深圳子科生物報道：眾所周知，若不幸攜帶了載脂蛋白E4（APOE4）變異，則患上晚發(fā)性阿爾茨海默病的風險要比一般人高不少。不過，APOE4如何導致患者大腦中的淀粉樣蛋白增加，目前還不清楚。最近發(fā)表在《Neuron》上的一項研究表明，APOE4導致腦細胞內(nèi)發(fā)生許多變化，包括基因表達的差異。

麻省理工學院（MIT）領(lǐng)導的一個研究團隊利用iPSC、CRISPR基因編輯和轉(zhuǎn)錄組分析來研究APOE4對各種腦細胞的影響。他們發(fā)現(xiàn)，當細胞表達APOE4而不是APOE3時，數(shù)百個基因在各種腦細胞中表達出現(xiàn)差異，導致與疾病表型相關(guān)的細胞行為發(fā)生改變，包括膽固醇代謝失調(diào)。

在這項研究中，麻省理工學院Picower學習與記憶研究所的Li-Huei Tsai及其同事從未患病的個體中獲得APOE3 iPSC細胞，并利用CRISPR基因編輯將其改造成APOE4 iPSC細胞。利用這兩種細胞，研究人員生成了神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)樣細胞，它們有著相同的遺傳背景。

當研究人員對細胞開展RNA測序時，他們注意到不同細胞的轉(zhuǎn)錄組特征隨著相應細胞類型而聚集，驗證了衍生細胞的身份。不過，他們也發(fā)現(xiàn)了857個基因的表達模式與APOE相關(guān)，其中許多與脂質(zhì)代謝或免疫反應相關(guān)。

在神經(jīng)元中，表達APOE4的細胞有250個基因下調(diào)，190個基因上調(diào)。他們特別指出細胞增殖相關(guān)的轉(zhuǎn)錄本被APOE4下調(diào)，而分化相關(guān)的基因被上調(diào)。此外，在表達APOE4的小膠質(zhì)細胞中，1,131個基因下調(diào)，而329個基因上調(diào)。

各種細胞的行為也隨著APOE的狀態(tài)變化而發(fā)生改變。與表達APOE3的神經(jīng)元相比，表達APOE4的神經(jīng)元的突觸密度和早期內(nèi)涵體增加，并且分泌更高水平的淀粉樣蛋白。

同時，與APOE3對應物相比，表達APOE4的星形膠質(zhì)細胞的APOE蛋白水平降低，但膽固醇水平要高得多，表明膽固醇代謝已失調(diào)。它們吸收和清除Aβ的速度更慢。APOE4小膠質(zhì)樣細胞同樣表現(xiàn)出較低的Aβ吸收以及形態(tài)學變化。

在此之后，研究人員還開發(fā)出了表達APOE4的腦部類器官。通過這個模型，他們發(fā)現(xiàn)單憑APOE4變異已足以引起淀粉樣蛋白聚集物，這是阿爾茨海默病的標志。

最后，研究人員利用阿爾茨海默病患者的iPSC細胞開展實驗，通過CRISPR基因編輯將APOE4變異改造成APOE3。當他們對這些編輯過的iPSC衍生的腦細胞進行鑒定時，他們注意到大部分與疾病相關(guān)的表型都被逆轉(zhuǎn)了。

研究人員認為，這表明人們可以針對某些信號通路來治療阿爾茨海默病，而基因編輯本身也有望作為治療手段。“如果你能將基因從APOE4轉(zhuǎn)換成APOE3，阿爾茨海默病的許多相關(guān)特征可能都會減少，”Tsai談道。