载脂蛋白E(Apolipoprotein E，ApoE)是迟发性阿尔茨海默病最相关的遗传风险因素。ApoE通过驱动小胶质细胞的激活加剧tau蛋白相关的神经退行性变。然而，ApoE如何调节小胶质细胞激活以及靶向ApoE是否对tau蛋白病有治疗作用尚不清楚。
华盛顿大学神经科学部于2021年6月21日在《Neuron》上发表的一篇文章对此进行了研究，他们发现，在P301S tau蛋白病小鼠中，过表达ApoE代谢受体LDLR低密度脂蛋白受体，可以显著降低脑内ApoE表达，从而改善tau病理和神经退行性变。
P301S是一种tau蛋白突变的转基因小鼠，常用于研究阿兹海默症。作者首先将LDLR转基因小鼠与P301S小鼠杂交，产生P301S/LDLR小鼠，发现P301S/LDLR小鼠较P301S小鼠而言其神经退行性变、突触丧失和tau蛋白组织病理学均有改善，并且P301S/LDLR小鼠中ApoE和p-tau水平减低，且两者高度相关。
接着，作者培养了来自于LDLR转基因小鼠和WT小鼠的原代小胶质细胞，他们发现来自于LDLR小鼠的小胶质细胞也过表达了LDLR，并且与之相对应的是，ApoE基因和蛋白水平均显著降低。
另外，使用磁珠分选或流式分选从成年小鼠大脑中分离出的小胶质细胞进行研究发现，与WT小胶质细胞相比，在LDLR鼠小胶质细胞中也观察到了LDLR的过表达，以及ApoE基因和蛋白水平的降低。这些结果表明，ApoE下调与小胶质细胞中的LDL过表达存在内在联系。
有趣的是，与年轻小鼠(3个月大)相比，WT和LDLR小鼠(20个月大)小胶质细胞内ApoE水平的差异增加了。然而WT年老小鼠中小胶质细胞ApoE的表达显著升高，而在LDLR年老小鼠中却没有出现此现象。
这可能表明小胶质细胞中LDLR过表达和其相关ApoE的下调抑制了小胶质细胞的活化。另外，通过CD68染色发现，P301S/LDLR小鼠与P301S小鼠相比，小胶质细胞的活化明显减弱，这与ApoE水平降低有关。
过表达LDLR的小胶质细胞其ApoE基因和蛋白水平降低并与小胶质细胞活化的抑制有关
为了进一步了解ApoE和LDLR过表达如何调节神经变性，作者对9个月大的P301S、P301S/LDLR和P301S/ EKO（EKO为ApoE敲除）小鼠以及它们的年龄匹配的WT、LDLR和EKO同窝小鼠进行了单核RNA测序(single-nucleus RNA-seq，snRNA-seq)。
从总共31,785个细胞核中获得测序数据，并基于已知细胞型特异性标记的表达，在所有样本中鉴定出10个不同的细胞群。细胞群分析显示，P301S小鼠的神经退行性变主要表现为海马兴奋性神经元的特定亚型缺失，包括DG、CA1、CA3神经元，尤其是DG神经元。
与其他组相比，P301S组小鼠抑制性神经元比例增加。值得注意的是，小胶质细胞在P301S小鼠中显著增加，而在P301S/LDLR和P301S/EKO小鼠中仅轻度增加，而星形胶质细胞种群在各组间保持稳定。
DEG分析显示，神经变性相关基因表达变化(P301S vs WT)主要发生在小胶质细胞和星形胶质细胞。在没有tau基因突变的情况下，ApoE和LDLR相关的基因表达变化(WT vs EKO或WT vs LDLR)主要富集在神经元中，特别是兴奋性神经元中。
然而，在tau蛋白病背景下，最高水平的基因表达均从神经元转移到小胶质细胞(P301S vs P301S/EKO, P301S vs P301S/LDLR)，提示小胶质细胞在介导ApoE和LDLR对神经变性的影响中发挥了关键作用。
snRNA-seq识别神经退行性、ApoE缺乏和过表达LDLR条件下主要神经细胞类型特异性DEGs的变化
考虑到小胶质细胞在神经退行性变中的主要作用，作者用亚聚类方法评估了小胶质细胞亚群，发现所有样本中产生了六个子聚类。分析发现，与ApoE缺失相关的小胶质细胞下调合成代谢通路，并表现出分解代谢基因的上调，同时可提高生理条件下的小胶质细胞溶酶体酶活性，并减少tau蛋白病背景下的小胶质细胞mTOR激活。另外，ApoE缺陷和过表达LDLR的小鼠大脑中少突胶质细胞前体细胞增多，在神经退行性条件下髓鞘完整性得到更大的保护。
ApoE缺陷和LDLR过表达的小鼠拥有一个扩大的OPCs群并在同向病变中显示保留的髓鞘完整性
总之，这篇文章发现了小胶质细胞中过表达LDLR会细胞自主性的下调小胶质细胞中的ApoE，并与缺失ApoE的小胶质细胞的激活抑制相关。
ApoE缺失和LDLR过表达都强烈地促使着小胶质细胞的免疫代谢，使其分解速率高于合成速率。而表达LDLR的小胶质细胞在激活时也能上调特定的离子通道和神经递质受体。ApoE缺失和LDLR-过表达小鼠中的少突胶质细胞祖细胞(OPCs)也出现增加，使得髓鞘完整性在神经退行性条件下得到更大的保护。
参考文献
Shi Y, Andhey PS, Ising C, Wang K, Snipes LL, Boyer K, Lawson S, Yamada K, Qin W, Manis M, Serrano JR, Benitez BA, Schmidt RE, Artyomov M, Ulrich JD, Holtzman DM. Overexpressing low-density lipoprotein receptor reduces tau-associated neurodegeneration in relation to apoE-linked mechanisms. Neuron. 2021 Jun 10:S0896-6273(21)00413-X. doi: 10.1016/j.neuron.2021.05.034. Epub ahead of print. PMID: 34157306.
编译作者：Sheena（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
热门跟贴