距離首次發現阿爾茲海默癥（Alzheimer’s disease，AD）已過去百年時光，人們仍未發現能夠徹底治療 AD 的有效藥物，究其原因，AD 的發病機制十分復雜難以被解析。AD 發病機制假說中最為經典之一是 Aβ 淀粉樣蛋白致病假說，然而過去多年來人們基于該假說設計針對 Aβ 的藥物卻都收效甚微，近年來最為有名的藥物應該是 Biogen 公司推出 aducanumab（阿杜那單抗），然而注射該藥物的患者有 40% 都出現腦腫脹等可怕副作用。

2022 年 7 月全球最權威的學術期刊Science發表了一篇歷時 6 個月的調查報告，報告稱美國神經科學家 Sylvain Lesné 發表的學術論文存在造假行為，其中就包括其于 2006 年發表在Nature期刊上奠定了 Aβ 淀粉樣蛋白致病假說的論文。這一報道揭開了誤導學界十數年的真相，但也使得研發治療 AD 藥物的前景變得更為撲朔迷離。越來越多的科學家和藥企將目光投向了 Aβ 以外的地方，如基因調控、能量代謝、脂質體或膠質細胞等。通過基因組學研究，人們發現 APP、PSEN1 和 PSEN2 這 3 個基因突變會導致早發性常染色體顯性遺傳性阿爾茨海默病（early-onset autosomal dominant Alzheimer's disease，ADAD），唐氏綜合征患者中 APP 基因的三倍體出現會導致唐氏綜合征相關阿爾茲海默癥（Down syndrome-associated Alzheimer's disease，DSAD）的發生，且有其它多達數十種基因（如 ICA1L、LIME1、SIGLEC11、GRN 和 TMEM106B 等）則與散發（遲發）性 AD 風險增加有關[1,2]。

在這些眾多基因突變中，APOE4 基因被視為與 AD 發病最相關的風險基因。攜帶兩條 APOE4 等位基因（APOE4 純合）的人在 85 歲左右罹患 AD 的概率高達 60%，遠遠高于只攜帶一條 APOE4 等位基因（APOE4 雜合）或不攜帶該基因的人。然而，尚未有研究通過 APOE4 來預測發病年齡，同樣也尚未有研究將 APOE4 純合和雜合分開去研究其與 AD 相關生物標志物的關系。

近日，來自西班牙巴塞羅那圣保羅醫院 Víctor Montal 研究團隊在Nature Medicine期刊上發表了題為APOE4 homozygozity represents a distinct genetic form of Alzheimer’s disease的研究論文，研究團隊提出應當把 APOE4 視為 AD 的致病基因，而不單單只是風險基因，APOE4 純合完全滿足由基因確定的 AD（genetically determined AD，通常為家族性遺傳）的三大特征：近乎完全的疾病外顯率（即幾乎一定會罹患 AD），可預測癥狀發病年齡，和病理特征/生物標志物/臨床表現變化的可預測性。改變對 APOE4 的定義不但有助于提前發現這類 AD 患者并提早進行干預，同時也會給臨床藥物開發提供全新的思考方向。

研究團隊結合了由美國國家阿爾茲海默癥協調中心（NACC）提供的＞3200 份 AD 患者病理樣本，和由 5 個已發表大型多中心 AD 生物標志物研究隊列提供的＞10000 名志愿者的數據，對 APOE4 相關的臨床、病理特征和生物標志物變化等內容進行了研究。

從疾病外顯性來看，幾乎所有的 APOE4 純合者都表現出了更高的 AD 神經病理學評分，而中高以上的評分在 APOE3 純合者中僅有 50%。APOE4 者純合從 55 歲開始，生物標志物的水平就一直明顯高于 APOE3 者純合。到 65 歲時幾乎所有 APOE4 者純合都顯現出了腦脊液中 Aβ1-42 的異常，且有 75% 出現了淀粉樣蛋白沉積的掃描癥狀。到 80 歲時，生物標志物的外顯率高達 88%（圖1）。

圖1 APOE4 純合者病理特征變化

從疾病進程來看，APOE4 純合者約在 65.6 歲時出現 AD 癥狀，71.8 歲時出現輕度認知障礙，73.6 歲時徹底癡呆，最終在 77.2歲時死亡。這些時間點相較于 APOE3 純合者提前了 7-10 年。這說明了 APOE4 會提高 AD 的患病風險和加速 AD 的疾病進程（圖2）。

圖2 APOE4 純合者病理進程變化

從生物標志物變化來看，以 65.6 歲為 APOE4 純合者的發病年齡，早在這之前 10-15 年，APOE4 純合者腦脊液和血漿中的生物標志物，如 p-Tau 和 NfL 就已經相較于 APOE3 純合者有了顯著上升。此外通過 PET 對已確診 AD 患者進行掃描分析發現，幾乎所有攜帶了 APOE4 等位基因的患者有淀粉樣蛋白沉積，而在 APOE3 純合者中僅有 50% 是 PET 淀粉樣蛋白陽性。在時間上，APOE4 純合者的生物標志物變化也與 ADAD、DSAD 患者存在相似性（圖3）。

圖3 APOE4 純合者生物標志物隨年齡的變化

此外值得一提的是，攜帶一條 APOE4 等位基因和一條 APOE3 等位基因的雜合者，其各種表型現象均處于 APOE3 純合者與 APOE4 純合者之間，這說明了 APOE4 具有劑量依賴性，攜帶越多 APOE4 等位基因，癥狀則會更嚴重。

總的來說，通過以上的數據結果，研究團隊認為 APOE4 純合完全符合了有基因定義的 AD 三大特征，認為我們不能再僅僅將 APOE4 視為 AD 的風險基因，而是應當進行觀念改變，像將 APP、PSEN1 和 PSEN2 三基因突變攜帶者定義為罹患 ADAD 一樣，將 APOE4 純合視為 AD 的致病基因，定義出一類全新的 AD 類型。

同期，美國格萊斯頓神經疾病研究所的黃亞東教授等人在Nature Medicine期刊上發表了APOE4 homozygosity is a new genetic form of Alzheimer’s disease的評議文章[3]，對本文的研究內容做出了高度評價（圖4）。評論指出APOE4純合者約占全球人口比例的 2%，因此 APOE4 純合可能是世界范圍內最流行的孟德爾遺傳病之一，將 APOE4 純合定義為致病基因不僅能夠提高人們對 AD 的認識，也能促使 AD 的診斷、管理和護理策略發生關鍵變化。

圖4 APOE4 純合符合由基因定義的 AD 三大特征

將 APOE4 純合定義為 AD 的致病基因也能夠促使研究者去了解 APOE4 純合導致 AD 背后的具體機制，也為藥物的開發開拓出新的道路方向，本篇研究更是為基于 CRISPR 的基因療法奠定了堅實的理論基礎。實際上，已有許多研究報道了 APOE4 缺陷對于 AD 病理特征具有緩解作用，如 Michael D. Greicius 研究團隊[4]以人體數據證實了 APOE4 缺陷不但人正常，并且長壽，且不會導致高膽固醇血癥，這說明 APOE4 缺陷對于人體而言是可耐受的。Anastasia Khvorova和Chantal M. Ferguson 領導的團隊[5]則發現利用小干擾 RNA（siRNA）去沉默 APOE4 基因的表達，能顯著改善 AD 小鼠模型的病理特征。對于背后的機制，近日美國斯坦福大學醫學院 Tony Wyss-Coray 團隊發表在Nature期刊上的APOE4/4 is linked to damaging lipid droplets in Alzheimer’s disease microglia研究發現 APOE4 會加劇小膠質細胞中脂滴的積累，從而引起神經元毒性導致細胞死亡[6]。

此外，將 APOE4 純合定義為 AD 的致病基因對于臨床試驗設計也能產生重大影響。到目前為止，APOE4 純合從未作為一個單獨分組出現在臨床試驗設計中，而本篇研究的出現提醒了人們必須認識到 APOE4 是試驗設計、患者招募和數據分析的關鍵參數，APOE4 純合子和雜合子必須明確分離。這種方法可以提高治療效果，并能更有效地針對基因定義的患者群體定制治療干預措施。

參考文獻：

[1] Fortea J, Pegueroles J, Alcolea D, et al. APOE4 homozygozity represents a distinct genetic form of Alzheimer's disease.Nat Med. Published online May 6, 2024. doi:10.1038/s41591-024-02931-w

[2] Bellenguez C, Kü?ükali F, Jansen IE, et al. New insights into the genetic etiology of Alzheimer's disease and related dementias.Nat Genet. 2022;54(4):412-436. doi:10.1038/s41588-022-01024-z

[3] Xu Q, Liang Z, Huang Y. APOE4 homozygosity is a new genetic form of Alzheimer's disease.Nat Med. Published online May 6, 2024. doi:10.1038/s41591-024-02923-w

[4] Chemparathy A, Le Guen Y, Chen S, et al. APOE loss-of-function variants: Compatible with longevity and associated with resistance to Alzheimer's disease pathology. Neuron. 2024. doi:10.1016/j.neuron.2024.01.008

[5] Ferguson CM, Hildebrand S, Godinho BMDC, et al. Silencing Apoe with divalent-siRNAs improves amyloid burden and activates immune response pathways in Alzheimer's disease. Alzheimers Dement. Published online February 20, 2024. doi:10.1002/alz.13703

[6] Haney MS, Pálovics R, Munson CN, et al. APOE4/4 is linked to damaging lipid droplets in Alzheimer's diseasemicroglia.Nature. 2024;628(8006):154-161. doi:10.1038/s41586-024-07185-7