既往研究发现APOE变异体与LDLR的亲和力不同，APOE2与LDLR的亲和力最低【1-3】。虽然APOE2纯合子可能与3型高脂蛋白血症有关，但是其对AD的潜在作用可能未受到足够重视。近期研究揭示APOE3-Christchurch（R136S）同样对AD具有保护作用，可能通过降低与HSPGs和LDLR的结合有关【4,5】。这种APOE2和APOE3-Christchurch介导AD保护作用的背后机制尚不完全明确。2024年11月11日，美国加利福尼亚Denali therapeutics公司Gilbert Di Paolo研究团队在Cell杂志在线发表题为Decreased lipidated ApoE-receptor interactions confer protection against pathogenicity of ApoE and its lipid cargoes in lysosomes的研究论文。该研究揭示抑制酯化APOE与LDLR的结合通过减少脂褐素沉积和促进溶酶体功能降低阿尔兹海默症风险或疾病进展，不仅强调APOE3-Christchurch和APOE2变体的保护机制，也为开发新的治疗策略提供思考。酯化APOE（lipAPOE）暴露受体结合位点从而与LDLR结合。与既往研究一致，作者证实APOE变体与LDLR的亲和力相关，lipAPOE2的LDLR结合能力显著低于lipAPOE3和lipAPOE4。SPR和HTRF实验定量揭示这种结合差异，HTRF结果为lipAPOE3和lipAPOE4的EC50为13nM，而lipAPOE2的可检出结合为100nM；SPR结果为lipAPOE3-KD为16nM，lipAPOE4-KD为9nM，而lipAPOE2-KD为800nM。同样，将lipAPOE与pHrodo（pH敏感染料）结合监测细胞内吞，结果显示lipAPOE2在5-6h和1d的内吞确实显著低于lipAPOE3/4，表明降低的细胞摄取。考虑到LDLR、LRP1和HSPGs均与APOE摄取有关，作者使用敲除模型、竞争性蛋白抑制剂和肝素处理模型发现只有LDLR影响细胞长期APOE摄取。总之，这些结果表明LDLR介导的APOE摄取与不同的APOE变体有关。 随后，作者检测LDLR介导的lipAPOE摄取对细胞LDLR蛋白影响。结果显示lipAPOE2处理轻微增加膜和总LDLR水平。相反，lipAPOE3/4显著降低膜和总LDLR水平，然而，细胞内簇状LDLR密度则增加。APOE染色发现这些簇状LDLR与APOE共定位，且分布在LAMP+区室内。DIL-LDL吞噬实验表明lipAPOE3/4处理抑制细胞对LDL的吞噬。这些结果表明LDLR介导的APOE3/4摄取影响LDLR的再循环，导致LDLR限制在内体溶酶体进而抑制LDL的摄取。由于中枢神经系统的脂蛋白类似高密度脂蛋白（HDL），作者直接使用pHrodo标记APOE-HDL监测不同变体对实际脂蛋白的摄取。结果显示对HDL的吸收能力APOE4~APOE3> APOE2，而LDLR的胞外域蛋白可以抑制吸收，表明HDL的摄取依赖LDLR。同样，这种LDLR-介导的APOE变体导致的摄取差异也见于胆固醇酯（cholesteryl ester，CE）。APOE4~APOE3诱导的脂质摄取增加伴随胆固醇外排基因（ABCA1和ABCG1）的上调和合成基因（HMGCR、SREBF2和DHCR7）的下调，表明对胆固醇堆积的反应。脂质组学热图分析清晰地将APOE不同变体处理区分开来。相比于对照组，APOE3尤其是APOE4处理的细胞具有更多的CE和甘油三酯，而APOE2处理甚至降低CE，表明APOE变体对神经细胞脂代谢的调节差异。考虑到胆固醇堆积诱导小胶质细胞的炎性改变，作者通过RNA-seq分析证实相比于APOE2，APOE3和APOE4促进炎性细胞因子的表达，如IL-9、IL-13、IL-18和IFN-α2。尽管APOE3和APOE4具有相似的CE摄取，但APOE4处理诱导的上述炎症因子分泌也高于APOE3，表明APOE4可能存在其他机制。总之，这些结果表明APOE3/4摄取促进脂质堆积并诱导炎性改变。随后，作者检测APOE变体是否影响神经元脂褐素（一种衰老相关的溶酶体病变）的形成。在iPSC来源的神经元中，CE(20:4)-lipApoE处理诱导脂褐素的沉积，在程度上APOE4> APOE3> APOE2。APOE4的K146E突变（APOE与LDLR和HSPG结合缺陷）和LDLR胞外域蛋白均能抑制脂褐素的沉积，表明脂褐素的沉积需要LDLR介导的脂质内吞。后续实验进一步揭示胆固醇酯酰基侧链的多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）、脂质过氧化和胆固醇酯的结构完整性对于脂褐素沉积的重要性。作者猜测，CE(20:4)-lipApoE4和CE(20:4)-lipApoE3的聚集差异可能是其在内吞相同条件下诱导脂褐素沉积不同的原因（Immunity | APOE聚集体如何启动阿尔茨海默症的病理反应）。37℃超速离心聚集实验发现CE(20:4)-lipApoE4和CE(20:4)-lipApoE2在酸性条件下聚集程度最高，而CE(20:4)-lipApoE3的聚集最低。这些结果表明APOE4的高摄取和高聚集促进脂褐素堆积，而APOE3虽然高聚集但低摄取减少了脂褐素堆积。紧接着，作者检测APOE变体依赖的脂褐素沉积是否在体内发生。作者构建ApoE-/-（EKO）、APOE3 knock-in（E3）、APOE4 knock-in（E4）、 ApoE-/- MAPT-P301S（TEKO）、E3 MAPT-P301S（TE3）和E4 MAPT-P301S（TE4）小鼠，发现TE4小鼠脑中有最多的脂褐素沉积，表明APOE4和MAPT-P301S均促进脂褐素堆积。值得注意的是，LXR激动剂（降低PUFA-CE）显著抑制上述小鼠脂褐素的沉积，表明PUFA-CE-lipApoE4在体内充分诱导脂褐素形成。为了进一步探索是否lipApoE4介导的脂褐素沉积影响tau纤维堆积，作者先在iPSC来源神经元使用PUFA-CE-lipApoE4诱导14天产生脂褐素，随后加入pHrodo-tau纤维孵育14天，发现tau纤维堆积的程度APOE4> APOE3> APOE2> K146E-APOE4，表明脂褐素促进tau纤维的堆积。不仅如此，体外实验表明脂褐素的堆积损伤溶酶体功能。综上所述，这项研究揭示APOE3-Christchurch和APOE2变体对阿尔兹海默症的保护机制是通过抑制与其受体LDLR的结合进而减少内吞引起的脂褐素堆积和溶酶体功能受损，为理解APOE不同变体的致病差异和开发新的治疗策略提供证据。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.027制版人：十一
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