载脂蛋白E (APOE)基因的e4等位基因是散发性或晚发性阿尔茨海默病(AD)最重要的遗传危险因素。e4等位基因杂合携带者AD发生风险是非携带者的3-4倍，而纯合个体发生AD的风险是非携带者的10倍，APOE e4携带者的AD发病年龄也较早。尽管发现于20多年前，但介导APOE e4相关AD风险的确切机制仍不清楚，基于APOE e4的AD治疗的愿景仍未实现。
2021年11月10日，美国国立卫生研究院国家老龄研究所的Madhav Thambisetty教授和同事在Science Advances上发表了题为“A brain proteomic signature of incipient Alzheimer’s disease in young APOE e4 carriers identifies novel drug targets”的文章，该研究通过对比老年AD和正常人，以及年轻的APOE突变携带者和非携带者的蛋白组学特征，评估了在年轻APOE e4个体中改变的AD相关蛋白，并针对性进行药物筛选。该研究为AD病理积累和临床症状出现之前检查APOE基因与AD风险相关性提供了新的认识，对早期AD的药物干预提供了可能的治疗靶点。
研究者比较了颞下回(ITG)和额中回(MFG)大脑区域中ROS和BLSA队列中AD和CN个体之间的蛋白质水平。通过测试两个队列中差异丰富的蛋白质之间的交集，发现120种蛋白质差异丰富。而后，在YAPS队列中对这120种蛋白质进行分析，作为所有三个队列的重叠（红色的25 种蛋白质），建立了早期AD蛋白质组学特征（图1）。研究者利用蛋白免疫印迹法验证了3xTg-AD转基因小鼠脑组织中上述发现的AD中25种差异丰富蛋白质中6种蛋白质的子集。在这六种蛋白质中，相对于野生型，AD小鼠大脑中的三种蛋白质水平显着改变（DUSP3/STAT3/TOP1）（图2A）。在38至40周龄的年轻转基因小鼠中，DUSP3和STAT3 蛋白水平高于WT，而在83至136周龄的年长小鼠中，DUSP3和TOP1蛋白水平低于WT。接下来，研究者使用蛋白印迹验证了人类AD组和CN组MFG脑组织样本中具有早期AD蛋白组学特征六种蛋白质。与CN相比，其中两种蛋白质在AD脑组织中的水平显着改变（图2B），与对照组相比，AD中的FYN水平降低，而AD中LGALS8水平较高。AD中的STAT 水平相对于CN也有升高。研究者首先筛选了两种靶蛋白（即DUSP3和LGALS8）利用免疫荧光技术对这两种蛋白进行共定位验证。DUSP3与PSD95（兴奋性突触后标记）和gephyrin（抑制性突触后标记）分别共定位，但不与突触素（突触前标记）共定位，表明DUSP3可能位于兴奋性和抑制性皮层神经元的突触后（图3左）。LGALS8显示出与LAMP1（溶酶体标志物）而不与MTCO1（线粒体标志物）和Rab5（早期内吞体标志物）免疫共定位，表明LGALS8可能主要位于神经元溶酶体中（图3右）。为了测试针对早期AD特征中蛋白质的药物能否合理对AD进行治疗，研究者通过细胞培养进行表型分析来评估药物干预AD相关分子靶点的能力。研究者将STAT3、YES1和FYN作为潜在的AD药物靶点，用将获批准或实验中的药物分别进行干预治疗。结果显示：STAT3 抑制剂C188-9改善了三种AD表型：脂多糖(LPS) 诱导的神经炎症、tau的磷酸化和淀粉样斑块（Aβ）分泌；YES1/FYN 抑制剂达沙替尼改善了一种AD表型-tau的磷酸化。综上，在这项研究中，研究者通过在年轻的APOE e4携带者中对比早期AD的蛋白质组学特征，以表征大脑中可能在AD发病前数年的蛋白改变，验证了其中两种蛋白质在兴奋性和抑制性神经元中的亚细胞定位，并证实了在AD神经元中编码这些蛋白质的几种基因转录物的差异表达。而针对早期AD特征蛋白的药物表型筛选表明，这些异常蛋白可能代表新的治疗靶点。这些发现为以后的研究提供了新的见解，更加充分的认识到APOE基因相关AD的分子生物学基础，并对开发针对早期AD的分子识别和靶点药治疗有指导意义。
参考文献
Roberts JA, Varma VR, et al. A brain proteomic signature of incipient Alzheimer's disease in young APOE ε4 carriers identifies novel drug targets. Sci Adv. 2021 Nov 12;7(46):eabi8178. doi: 10.1126/sciadv.abi8178. Epub 2021 Nov 10. PMID: 34757788; PMCID: PMC8580310.
编译作者: 随艺 (Brainnews创作团队)
校审: 悟空 (Brainnews编辑部)点击上方名片关注我们
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