《Acta Neuropathologica》：Apolipoprotein E abundance is elevated in the brains of individuals with Down syndrome–Alzheimer’s disease
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【編輯推薦】為探究 21 號染色體三體（trisomy 21）在 Down 綜合征 - 阿爾茨海默�。―SAD）中的作用，研究人員對比 DSAD、早發性 AD（EOAD）及健康對照的額葉皮質蛋白質組和單核 RNA 測序數據，發現 DSAD 中 APOE 豐度顯著升高，主要源于星形膠質細胞、內皮細胞等，為 DSAD 治療提供新方向。
阿爾茨海默�。ˋD）作為一種常見的神經退行性疾病，給全球帶來了沉重的醫療和社會負擔。而 Down 綜合征（DS）患者由于 21 號染色體三體（trisomy 21），更是 AD 的高危人群，超過半數 DS 患者在 55 歲時會發展為臨床癡呆。目前已知 DSAD 的發病與 21 號染色體上的淀粉樣前體蛋白基因（APP）拷貝增加導致淀粉樣 β（Aβ）肽生成增多有關，但除 APP 外，21 號染色體上其他基因如何影響 DSAD 的分子進程，以及 DSAD 與普通人群 AD 在分子層面的差異尚不清楚。此外，轉錄組的變化是否會在蛋白質水平體現，也缺乏相關研究。因此，深入探究 DSAD 獨特的分子機制，對于開發針對性治療策略至關重要。
為解決這些問題，英國倫敦大學學院（University College London）等機構的研究人員開展了一項關于 DSAD 的研究。他們通過蛋白質組學和單核 RNA 測序（snRNAseq）等技術，對比了 DSAD、早發性 AD（EOAD）患者和健康老齡化（HA）對照的額葉皮質（Brodmann area 10），旨在揭示 21 號染色體三體對 DSAD 腦內蛋白質組和轉錄組的影響。研究結果發表在《Acta Neuropathologica》上，為理解 DSAD 的發病機制提供了新視角。
研究人員主要采用了以下關鍵技術方法：
- 蛋白質組學分析：對發現隊列（8 例 DSAD、4 例 HA、4 例 EOAD）的額葉皮質進行無標記定量質譜分析，鑒定差異表達蛋白質。
- 單核 RNA 測序（snRNAseq）：在發現隊列樣本中分離細胞核，進行測序以分析不同細胞類型的轉錄組變化。
- 驗證實驗：通過 Western blot 在驗證隊列（包括 EOAD、LOAD、DS 等）中驗證載脂蛋白 E（APOE）等蛋白的豐度變化，并利用 RT-qPCR 檢測 APOE 轉錄水平。
- 免疫組織化學和免疫熒光：檢測 APOE、APP 等蛋白的空間分布及細胞來源。
研究結果
1. DSAD 額葉皮質蛋白質組顯示 21 號染色體相關蛋白及 APOE 異常
蛋白質組分析鑒定出 2855 種蛋白，其中 241 種在組間差異顯著。21 號染色體編碼的 APP、S100B 等 7 種蛋白在 DSAD 中顯著上調，但部分 21 號染色體基因（如 CCT8、USP16）的蛋白豐度未改變。非 21 號染色體編碼的載脂蛋白 E（APOE）在 DSAD 中較 EOAD 和 HA 顯著升高，且與 APP、PDXK 等 21 號染色體蛋白豐度呈正相關。
2. 轉錄組分析揭示 APOE 表達的細胞來源
snRNAseq 分析發現，DSAD 中 21 號染色體基因（如 APP、S100B）在多種細胞類型中表達上調。APOE 轉錄本在星形膠質細胞（AQP4、ALDH1L 或 GFAP 陽性）、內皮細胞（CD34 陽性）和周細胞（PDGFRB 陽性）亞型中顯著升高，而在部分小膠質細胞亞型中下調。這表明這些細胞可能是 DSAD 中 APOE 升高的主要來源。
3. APOE 豐度在 DSAD 中獨立于基因型升高
Western blot 驗證顯示，DSAD 中 APOE 蛋白豐度顯著高于 EOAD 和晚發性 AD（LOAD），且與 APP 及其剪切產物（APP-CTFα、APP-CTFβ）、可溶性和膜結合型 Aβ40 呈正相關，但與 Aβ42 無顯著關聯。在年輕 DS 患者（無 AD）中，APOE 豐度未顯著改變，提示其升高與 AD 病理相關。
4. 神經血管單元細胞可能驅動 APOE 升高
通過通路分析發現，星形膠質細胞亞型中吞噬體形成、蛋白泛素化等通路在 DSAD 中異常，內皮細胞中突觸發生信號和線粒體功能障礙通路改變。結合免疫熒光結果，APOE 在血管結構中的表達可能與 DSAD 中高發的腦淀粉樣血管�。–AA）相關。
研究結論與討論
本研究首次系統對比了 DSAD 與普通 AD 的蛋白質組和轉錄組，發現 21 號染色體三體不僅導致 APP 等直接基因劑量效應，還通過非 21 號染色體基因（如 APOE）的失調影響 DSAD 病理。APOE 在星形膠質細胞、內皮細胞和周細胞中的升高可能與神經血管單元功能障礙和 Aβ 代謝異常相關，為解釋 DSAD 中加速的 tau 病理和神經炎癥提供了線索。
研究意義在于：
- 揭示了 DSAD 中 APOE 的獨特作用，其升高可能獨立于 APOE 基因型，與 21 號染色體三體驅動的細胞類型特異性轉錄變化相關。
- 強調了神經血管單元在 DSAD 中的重要性，為靶向星形膠質細胞和血管內皮細胞治療提供了新方向。
- 提示在開發 AD 治療策略時，需考慮 DSAD 與普通 AD 的分子差異，避免簡單外推普通 AD 的研究結論。
未來研究需進一步驗證 APOE 在神經血管單元中的具體功能，探索其與 21 號染色體其他基因的互作機制，并評估 APOE 作為 DSAD 生物標志物或治療靶點的潛力。
