患病風(fēng)險(xiǎn)高達(dá)60%！阿爾茨海默癥研究倒退16年后，重新確定致病基因

距離首次發(fā)現(xiàn)阿爾茲海默癥（Alzheimer’s disease，AD）已過去百年時(shí)光，人們?nèi)晕窗l(fā)現(xiàn)能夠徹底治療 AD 的有效藥物，究其原因，AD 的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜難以被解析。AD 發(fā)病機(jī)制假說中最為經(jīng)典之一是 Aβ 淀粉樣蛋白致病假說，然而過去多年來人們基于該假說設(shè)計(jì)針對(duì) Aβ 的藥物卻都收效甚微，近年來最為有名的藥物應(yīng)該是 Biogen 公司推出 aducanumab（阿杜那單抗），然而注射該藥物的患者有 40% 都出現(xiàn)腦腫脹等可怕副作用。

2022 年 7 月全球最權(quán)威的學(xué)術(shù)期刊Science發(fā)表了一篇?dú)v時(shí) 6 個(gè)月的調(diào)查報(bào)告，報(bào)告稱美國(guó)神經(jīng)科學(xué)家 Sylvain Lesné 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文存在造假行為，其中就包括其于 2006 年發(fā)表在Nature期刊上奠定了 Aβ 淀粉樣蛋白致病假說的論文。這一報(bào)道揭開了誤導(dǎo)學(xué)界十?dāng)?shù)年的真相，但也使得研發(fā)治療 AD 藥物的前景變得更為撲朔迷離。越來越多的科學(xué)家和藥企將目光投向了 Aβ 以外的地方，如基因調(diào)控、能量代謝、脂質(zhì)體或膠質(zhì)細(xì)胞等。通過基因組學(xué)研究，人們發(fā)現(xiàn) APP、PSEN1 和 PSEN2 這 3 個(gè)基因突變會(huì)導(dǎo)致早發(fā)性常染色體顯性遺傳性阿爾茨海默?。╡arly-onset autosomal dominant Alzheimer's disease，ADAD），唐氏綜合征患者中 APP 基因的三倍體出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致唐氏綜合征相關(guān)阿爾茲海默癥（Down syndrome-associated Alzheimer's disease，DSAD）的發(fā)生，且有其它多達(dá)數(shù)十種基因（如 ICA1L、LIME1、SIGLEC11、GRN 和 TMEM106B 等）則與散發(fā)（遲發(fā)）性 AD 風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[1,2]。

在這些眾多基因突變中，APOE4 基因被視為與 AD 發(fā)病最相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)基因。攜帶兩條 APOE4 等位基因（APOE4 純合）的人在 85 歲左右罹患 AD 的概率高達(dá) 60%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于只攜帶一條 APOE4 等位基因（APOE4 雜合）或不攜帶該基因的人。然而，尚未有研究通過 APOE4 來預(yù)測(cè)發(fā)病年齡，同樣也尚未有研究將 APOE4 純合和雜合分開去研究其與 AD 相關(guān)生物標(biāo)志物的關(guān)系。

近日，來自西班牙巴塞羅那圣保羅醫(yī)院 Víctor Montal 研究團(tuán)隊(duì)在Nature Medicine期刊上發(fā)表了題為APOE4 homozygozity represents a distinct genetic form of Alzheimer’s disease的研究論文，研究團(tuán)隊(duì)提出應(yīng)當(dāng)把 APOE4 視為 AD 的致病基因，而不單單只是風(fēng)險(xiǎn)基因，APOE4 純合完全滿足由基因確定的 AD（genetically determined AD，通常為家族性遺傳）的三大特征：近乎完全的疾病外顯率（即幾乎一定會(huì)罹患 AD），可預(yù)測(cè)癥狀發(fā)病年齡，和病理特征/生物標(biāo)志物/臨床表現(xiàn)變化的可預(yù)測(cè)性。改變對(duì) APOE4 的定義不但有助于提前發(fā)現(xiàn)這類 AD 患者并提早進(jìn)行干預(yù)，同時(shí)也會(huì)給臨床藥物開發(fā)提供全新的思考方向。

研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合了由美國(guó)國(guó)家阿爾茲海默癥協(xié)調(diào)中心（NACC）提供的＞3200 份 AD 患者病理樣本，和由 5 個(gè)已發(fā)表大型多中心 AD 生物標(biāo)志物研究隊(duì)列提供的＞10000 名志愿者的數(shù)據(jù)，對(duì) APOE4 相關(guān)的臨床、病理特征和生物標(biāo)志物變化等內(nèi)容進(jìn)行了研究。

從疾病外顯性來看，幾乎所有的 APOE4 純合者都表現(xiàn)出了更高的 AD 神經(jīng)病理學(xué)評(píng)分，而中高以上的評(píng)分在 APOE3 純合者中僅有 50%。APOE4 者純合從 55 歲開始，生物標(biāo)志物的水平就一直明顯高于 APOE3 者純合。到 65 歲時(shí)幾乎所有 APOE4 者純合都顯現(xiàn)出了腦脊液中 Aβ1-42 的異常，且有 75% 出現(xiàn)了淀粉樣蛋白沉積的掃描癥狀。到 80 歲時(shí)，生物標(biāo)志物的外顯率高達(dá) 88%（圖1）。

圖1 APOE4 純合者病理特征變化

從疾病進(jìn)程來看，APOE4 純合者約在 65.6 歲時(shí)出現(xiàn) AD 癥狀，71.8 歲時(shí)出現(xiàn)輕度認(rèn)知障礙，73.6 歲時(shí)徹底癡呆，最終在 77.2歲時(shí)死亡。這些時(shí)間點(diǎn)相較于 APOE3 純合者提前了 7-10 年。這說明了 APOE4 會(huì)提高 AD 的患病風(fēng)險(xiǎn)和加速 AD 的疾病進(jìn)程（圖2）。

圖2 APOE4 純合者病理進(jìn)程變化

從生物標(biāo)志物變化來看，以 65.6 歲為 APOE4 純合者的發(fā)病年齡，早在這之前 10-15 年，APOE4 純合者腦脊液和血漿中的生物標(biāo)志物，如 p-Tau 和 NfL 就已經(jīng)相較于 APOE3 純合者有了顯著上升。此外通過 PET 對(duì)已確診 AD 患者進(jìn)行掃描分析發(fā)現(xiàn)，幾乎所有攜帶了 APOE4 等位基因的患者有淀粉樣蛋白沉積，而在 APOE3 純合者中僅有 50% 是 PET 淀粉樣蛋白陽性。在時(shí)間上，APOE4 純合者的生物標(biāo)志物變化也與 ADAD、DSAD 患者存在相似性（圖3）。

圖3 APOE4 純合者生物標(biāo)志物隨年齡的變化

此外值得一提的是，攜帶一條 APOE4 等位基因和一條 APOE3 等位基因的雜合者，其各種表型現(xiàn)象均處于 APOE3 純合者與 APOE4 純合者之間，這說明了 APOE4 具有劑量依賴性，攜帶越多 APOE4 等位基因，癥狀則會(huì)更嚴(yán)重。

總的來說，通過以上的數(shù)據(jù)結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為 APOE4 純合完全符合了有基因定義的 AD 三大特征，認(rèn)為我們不能再僅僅將 APOE4 視為 AD 的風(fēng)險(xiǎn)基因，而是應(yīng)當(dāng)進(jìn)行觀念改變，像將 APP、PSEN1 和 PSEN2 三基因突變攜帶者定義為罹患 ADAD 一樣，將 APOE4 純合視為 AD 的致病基因，定義出一類全新的 AD 類型。

同期，美國(guó)格萊斯頓神經(jīng)疾病研究所的黃亞東教授等人在Nature Medicine期刊上發(fā)表了APOE4 homozygosity is a new genetic form of Alzheimer’s disease的評(píng)議文章[3]，對(duì)本文的研究?jī)?nèi)容做出了高度評(píng)價(jià)（圖4）。評(píng)論指出APOE4純合者約占全球人口比例的 2%，因此 APOE4 純合可能是世界范圍內(nèi)最流行的孟德爾遺傳病之一，將 APOE4 純合定義為致病基因不僅能夠提高人們對(duì) AD 的認(rèn)識(shí)，也能促使 AD 的診斷、管理和護(hù)理策略發(fā)生關(guān)鍵變化。

圖4 APOE4 純合符合由基因定義的 AD 三大特征

將 APOE4 純合定義為 AD 的致病基因也能夠促使研究者去了解 APOE4 純合導(dǎo)致 AD 背后的具體機(jī)制，也為藥物的開發(fā)開拓出新的道路方向，本篇研究更是為基于 CRISPR 的基因療法奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。實(shí)際上，已有許多研究報(bào)道了 APOE4 缺陷對(duì)于 AD 病理特征具有緩解作用，如 Michael D. Greicius 研究團(tuán)隊(duì)[4]以人體數(shù)據(jù)證實(shí)了 APOE4 缺陷不但人正常，并且長(zhǎng)壽，且不會(huì)導(dǎo)致高膽固醇血癥，這說明 APOE4 缺陷對(duì)于人體而言是可耐受的。Anastasia Khvorova和Chantal M. Ferguson 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)[5]則發(fā)現(xiàn)利用小干擾 RNA（siRNA）去沉默 APOE4 基因的表達(dá)，能顯著改善 AD 小鼠模型的病理特征。對(duì)于背后的機(jī)制，近日美國(guó)斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院 Tony Wyss-Coray 團(tuán)隊(duì)發(fā)表在Nature期刊上的APOE4/4 is linked to damaging lipid droplets in Alzheimer’s disease microglia研究發(fā)現(xiàn) APOE4 會(huì)加劇小膠質(zhì)細(xì)胞中脂滴的積累，從而引起神經(jīng)元毒性導(dǎo)致細(xì)胞死亡[6]。

此外，將 APOE4 純合定義為 AD 的致病基因?qū)τ谂R床試驗(yàn)設(shè)計(jì)也能產(chǎn)生重大影響。到目前為止，APOE4 純合從未作為一個(gè)單獨(dú)分組出現(xiàn)在臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，而本篇研究的出現(xiàn)提醒了人們必須認(rèn)識(shí)到 APOE4 是試驗(yàn)設(shè)計(jì)、患者招募和數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵參數(shù)，APOE4 純合子和雜合子必須明確分離。這種方法可以提高治療效果，并能更有效地針對(duì)基因定義的患者群體定制治療干預(yù)措施。

參考文獻(xiàn)：

[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, Kü?ükali 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 diseasemicroglia.Nature. 2024;628(8006):154-161. doi:10.1038/s41586-024-07185-7