风险因素，降低AD发病年龄，促进AD的典型病理，包括β-淀粉样蛋白（Aβ）和过度磷酸化的tau蛋白（p-tau）沉积。APOE4在AD发病机制中的作用十分复杂，仍没有被完全揭示。
星形胶质细胞是APOE的主要产生者，但神经元和小胶质细胞在应激、损伤或衰老时也可以产生APOE，有研究表明，APOE4在AD中的作用可能取决于产生它的细胞的类型。
在最近的《细胞·干细胞》杂志上，美国旧金山Gladstone研究所神经疾病部门的研究团队发表了最新研究成果，他们发现，神经元APOE4和小胶质细胞的存在对于APOE4依赖性的Aβ和p-tau病理形成很重要，小胶质细胞的耗竭可以减少Aβ和p-tau病理，这些发现突出了神经元APOE4和小胶质细胞在AD发病机制中的协同作用[1]。
在以前的研究中，小鼠模型通常依赖于早发性AD或其它tau蛋白病相关突变来诱导病理，缺乏晚发性AD的关键人类特异性细胞标志，使得研究的转化性不佳。
随着人诱导性多能干细胞（hiPSC）研究的进步，hiPSC体外神经元模型已经能够模拟一些人类APOE4驱动的AD病理的细胞特征，但是体外细胞模型在模拟成熟细胞行为、产生Aβ或tau聚集体以及概括体内的多细胞相互作用方面又受到限制。
为此，研究团队开发了一种体内嵌合晚发性AD小鼠模型，将具有不同APOE基因型的hiPSC衍生神经元移植到敲入APOE的小鼠海马中[2]。这种混合的小鼠模型能够产生与晚发性AD病理近似的Aβ聚集物，便于研究在APOE4相关AD发病机制中，体内的人类神经元与其他类型细胞的相互作用。
将不同APOE基因型的人神经元移植给敲入不同APOE基因的小鼠海马中
在这次的研究中，研究人员将重点锁定在小胶质细胞上，因为它们在健康状态下负责清除病理蛋白聚集体，在AD患者中存在功能障碍。他们使用集落刺激因子1受体的抑制剂PLX3397（PLX），能够在不显著影响其他脑细胞的情况下耗竭小胶质细胞。
移植了APOE4神经元的小鼠产生了Aβ聚集体，此前的没有APP突变的小鼠模型是无法产生的。绝大多数Aβ聚集体形成在移植的神经元周围100μm范围内，范围外极少，并且人Aβ特异性单抗染色也证实了这些Aβ聚集体是来自于移植的人类神经元。
与移植了APOE3神经元的小鼠相比，APOE4神经元小鼠的Aβ聚集体明显更多，这与此前发现的APOE4加剧Aβ病理相一致，而小胶质细胞耗竭后，APOE4神经元小鼠的平均Aβ聚集体数量减少了一半，支持人类APOE4神经元和APOE4小胶质细胞促进Aβ聚集体形成的观点。
小胶质细胞耗竭后，APOE4神经元小鼠的平均Aβ聚集体数量减少一半
另外，研究人员注意到，移植APOE敲除的神经元的小鼠比APOE4神经元小鼠有更多的Aβ聚集体沉积，且小胶质细胞耗竭对这些小鼠的Aβ聚集体没有影响，它们的Aβ聚集体更大，呈扩散的羽毛型结构，对这些Aβ聚集体的详细分析显示，它们的致密核心部分尺寸和数量与APOE4神经元小鼠没有差异，但是弥散部分明显增加。
这表明，从人类神经元中去除APOE特异性地促进了弥漫性Aβ聚集体的形成，且不受小胶质细胞耗竭的影响。
与Aβ聚集体一样，在移植APOE4神经元周围100μm范围内也发现了p-tau的沉积，小胶质细胞耗竭也成功减少了p-tau沉积。
对小鼠们的小胶质细胞的单细胞RNA测序显示，与移植APOE敲除的神经元的小鼠相比，APOE4和APOE3神经元小鼠的稳态小胶质细胞亚群减少，而相比APOE3，APOE4神经元小鼠的稳态小胶质细胞中促炎和AD相关基因的表达增加，这意味着APOE4相比APOE3，能够诱导促炎转录组变化，即使是稳态小胶质细胞也无法逃脱这种变化。
APOE4神经元小鼠相比APOE3和APOE敲除神经元小鼠的差异化基因表达分析
不但如此，APOE4神经元小鼠的促炎小胶质细胞亚群占比也远比APOE3和APOE敲除的神经元小鼠要高，许多炎症标志物表达增加。
综上所述，APOE4神经元显著增加了小鼠的Aβ和p-tau沉积，在没有早发性AD突变的小鼠中，小胶质细胞耗竭减少了移植了人APOE4神经元的小鼠的Aβ和p-tau沉积，证实了小胶质细胞促进人类神经元APOE4相关的Aβ和tau病理，对不同小胶质细胞亚群的表征则表明，去除特定的促炎小胶质细胞亚群可能是一个潜在的AD治疗方向。
[1] Antara Rao, Nuo Chen, Min Joo Kim, et al. Microglia depletion reduces human neuronal APOE4-related pathologies in a chimeric Alzheimer’s disease model. Cell Stem Cell. DOI: 10.1016/j.stem.2024.10.005.
[2] Najm R, Zalocusky K A, Zilberter M, et al. In vivo chimeric Alzheimer’s disease modeling of apolipoprotein E4 toxicity in human neurons[J]. Cell reports, 2020, 32(4): 107962.
本文作者丨应雨妍