Mol Neurodegener：不同APOE基因型AD患者与脑内tau积累的相关性

在动物和人类细胞模型中，APOE变体与淀粉样蛋白的异常聚集密切相关并且其对tau蛋白聚集也有额外的直接影响。当个体在临床上无损伤(CU)但有异常淀粉样蛋白(Aβ+)时APOE的这些影响程度尚不清楚。近期《Molecular Neurodegeneration》发表了题为“APOE effects on regional tau in preclinical Alzheimer’s disease”的研究文章，作者团队分析了CU患者在无症状AD抗淀粉样蛋白治疗(A4)、淀粉样蛋白风险和神经变性纵向评估(LEARD)研究中的数据并发现APOE2和APOE4分别与较低和较高的淀粉样蛋白阳性率相关。APOE2与所有区域的区域tau降低相关，而APOE4与区域性tau蛋白的增加相关。这些结果揭示了APOE影响早期区域tau PET（正电子发射断层扫描）负荷超过了与横断面淀粉样蛋白PET负荷相关的影响，并暗示了针对与APOE相关的潜在机制的治疗策略可能会改变Aβ+个体中tau的积累。

背景

APOE4是散发性阿尔茨海默病(AD)的最强的遗传预测因子，并且在发病前各个阶段与异常淀粉样蛋白的风险呈现一致相关性。APOE通过与Aβ产生、纤维化和清除机制的相互作用，以及与tau蛋白、神经炎症和神经元结构和功能之间的相互作用影响淀粉样蛋白的积累。整体而言，APOE4携带者通常比e3/3携带者早10-15年达到异常淀粉样蛋白(Aβ+)的阈值，而e2携带者的淀粉样蛋白阳性比e3携带者的延迟约4年。

与单纯的Aβ状态相比，tau异常是预测未来可能产生认知障碍的更有力的指标。因为淀粉样蛋白和tau异常有很强的关联性，因此tau升高在Aβ-个体中非常罕见，但在Aβ+个体中tau PET摄取的幅度存在很大的差异，这明显表明了除淀粉样蛋白以外还有其他因素导致下游tau积累。有意思的是越来越多的证据表明APOE可能直接影响tau积累的可变性。例如，对整个AD临床谱系中Aβ+患者的tau PET研究显示与非携带者相比，e4携带者的tau病理模式更偏向于内侧颞叶（MTL）。这表明 APOE 基因型甚至在达到淀粉样蛋白阳性后也可能影响疾病的进展。这也可以部分解释为什么在早期针对 AD痴呆患者的临床试验中还没有常规评估淀粉样蛋白状态，e4携带者就比非 e4 携带者衰退得更快。

然而，人们研究了APOE对tau PET的影响，特别是在临床未受损(CU)的参与者中却发现了不一致的结果。例如，Lowe和他的同事报告e4对tau没有影响，Ramanan及其同事在控制全局淀粉样蛋白水平后发现了类似的无效影响。相反，Ossenkoppele及其同事发现e4对内嗅tau有显著影响。Ghisays和同事们也报告e4改变了年龄和内嗅tau之间的联系。因此，APOE4对Aβ+CU早期局部tau负荷的影响程度尚不清楚。此外，关于APOE2是否与Aβ+个体的tau负担减少有关目前仍然未有定论。研究e2效应的一个主要障碍是e2携带者在Aβ+CU患者中并不常见。在Aβ+CU个体中，大约4%-8%的人是e2携带者，而大约50%的人是e4携带者。一项对CU合并轻度认知损害的研究显示，与257名e3/e3携带者相比，45名e2携带者局部tau负荷和tau积累水平相当。尸检工作检查了从CU到AD痴呆的整个疾病谱没有获得一致的结果。一项对411名e2携带者的研究显示，在控制神经性淀粉样斑块严重程度后，对Braak分期没有影响。另一项对163名e2携带者的研究显示，与Aβ+e2非携带者相比，Aβ+e2组的tau缠结较少。到目前为止，将重点放在CU队列上的研究很可能无法充分证明e2效应是否影响Aβ+的tau积累。

在此项研究中作者团队的总体目标是确定APOE基因对临床前AD患者早期tau负荷的影响是否超出对淀粉样蛋白负荷的影响。作者团队利用无症状AD的抗淀粉样蛋白治疗（A4）和淀粉样蛋白风险和神经变性的纵向评估（LEARN）淀粉样蛋白PET 对4486名CU参与者的数据集进行筛选，该数据集包括392名具有tau PET的Aβ+CU个体。APOE4效应在来自阿尔茨海默病神经成像计划（ADNI）的220Aβ+CU和MCI参与者中得到额外证实。作者团队假设了APOE基因型会影响MTL的局部tau PET值，并且这些影响在控制持续淀粉样蛋白负荷后仍然会存在。

方法

A4研究是一项二级预防试验，重点是患有临床前AD的参与者(即Aβ+CU)。LEARN研究是A4研究的配套项目，侧重于Aβ-个体。经过最初的电话和门诊筛查（包括认知状态），4486名参与者接受了淀粉样蛋白PET扫描，以便在接受随机化治疗之前确定Aβ+个体。在接受随机治疗前，淀粉样蛋白阳性的子集也接受了tau PET扫描。所有A4/LEARN参与者在参与前都签下了书面知情同意书。ADNI是2003年发起的一个公私合作项目，主要目标是检测获得一系列神经影像和生物标志物，以及临床和神经心理学评估是否可以结合起来以衡量MCI和早期AD的进展。

在A4/LEARN数据集中，这项研究包括的所有参与者(表1)都是65-85岁的CU(临床痴呆评分=0，简易精神状态检查评分=25-30，逻辑记忆延迟回忆评分=6-18)，并已完成淀粉样蛋白PET扫描([18F]-florbetapir)。这些参与者其中的一部分还完成了tau PET扫描([18F]- flortaucipir)。使用A4/LEARN研究小组建立的混合定量和定性方法测定淀粉样蛋白状态。淀粉样蛋白PET的全球标准化摄取值比率（SUVRs）（参照区：全局小脑）和tau PET的局部SUVR（参照区：小脑灰质）使用先前公布的管道提取。简而言之，淀粉样蛋白和tau的PET数据是用FSL、SPM和FreeSurfer的内部脚本处理的。分别对注射后50-70min和90-110min对应的5分钟淀粉样蛋白和tau PET帧进行重新排列和汇总。

每个参与者的MRI数据（包括parc+aseg FreeSurfer标签）与PET数据的总和进行了核对。提取了每个parc+aseg FreeSurfer区域的平均摄取量值。皮质淀粉样蛋白SUVR是按照ADNI程序计算的，区域性tau分析主要集中在FreeSurfer定义的内丘脑、杏仁核、下颞叶、下顶叶和楔前叶区域。

表1 A4/LEARN数据集的人口统计信息

在ADNI数据集中，仅包括在tau PET扫描（[18F]-flortaucipir）、淀粉样蛋白阳性PET扫描（[18F]-florbetaben  (FBB) 或 [18F]-florbetapir  (FBP)）、有效的APOE状态（available APOE status）以及在一年内接受Tau-PET检查后被诊断为CU或MCI的参与者（表2）。对于A4/LINE和ADNI淀粉样蛋白数据，使用先前发表的方程将淀粉样蛋白SUVR转换为普通Centiloid(CL)等级。这种转换允许直接比较从不同示踪剂和不同研究中收集的数据。ANDI 分析使用CL值将[18F]-florbetaben 和 [18F]-florbetapir 配体结合在一起。

表2 ADNI数据集的人口统计信息结果

01APOE预测淀粉样蛋白状态

在考虑了年龄和性别后，APOE基因与淀粉样蛋白状态显著相关。正如预期的那样，e2剂量与淀粉样蛋白阴性有关，而e4剂量与淀粉样蛋白阳性有关（表3A）。在e2携带者中，年龄对淀粉样蛋白阳性的影响降低，并且在男性中没有观察到e2对淀粉样蛋白阳性的保护作用（表3A和图1）。

表3 在Aβ+临床未受损(CU)个体中APOE与（A）淀粉样蛋白状态和（B）连续淀粉样蛋白负担的关系

图1 APOE与年龄和性别的相互作用

上面一行显示了不同APOE携带者的年龄与Aβ+状态的概率之间的关系。左上图描述了e2携带者中年龄对Aβ+状态的影响降低。右上图显示e4携带者年龄和Aβ+状态之间的联系在不同的人群中不断增加。底部一行显示性别与Aβ+状态的概率之间的关系。左图显示e2对女性的保护作用。右图显示，在所有水平的e4携带者中，Aβ+状态的概率在性别之间没有显著差异。

02整体淀粉样蛋白负荷与区域tau的关系

在包含tau PET数据的Aβ+个体中，APOE基因与持续淀粉样蛋白负荷显著相关，但与年龄和性别的联系不显著(表3B)。在所有MTL和早期新皮质tau区中，相对较高的持续淀粉样蛋白负荷与较高的局部tau水平相关(图2)。

简而言之，Aβ-CU个体几乎没有提供tau升高的证据。虽然Aβ+组显示局部tau SUVRs升高，但在广泛的范围内，一些Aβ+个体显示tau升高的症状，另一些显示与Aβ-组相当的水平(图2)。总体而言，在Aβ+组中，年龄、性别和持续淀粉样蛋白负荷解释了局部tau总变异的7%-15%。

图2 (A)Aβ-和Aβ+参与者和(B)仅包括Aβ+参与者的淀粉样蛋白和tau负荷之间的关系

表4 控制年龄和性别后，在392名Aβ+个体中APOE与局部tau SUVRs的联系

03APOE与区域tau的关联

鉴于Aβ-个体中tau的水平极低，加上该组的样本量小(n=55)，作者接下来考察了APOE对仅在Aβ+个体中区域tau的影响(n=392)。APOE e2和e4分别与MTL和早期新皮质区域tau减少和增加显著相关(表4)。APOE2对杏仁核和楔前核tau减少的影响在年龄较大的人群中最强。通过直接比对e2/3(n=17)和e3/4 (n=182) 与e3/3组(n=147)进一步证实了Aβ+个体的APOE差异。APOE e2/e3个体在内嗅皮层、杏仁核、颞下叶和楔前叶的tau SUVR显著低于e3/e3个体(0.05-0.09 SUVRs)，而在所有被检查的MTL和早期新皮质区域中，e3/e4个体的tau SUVR显著高于e3/e3个体(0.03-0.08 SUVRs；图3)。

图3 Aβ+ APOE e2/e3、e3/e3和e3/e4组之间的局部tau差异

04在Aβ+ CU中APOE对区域tau的直接影响

由于在Aβ+个体内APOE基因仍然是持续淀粉样蛋白负荷的重要预测变量 (图2)，作者团队建立了一系列调解模型，以确定整体淀粉样蛋白负荷是否在Aβ+CU个体中调节APOE和区域tau之间的联系（图4A）。持续淀粉样蛋白负荷占e2对局部tau影响的14-27%，占e4对局部tau影响的21-68%。对于e2，在MTL和早期新皮质区域都发现了部分调节作用，在所有区域中，e2和区域tau之间仍存在显著的直接影响。相反，e4 只在颞叶区发现部分调解作用；e4 对早期新皮层区域 tau 的直接影响不显著。

使用自举程序比较e2和e4在tau区内和跨tau区效应大小（图4A），与新皮质区域相比，e4对杏仁核区域tau SUVRs的直接影响明显更强。e2在MTL中的直接影响强度在质量上比在新皮层区域观察到的要大，但杏仁核的e2效应强于顶下部tau。在每个tau区，e2的直接效应在性质上强于e4的直接效应，尽管这些差异除楔前叶外并不显著。

05五、淀粉样蛋白介导Aβ+ CU和MCI中APOE4和tau的联系

对来自ADNI的220名Aβ+CU和MCI个体进行了考察e4影响的中介分析 (图4B)。鉴于该数据集中只有13个Aβ+e2携带者（9个e2/e3和4个e2/e4）的小样本量，不对APOE2的影响进行研究。该分析显示，e4对区域tau的影响比A4/LEARN分析的e4影响大2-3倍，可能是因为ADNI队列包括Aβ+MCI，因此区域tau值的范围更广。在Aβ+的CU和MCI中，持续淀粉样蛋白负荷占e4对MTL tau影响的40-51%，而且间接和直接的影响都很显著。在新皮层区域，连续的淀粉样蛋白负荷完全占了e4影响的方差，而且只有通过连续的淀粉样蛋白的间接途径是显著的（即e4对新皮质tau没有显著的直接影响）。

因此，e4对区域tau的影响在A4/LEARN和ADNI分析中是一致的，两个队列都显示e4和MTL tau PET之间有明显的直接影响。而在考虑连续淀粉样蛋白PET负荷后，e4对新皮质区域没有明显的直接影响。当只考虑两年内接受tau PET和淀粉样蛋白PET扫描的162名参与者时，所有影响的结果都是相似的。

图4 淀粉样蛋白对APOE和局部tau SUVRs的调解效应。

(A) 堆叠条形图显示从中介模型中提取的总效应，以及间接和直接的子成分，研究了在A4中Aβ+临床无障碍（CU）个体的APOE对局部tau的影响。还显示了e2和e4直接效应大小的比较。(B) 堆叠条形图显示从中介模型中提取的全部影响以及间接和直接的子成分，研究在ADNI中Aβ+ CU和轻度认知障碍（MCI）个体的APOE e4对局部tau的影响。

小结

作者团队的研究结果表明，APOE基因在AD病理性积聚的早期阶段对局部tau PET负荷有所影响。e4与MTL的升高特别相关，而e2的保护作用则存在于MTL和新皮质。鉴于APOE对淀粉样蛋白调节和tau的直接影响的发现，利用e2保护性机制的基因疗法可能对限制整个大脑中的淀粉样蛋白和tau具有全面的保护作用。

作者的研究结果还表明，淀粉样蛋白的负担只解释了e4对MTL区域tau的总影响的22-39%，在临床前阶段针对e4携带者的淀粉样蛋白清除可能不足以影响下游tau的积累。APOE对Aβ+ CU中tau积累的影响突出表明，在不同的个体中，整个AD级联的进展速度是不同的，而不是在淀粉样蛋白阳性开始有一个统一的规范途径。治疗可能需要根据疾病阶段的不同而针对不同的机制，这些治疗方法可能会因APOE基因型的不同而不同。例如，抗淀粉样蛋白治疗在e3和e2 Aβ+个体中可能有效，而e4携带者可能只在达到淀粉样蛋白阳性之前从抗淀粉样蛋白治疗中获益（淀粉样蛋白阳性后，可能需要针对淀粉样蛋白和tau的联合治疗）。了解APOE对tau的作用机制可能有助于抗tau治疗的发展，更全面地说，针对与APOE有关的潜在机制的治疗策略可能有效地防止淀粉样蛋白调节和APOE对tau积累的直接影响。