距离首次发现阿尔兹海默症（Alzheimer's disease，AD）已过去百年时光，人们仍未发现能够彻底治疗 AD 的有效药物，究其原因，AD 的发病机制十分复杂难以被解析。AD 发病机制假说中最为经典之一是 Aβ 淀粉样蛋白致病假说，然而过去多年来人们基于该假说设计针对 Aβ 的药物却都收效甚微，近年来最为有名的药物应该是 Biogen 公司推出 aducanumab（阿杜那单抗），然而注射该药物的患者有 40% 都出现脑肿胀等可怕副作用。
2022 年 7 月全球最权威的学术期刊 Science 发表了一篇历时 6 个月的调查报告，报告称美国神经科学家 Sylvain Lesné 发表的学术论文存在造假行为，其中就包括其于 2006 年发表在 Nature 期刊上奠定了 Aβ 淀粉样蛋白致病假说的论文。这一报道揭开了误导学界十数年的真相，但也使得研发治疗 AD 药物的前景变得更为扑朔迷离。越来越多的科学家和药企将目光投向了 Aβ 以外的地方，如基因调控、能量代谢、脂质体或胶质细胞等。通过基因组学研究，人们发现 APP、PSEN1 和 PSEN2 这 3 个基因突变会导致早发性常染色体显性遗传性阿尔茨海默病（early-onset autosomal dominant Alzheimer's disease，ADAD），唐氏综合征患者中 APP 基因的三倍体出现会导致唐氏综合征相关阿尔兹海默症（Down syndrome-associated Alzheimer's disease，DSAD）的发生，且有其它多达数十种基因（如 ICA1L、LIME1、SIGLEC11、GRN 和 TMEM106B 等）则与散发（迟发）性 AD 风险增加有关[1,2]。
在这些众多基因突变中，APOE4 基因被视为与 AD 发病最相关的风险基因。携带两条 APOE4 等位基因（APOE4 纯合）的人在 85 岁左右罹患 AD 的概率高达 60%，远远高于只携带一条 APOE4 等位基因（APOE4 杂合）或不携带该基因的人。然而，尚未有研究通过 APOE4 来预测发病年龄，同样也尚未有研究将 APOE4 纯合和杂合分开去研究其与 AD 相关生物标志物的关系。
近日，来自西班牙巴塞罗那圣保罗医院 Víctor Montal 研究团队在 Nature Medicine 期刊上发表了题为 APOE4 homozygozity represents a distinct genetic form of Alzheimer's disease 的研究论文，研究团队提出应当把 APOE4 视为 AD 的致病基因，而不单单只是风险基因，APOE4 纯合完全满足由基因确定的 AD（genetically determined AD，通常为家族性遗传）的三大特征：近乎完全的疾病外显率（即几乎一定会罹患 AD），可预测症状发病年龄，和病理特征/生物标志物/临床表现变化的可预测性。改变对 APOE4 的定义不但有助于提前发现这类 AD 患者并提早进行干预，同时也会给临床药物开发提供全新的思考方向。
研究团队结合了由美国国家阿尔兹海默症协调中心（NACC）提供的＞3200 份 AD 患者病理样本，和由 5 个已发表大型多中心 AD 生物标志物研究队列提供的＞10000 名志愿者的数据，对 APOE4 相关的临床、病理特征和生物标志物变化等内容进行了研究。
从疾病外显性来看，几乎所有的 APOE4 纯合者都表现出了更高的 AD 神经病理学评分，而中高以上的评分在 APOE3 纯合者中仅有 50%。APOE4 者纯合从 55 岁开始，生物标志物的水平就一直明显高于 APOE3 者纯合。到 65 岁时几乎所有 APOE4 者纯合都显现出了脑脊液中 Aβ1-42 的异常，且有 75% 出现了淀粉样蛋白沉积的扫描症状。到 80 岁时，生物标志物的外显率高达 88%（图1）。
从疾病进程来看，APOE4 纯合者约在 65.6 岁时出现 AD 症状，71.8 岁时出现轻度认知障碍，73.6 岁时彻底痴呆，最终在 77.2岁时死亡。这些时间点相较于 APOE3 纯合者提前了 7-10 年。这说明了 APOE4 会提高 AD 的患病风险和加速 AD 的疾病进程（图2）。
从生物标志物变化来看，以 65.6 岁为 APOE4 纯合者的发病年龄，早在这之前 10-15 年，APOE4 纯合者脑脊液和血浆中的生物标志物，如 p-Tau 和 NfL 就已经相较于 APOE3 纯合者有了显著上升。此外通过 PET 对已确诊 AD 患者进行扫描分析发现，几乎所有携带了 APOE4 等位基因的患者有淀粉样蛋白沉积，而在 APOE3 纯合者中仅有 50% 是 PET 淀粉样蛋白阳性。在时间上，APOE4 纯合者的生物标志物变化也与 ADAD、DSAD 患者存在相似性（图3）
此外值得一提的是，携带一条 APOE4 等位基因和一条 APOE3 等位基因的杂合者，其各种表型现象均处于 APOE3 纯合者与 APOE4 纯合者之间，这说明了 APOE4 具有剂量依赖性，携带越多 APOE4 等位基因，症状则会更严重。
总的来说，通过以上的数据结果，研究团队认为 APOE4 纯合完全符合了有基因定义的 AD 三大特征，认为我们不能再仅仅将 APOE4 视为 AD 的风险基因，而是应当进行观念改变，像将 APP、PSEN1 和 PSEN2 三基因突变携带者定义为罹患 ADAD 一样，将 APOE4 纯合视为 AD 的致病基因，定义出一类全新的 AD 类型。
同期，美国格莱斯顿神经疾病研究所的黄亚东教授等人在 Nature Medicine 期刊上发表了 APOE4 homozygosity is a new genetic form of Alzheimer's disease 的评议文章[3]，对本文的研究内容做出了高度评价（图4）。评论指出APOE4纯合者约占全球人口比例的 2%，因此 APOE4 纯合可能是世界范围内最流行的孟德尔遗传病之一，将 APOE4 纯合定义为致病基因不仅能够提高人们对 AD 的认识，也能促使 AD 的诊断、管理和护理策略发生关键变化。
将 APOE4 纯合定义为 AD 的致病基因也能够促使研究者去了解 APOE4 纯合导致 AD 背后的具体机制，也为药物的开发开拓出新的道路方向，本篇研究更是为基于 CRISPR 的基因疗法奠定了坚实的理论基础。实际上，已有许多研究报道了 APOE4 缺陷对于 AD 病理特征具有缓解作用，如 Michael D. Greicius 研究团队[4]以人体数据证实了 APOE4 缺陷不但人正常，并且长寿，且不会导致高胆固醇血症，这说明 APOE4 缺陷对于人体而言是可耐受的。Anastasia Khvorova和Chantal M. Ferguson 领导的团队[5]则发现利用小干扰 RNA（siRNA）去沉默 APOE4 基因的表达，能显著改善 AD 小鼠模型的病理特征。对于背后的机制，近日美国斯坦福大学医学院 Tony Wyss-Coray 团队发表在 Nature 期刊上的 APOE4/4 is linked to damaging lipid droplets in Alzheimer's disease microglia 研究发现 APOE4 会加剧小胶质细胞中脂滴的积累，从而引起神经元毒性导致细胞死亡[6]。
此外，将 APOE4 纯合定义为 AD 的致病基因对于临床试验设计也能产生重大影响。到目前为止，APOE4 纯合从未作为一个单独分组出现在临床试验设计中，而本篇研究的出现提醒了人们必须认识到 APOE4 是试验设计、患者招募和数据分析的关键参数，APOE4 纯合子和杂合子必须明确分离。这种方法可以提高治疗效果，并能更有效地针对基因定义的患者群体定制治疗干预措施。
参考文献：
[1] Fortea J, Pegueroles J, Alcolea D, et al. APOE4 homozygozity represents a distinct genetic form of Alzheimer's disease. Nat Med. Published online May 6, 2024. doi:10.1038/s41591-024-02931-w
[2] Bellenguez C, Küçükali F, Jansen IE, et al. New insights into the genetic etiology of Alzheimer's disease and related dementias. Nat Genet. 2022；54(4):412-436. doi:10.1038/s41588-022-01024-z
[3] Xu Q, Liang Z, Huang Y. APOE4 homozygosity is a new genetic form of Alzheimer's disease. Nat Med. Published online May 6, 2024. doi:10.1038/s41591-024-02923-w
[4] Chemparathy A, Le Guen Y, Chen S, et al. APOE loss-of-function variants: Compatible with longevity and associated with resistance to Alzheimer's disease pathology. Neuron. 2024. doi:10.1016/j.neuron.2024.01.008
[5] Ferguson CM, Hildebrand S, Godinho BMDC, et al. Silencing Apoe with divalent-siRNAs improves amyloid burden and activates immune response pathways in Alzheimer's disease. Alzheimers Dement. Published online February 20, 2024. doi:10.1002/alz.13703
[6] Haney MS, Pálovics R, Munson CN, et al. APOE4/4 is linked to damaging lipid droplets in Alzheimer's disease microglia. Nature. 2024；628(8006):154-161. doi:10.1038/s41586-024-07185-7
首页
