Nature子刊揭示治療阿爾茨海默癥新靶點
大約25%的人攜帶APOE基因的APOE4變體,這使得他們患老年癡呆癥的風險大大增加。幾乎所有阿爾茨海默病患者,甚至一些沒有阿爾茨海默病的老年人,都患有腦淀粉樣血管?。╟erebral amyloid angiopathy, CAA)。這種情況下,淀粉樣蛋白沉積在血管壁上,削弱了血腦屏障正確運輸營養(yǎng)物質、清除廢物和防止病原體和有害物質侵入的能力。
近期,麻省理工學院Picower學習與記憶研究所的神經科學家通過建立人血腦屏障(blood-brain barrier, BBB)的實驗室模型,發(fā)現(xiàn)了常見的阿爾茨海默病風險基因是如何導致淀粉樣蛋白斑塊來破壞大腦血管系統(tǒng)的,并表明可以通過已經批準上市的藥物來預防這種損害。
6月8日,發(fā)表在Nature Medicine雜志上的這項新研究指出,APOE4變體通過特定血管細胞(周細胞)和分子通路(鈣調神經磷酸酶-NFAT)促進腦淀粉樣血管病病變 [1]。
圖片來源:Nature Medicine [1]
研究表明,在攜帶APOE4變體的人群中,血管周細胞產生的APOE蛋白過多。APOE導致在阿爾茨海默病中較豐富的淀粉樣蛋白聚集在一起。同時,病變周細胞對鈣調神經磷酸酶-NFAT分子通路的激活增加,似乎促進了APOE的表達。
文章一作者Joel Blanchard說:“我們發(fā)現(xiàn),在易患阿爾茨海默癥的人群中,有一種特殊的基因通路,即鈣調神經磷酸酶-NFAT分子通路表達異常。據(jù)此,我們可以發(fā)現(xiàn)能將這種通路變回非疾病狀態(tài)的藥物,并糾正與阿爾茨海默癥相關癥狀?!?/span>
據(jù)悉,已有藥物可抑制這種通路,目前它們被用來在移植后抑制免疫系統(tǒng)。當研究人員用這類藥物處理實驗室培養(yǎng)的帶有APOE4變體的血腦屏障模型時,它們積累的淀粉樣蛋白明顯比未經治療的要少。
構建血腦屏障
為了研究阿爾茨海默癥、APOE4變體與腦淀粉樣血管病之間的關系,Blanchard等將人類誘導多能干細胞(iPSC)誘導為構成血腦屏障的3種類型細胞:腦內皮細胞、星形膠質細胞和周細胞。周細胞是由壁細胞模擬的,研究人員進行了廣泛的測試,以確保它們表現(xiàn)出周細胞樣特性和基因表達。
iPSC來源的血腦屏障構建簡圖。BECs=腦內皮細胞;iMCs=iPSC來源的壁細胞(具有周細胞樣特性);Astrocytes=星形膠質細胞. (圖片來源:Nature Medicine [1])
在三維水凝膠支架內生長兩周后,血腦屏障模型細胞組裝成具有天然血腦屏障特性的血管,包括對分子的低滲透性和與天然血腦屏障相同的關鍵基因、蛋白質和分子泵的表達。當其被浸泡在富含淀粉樣蛋白的培養(yǎng)基中模擬阿爾茨海默病大腦的情況時,血腦屏障模型顯示出與人類疾病中相同的淀粉樣物質的積累。
構建血腦屏障模型后,研究人員試圖檢測APOE4制造的差異。通過幾項實驗可以發(fā)現(xiàn),與攜帶APOE3(更典型和健康的變體)的血腦屏障模型相比,攜帶APOE4的血腦屏障模型在培養(yǎng)基中積累的淀粉樣蛋白(標記為綠色,見下圖)明顯更多。
圖片來源:Nature Medicine [1]
為了確定APOE4是如何產生這種差異的,他們設計了8種不同的版本,涵蓋了3種細胞類型的所有可能組合,它們要么攜帶APOE3要么攜帶APOE4。當這些模型暴露在富含淀粉樣蛋白的培養(yǎng)基中時,只有APOE4周細胞樣壁細胞的版本顯示淀粉樣蛋白的過度積累。用攜帶APOE3的壁細胞替換攜帶APOE4的壁細胞可以減少淀粉樣蛋白的沉積。這些結果明確將腦淀粉樣血管病樣病變歸因于周細胞。
為進一步驗證這些發(fā)現(xiàn)的臨床相關性,研究小組還觀察了人類前額葉皮層和海馬區(qū)兩個阿爾茨海默癥嚴重影響區(qū)域的腦血管樣本中的APOE表達。與實驗室血腦屏障模型一致,攜帶APOE4的人比攜帶APOE3的人在血管系統(tǒng),特別是周細胞中,顯示出更高的APOE基因表達。
“這是本文的一個重點,它強調了APOE的細胞類型特異性功能?!鳖I導該研究的Li-Huei Tsai說道。
指向新療法
下一步是確定APOE4如何被周細胞過度表達。因此,研究人員鑒定了數(shù)百種在APOE3和APOE4周細胞樣壁細胞之間差異表達的轉錄因子。然后他們研究了這個列表,看看哪些因子特別影響APOE的表達。一組在APOE4細胞中上調的因子脫穎而出:它們是鈣調神經磷酸酶-NFAT通路的一部分。研究人員在人類海馬區(qū)樣本的周細胞中觀察到類似的通路上調。
作為研究該通路信號活性升高是否導致淀粉樣沉積增加和腦淀粉樣血管病的一部分,研究人員測試了環(huán)孢菌素A、FK506,因為它們能抑制該通路的活性。他們發(fā)現(xiàn)這些藥物降低了周細胞樣壁細胞中APOE的表達,由此降低了血腦屏障模型中APOE4介導的淀粉樣沉積。
為了檢驗這些發(fā)現(xiàn)是否可以在體內用于減少疾病病理,他們還對攜帶APOE4的小鼠進行了藥物測試,結果顯示這些藥物在小鼠體內降低了APOE的表達和淀粉樣物質的積累。
Blanchard和Tsai指出,這些藥物可能有顯著的副作用,因此他們的發(fā)現(xiàn)并不意味著使用這些藥物來解決患者的CAA問題。“相反,它指向理解這一機制的價值。這使人們能夠設計并進行小分子篩選,以找到具有更少脫靶效應的更為有效的藥物?!盉lanchard說道。
有趣的是,據(jù)觀察,長期服用環(huán)孢菌素A或FK506的患者與普通人群相比癡呆的發(fā)生率顯著降低。這項研究結果為這些觀察提供了新的視角,并強調APOE和鈣調神經磷酸酶-NFAT信號可作為APOE4介導的腦淀粉樣血管病和阿爾茨海默病的潛在靶點。
相關論文:
[1] Joel W.Blanchard, et al. Reconstruction of the human blood–brain barrier in vitro reveals apathogenic mechanism of APOE4 in pericytes, Nature Medicine (2020).
參考資料:
1# Study finds path for addressing Alzheimer's blood-brain barrier impairment(來源:Medical press)
聲明:本文版權歸原作者所有,轉載文章僅為傳播更多信息,如作者信息標記有誤,或侵犯您的版權,請聯(lián)系我們,我們將在及時修改或刪除內容,聯(lián)系郵箱:marketing@360worldcare.com