APOE基因E4變異是最主要的老年癡呆癥風(fēng)險(xiǎn)變異，攜帶一條E4變異的人群，罹患老年癡呆癥的風(fēng)險(xiǎn)增加3-4倍，而攜帶二條E4變異，得病風(fēng)險(xiǎn)增加12-15倍。E4變異很常見，大約20-30%的人群攜帶E4變異。攜帶E4變異的患者癥狀出現(xiàn)得更年輕，病程發(fā)展更快，腦中的淀粉樣蛋白斑塊也更多更大更結(jié)實(shí)。本文通過解析已知的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，探討E4變異對(duì)apoE蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的影響，以及這些變化如何導(dǎo)致淀粉樣蛋白斑塊的沉積，最終誘發(fā)老年癡呆癥的癥狀。同時(shí)，也試圖解釋為什么以清除淀粉樣蛋白為治療機(jī)制的藥物開發(fā)，臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果都以失敗告終。

       第一部分：APOE基因E4突變是迄今發(fā)現(xiàn)的最大老年癡呆癥風(fēng)險(xiǎn)

       1. 老年癡呆癥與APOE基因變異

       阿爾茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD），俗稱老年癡呆癥可能是最后一個(gè)完全無藥可治的大病種，也是全球各藥企最大的念想。過去30年針對(duì)老年癡呆癥的新藥開發(fā)都以失敗告終，大把白花花的銀子打了水漂，更讓人失望的是黑夜漫漫兮不知路在何方。很多人開始紛紛拋棄淀粉樣蛋白假說（amyloid beta hypothesis), 取而代之的是更時(shí)髦但機(jī)理尚且模糊的新概念。然而，在進(jìn)軍任何新靶點(diǎn)之前，很有必要仔細(xì)審核一下老年癡呆癥的最大遺傳風(fēng)險(xiǎn)因子，APOE 基因和它的E4變異是通過什么樣的分子機(jī)制促使淀粉樣蛋白堆積并最終誘發(fā)老年癡呆癥的。

       記憶和認(rèn)知能力的逐漸丟失是老年癡呆癥的癥狀，這些癥狀是源于大腦神經(jīng)細(xì)胞的進(jìn)行性死亡。老年癡呆癥患者的大腦中有大量淀粉樣蛋白沉積，并且隨著腦細(xì)胞死亡，大腦嚴(yán)重萎縮。淀粉樣蛋白假說曾經(jīng)是主流公認(rèn)的老年癡呆癥致病機(jī)制。這一假說認(rèn)為，淀粉樣蛋白在神經(jīng)細(xì)胞外沉積，是造成神經(jīng)細(xì)胞死亡的前奏和誘因，因此，抑制淀粉樣蛋白產(chǎn)生或清除淀粉樣蛋白沉積，可能可以治療或減緩老年癡呆癥。然而, 迄今為止據(jù)于這一假設(shè)的藥物設(shè)計(jì)在臨床實(shí)驗(yàn)中都以失敗告終。

       老年癡呆癥分為家族性早發(fā)型（familial early-onset Alzheimer’s disease) 和散發(fā)性晚發(fā)型（sporadic late-onset Alzheimer’s disease)。前者人數(shù)很少，約占老年癡呆癥病人總數(shù)的5%，一般在65歲以前發(fā)病。這些早發(fā)型老年癡呆癥是單基因疾病，主要涉及三個(gè)基因，APP, PSEN1和PSEN2。APP基因編碼直接生產(chǎn)淀粉樣蛋白的前體蛋白，而PSEN1和PSEN2基因編碼參與切割淀粉樣蛋白前體的酶。這三個(gè)基因上的某些突變會(huì)導(dǎo)致淀粉樣蛋白過量產(chǎn)生。以上三個(gè)基因的致病機(jī)理為淀粉樣蛋白假說提供了堅(jiān)實(shí)依據(jù)。然而，大部分（95%以上）老年癡呆癥是散發(fā)性晚發(fā)型，屬于多基因復(fù)雜疾?。╬olygenic complex disease)。也就是說單個(gè)基因突變不能決定是否會(huì)得病，而是多個(gè)遺傳因素互相加和或消減，同時(shí)又受性別年齡，飲食結(jié)構(gòu)和生活習(xí)慣等多重環(huán)境因素影響。發(fā)病越早的老年癡呆癥，基因的因素越大，而發(fā)病越晚的病人，則基因的因素越小，而更多受環(huán)境因素影響。雖然我們都認(rèn)為老年癡呆癥是一種無藥可治的可怕疾病，但事實(shí)上，只那些沒有早早死于癌癥，心臟病，腦中風(fēng)和其他致命疾病的幸運(yùn)者，才有機(jī)會(huì)經(jīng)歷這種病。你越長壽，患上老年癡呆癥的可能性就越大了。

       APOE基因的E4變異是迄今為止發(fā)現(xiàn)的老年癡呆癥最大風(fēng)險(xiǎn)因子。在75歲以前診斷為老年癡呆癥的病人中，高達(dá)67%的患者攜帶E4變異。而在80歲以后才被診斷的患者中，E4的攜帶率只有13%, 這個(gè)比例和80歲以后腦子仍然健康人群一致。對(duì)白種人而言，攜帶一條E4變異，得老年癡呆的風(fēng)險(xiǎn)增加3-4倍，而攜帶二條E4變異，得病風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加到13-15倍。不同的種族對(duì)E4變異的敏感性也不一樣，生活在非洲的黑人敏感性最低，攜帶一條E4變異并不增加老年癡呆癥風(fēng)險(xiǎn)，而攜帶二條E4只稍微增加風(fēng)險(xiǎn)。而日本人敏感性最高，攜帶一條E4變異增加5-7倍風(fēng)險(xiǎn)，二條E4變異增加風(fēng)險(xiǎn)到33倍。然而，攜帶E4變異既不是罹患老年癡呆癥的充分條件，也不是必要條；有大約一半攜帶E4變異的人群活到80歲還未被診斷患老年癡呆癥，而相反在80歲以前就被診斷的患者中，約40%并不攜帶E4變異。而在80歲以后才被診斷的患者中，87%不攜帶E4變異。攜帶E4變異的老年癡呆癥患者不僅發(fā)病時(shí)間較早，癥情惡化得也更快，而且病理觀察還發(fā)現(xiàn)，有E4變異的病人比沒有E4變異的病人腦中的淀粉樣蛋白斑塊更多更大。

       APOE基因E4變異在不同年齡段被診斷的老年癡呆癥患者中的分布。

       有100多個(gè)基因被報(bào)道與散發(fā)性晚發(fā)型老年癡呆癥相關(guān)連，其中至少二十幾個(gè)基因有很肯定的分子生物學(xué)機(jī)制。有的變異會(huì)減弱APOE基因E4的致病風(fēng)險(xiǎn)，例如CASP7基因的失活變異和ABCA1基因的增活變異；而有的則會(huì)加重E4的致病風(fēng)險(xiǎn)。

       2. APOE基因與膽固醇代謝

       APOE基因編碼一個(gè)稱為apoE的脂蛋白元（apolipoprotein), 主要在肝 臟和大腦中表達(dá)。通常脂蛋白元與油脂類分子相互嵌合形成脂蛋白微粒，協(xié)助油脂類分子在水相運(yùn)輸，并通過與細(xì)胞表面的受體相結(jié)合將油脂分子轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入目標(biāo)組織。血液中主要有五種脂蛋白微粒，包括乳糜微粒(chylomicron), 非常低密度脂蛋白(VLDL), 中密度脂蛋白(IDL), 低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)。通過脂蛋白微粒運(yùn)輸?shù)挠椭惙肿影ǜ视腿懝檀?，磷脂和各種脂溶性維生素等。apoE主要存在于三種脂蛋白微粒上，包括乳糜微粒，VLDL和HDL，其主要功能是參與膽固醇的吸收，合成和分配。

       apoE與飲食中的膽固醇吸收和利用非常相關(guān)。 在大腦之外，apoE主要由肝細(xì)胞合成并分泌到血液中，高膽固醇飲食會(huì)誘導(dǎo)apoE合成。食物中的油脂分子經(jīng)由腸道吸收并合成乳糜微粒。乳糜微粒是一種巨大的脂蛋白微粒，主要含有來自食物的甘油三脂，也有少量的膽固醇，磷脂和油溶性維生素（包括維生素A，D， K及紅蘿卜素等）。乳糜微粒經(jīng)腸道分泌，通過淋巴管進(jìn)入血液，在餐后濃度達(dá)到最高。乳糜微粒隨著血液在身體中循環(huán)，經(jīng)過肌肉，肝 臟和脂肪等組織時(shí)，相嵌在這些組織細(xì)胞表面的脂蛋白脂酶（lipoprotein lipase, LPL)就會(huì)將乳糜微粒上的甘油三脂“收割“下來，并吸收進(jìn)入組織細(xì)胞。隨著甘油三脂被“收割“，微粒越變?cè)叫?，最后主要剩下膽固醇分子，稱乳糜微粒殘?bào)w。這時(shí)apoE與富含膽固醇的殘?bào)w相嵌合，負(fù)責(zé)將殘?bào)w及其所攜帶的膽因醇轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入肝 臟和其他需要膽固醇的目標(biāo)組織?？梢?，APOE是一個(gè)與飲食非常相關(guān)的基因。

       身體中的膽固醇有兩個(gè)來源，一個(gè)來源于食物，一個(gè)來源于肝 臟的自主合成(de novo biosynthesis)。富含膽固醇的食物包括禽蛋類，奶制品，魚蝦海鮮和動(dòng)物內(nèi)臟。當(dāng)從食物中攝取的膽固醇不足時(shí)，就沒有足夠的膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入肝細(xì)胞，肝 臟就會(huì)啟動(dòng)自主合成來補(bǔ)充身體所需。肝 臟合成的膽固醇包裝在VLDL脂蛋白微粒里進(jìn)入血液。VLDL是我們通常說的“壞膽固醇”LDL的前體。apoE通過與VLDL嵌合參與肝 臟膽固醇的合成和分泌。此外，apoE還會(huì)與一類HDL脂蛋白微粒結(jié)合，參與從外圍組織回收多余的及損壞的膽固醇分子，并逆向轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入肝細(xì)胞進(jìn)行再利用或消毀。APOE基因的E4變異也會(huì)增加心血管病的風(fēng)險(xiǎn)，但遠(yuǎn)沒有增加老年癡呆癥風(fēng)險(xiǎn)那么厲害。

       肝 臟，生殖腺和腎上腺等組織有大量apoE受體表達(dá)。apoE依靠受體介導(dǎo)的內(nèi)飲機(jī)制（receptor-mediated endocytosis)將膽固醇等油脂分子轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入目標(biāo)組織。表達(dá)apoE受體的組織是那些需要”進(jìn)口”膽固醇為原料合成甾體激素的組織，例如生殖腺細(xì)胞用膽固醇為前體合成性激素；腎上腺細(xì)胞用之合成“緊張激素”可的松；甲狀腺細(xì)胞用之合成甲狀腺素，皮膚細(xì)胞用之合成維生素D等。肝 臟作為身體中膽固醇的”倉庫”和”加工廠”，具有最多的受體，用于調(diào)度和平衡膽固醇的”進(jìn)貨“和”出貨”。apoE受體主要包括LDLR（LDL receptor)和LRP(LDL receptor related receptor family) 受體家族。這些受體的共同特點(diǎn)是都具有一個(gè)或多個(gè)帶負(fù)電荷胺基酸的脂蛋白結(jié)合區(qū)域，正好可以與脂蛋白上帶正電荷胺基酸的受體結(jié)合區(qū)域相親合。這些受體不是專一接收apoE的，其中LDLR更主要是在肝細(xì)胞上接收含apoB的脂蛋白微粒LDL。LDL就是我們通常說的”壞膽固醇”。apoB上也有一個(gè)與apoE相似的帶正電荷胺基酸區(qū)域用于與受體結(jié)合。LDLR基因缺陷和APOB受體結(jié)合區(qū)域變異都會(huì)導(dǎo)致家族性高膽固醇癥（familial hypercholesterolemia)。而APOE受體結(jié)合區(qū)域變異會(huì)導(dǎo)致家族性三型高血脂癥(familial type III hyperlipidemia)。

       在大腦中，apoE主要由星型膠質(zhì)細(xì)胞(astrocytes)合成，并與膽固醇和磷脂嵌合而形成類似于血液中高密度脂蛋白的微粒(HDL-like lipoprotein particles)。不同于外周血液系統(tǒng)有五種脂蛋白微粒，大腦中只有兩種脂蛋白微粒，均由星型膠質(zhì)細(xì)胞合成, 一種含有apoE，另一種含有apoJ。apoE和apoJ都是脂蛋白元，其作用都是與油性分子嵌合形成脂蛋白微粒而協(xié)助油性分子在細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)。大腦中，apoE是最主要的脂蛋白微粒，含脂量較高并且以膽固醇為主。apoJ含脂量低，主要含磷脂。apoE在大腦中的主要生理功能可能是運(yùn)輸膽固醇和磷脂到神經(jīng)細(xì)胞，用于神經(jīng)細(xì)胞的維護(hù)俢復(fù)和擴(kuò)充。很有趣的是編碼apoJ的基因CLU也與老年癡呆癥風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，不過沒有APOE基因的E4變異那么厲害。更有趣的是，apoE在大腦中的受體LRP1, LRP2和SORL1, 都是老年癡呆癥風(fēng)險(xiǎn)基因。另外，星型膠質(zhì)細(xì)胞上負(fù)責(zé)將膽固醇泵出到HDL-like 微粒上的ABCA1基因也是重要的老年癡呆癥風(fēng)險(xiǎn)基因。這些觀察指向，大腦中參與膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的相關(guān)通道與老年癡呆癥的發(fā)病機(jī)制嚴(yán)重相關(guān)。

       星型膠質(zhì)細(xì)胞有如大腦中的肝 臟，負(fù)責(zé)神經(jīng)細(xì)胞的營養(yǎng)供應(yīng)，其中一項(xiàng)重要功能就是自主合成膽固醇。大腦是人體膽固醇最富集的器官，神經(jīng)細(xì)胞膜上的膽固醇含量大約是其他細(xì)胞膜的3-7倍。大腦中的膽固醇基本上完全由大腦自主中合成，飲食攝入及肝 臟合成的膽固醇均不能進(jìn)入大腦。可見膽固醇對(duì)大腦神經(jīng)系統(tǒng)的重要性，大腦根本不敢”相信”我們能控制好我們的飲食和 肝 臟, 以保障膽固醇的供運(yùn)，而要完全自主掌控膽固醇的合成。星型膠質(zhì)細(xì)胞合成的膽固醇與apoE嵌合, 形成HDL-like脂蛋白微粒，與神經(jīng)細(xì)胞上的apoE受體結(jié)合, 從而將膽固醇等營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞。當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞受損需要修復(fù)時(shí)，對(duì)膽固醇的需求就會(huì)增加。如果沒有得到足夠的供運(yùn)，就會(huì)啟動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)部的膽固醇自主合成，這一過程會(huì)伴隨產(chǎn)生更多的淀粉樣蛋白。有實(shí)驗(yàn)觀察顯示，表達(dá)E4變異的星型膠質(zhì)細(xì)胞分泌到細(xì)胞外的膽固醇較少，對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的膽固醇供應(yīng)可能不足。同時(shí)，帶有E4變異的神經(jīng)細(xì)胞，在有壓力的情況下，會(huì)生產(chǎn)更多易聚合的AB短肽。

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