锌、铁离子和载脂蛋白E的相互作用在阿尔茨海默病发病机理中作用的研究

Apolipoprotein E gene (APOE) has been identified as the strongest genetic risk factor for AD. It encodes the protein, ApoE, which has three isoforms: ApoE2, ApoE3 and ApoE4. In our previous study, we've presented evidence supporting the correlation between zinc/iron and ApoE, but further studies are still needed to clarify the roles of their interactions in AD onset/progression. In this project, we plan to use APPPS1/APOE mice and APPsw/APOE cells as AD models to understand if metals (zinc, iron) contribute to AD pathogenesis by affecting ApoE in an isoform-dependent way. The levels of ApoE, ApoE receptors, APP as well as secreted Aβ will be measured by morphological and molecular biological techniques. Our research will provide important evidence for metals (zinc/iron) and ApoE as the therapeutic targets for AD.

载脂蛋白 E 基因 (APOE) 是 AD 最重要的遗传风险因素，编码三种异构体蛋白：ApoE2、ApoE3 和 ApoE4。在前期研究工作中，我们已获得锌、铁离子与 ApoE 之间相互作用的重要证据，但研究尚不深入。为探讨锌、铁离子与 ApoE 参与 AD 发病的机制，本项目拟繁育 APOE knock-in 的 AD 模型小鼠，建立 APPsw/APOE 转染细胞为研究对象，以高锌 (铁) 为处理因素，通过形态学和分子生物学等多种技术手段检测 ApoE、LRP1、APP 的表达以及 Aβ 分泌，验证锌、铁离子以异构体特异性方式调节 ApoE 及其受体的含量，分析锌、铁离子通过影响 ApoE 导致 Aβ 沉积的机制。本项目及相关前期研究为将金属离子 (锌、铁) 和 ApoE 共同作为 AD 治疗的靶点奠定充分的实验基础。

载脂蛋白E（apolipoprotein E, APOE）具有三个等位基因：APOE2，APOE3和APOE4。APOE4基因是迟发型阿尔茨海默氏病（Late-onset Alzheimer’s disease, LOAD）最强的基因危险因素。脑内金属离子（例如锌和铁）也在AD中发挥重要作用，它们已被证明通过多种机制参与到AD发病中，例如促进大脑中淀粉样蛋白斑块形成和自由基的产生。在本研究中，我们将人类诱导多能干细胞分化的大脑神经元作为细胞模型以研究载脂蛋白E对神经元中金属稳态（主要是铁）的影响以及在氧化应激诱导神经元凋亡中发挥的作用。我们发现载脂蛋白E三种异构体（ApoE2, ApoE3和ApoE4）在细胞内铁运输以及细胞凋亡中发挥着不同的作用，ApoE4通过降低神经元表面铁转运蛋白的稳定性来抑制铁的输出，从而导致铁离子在神经元中的积累，进而导致神经元的损伤，ApoE2和ApoE3则没有此作用。此外，ApoE2和ApoE3可以由AKT/FOXO3a/BIM通路来减少氧化应激导致的神经元凋亡，而ApoE4则未能有此作用。由此，我们的数据为两个与AD相关的危险因素（载脂蛋白E和铁离子）之间的相互作用提供了新的证据。在衰老或AD大脑中APOE4基因携带者大脑内铁蓄积/细胞凋亡明显超过APOE2和APOE3基因携带者，我们的研究为这个现象提供有力的解释。 同时，亦可以部分解释为什么三种载脂蛋白E基因型中APOE4是AD的危险因素，而APOE2和APOE3不是。如何通过改变载脂蛋白E的蛋白结构或者表达水平来减少AD患者大脑内自由基和铁离子的毒性可以作为治疗AD的一个新潜在靶点。