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Nature:蔡立慧團隊揭示阿爾茨海默病基因APOE4是如何破壞大腦的

2023-03-23 11:17 作者:ABclonal-愛博泰克  | 我要投稿




阿爾茨海默病(Alzheimer'sdisease,AD),俗稱“老年癡呆癥”,是一類主要發(fā)生于老年人且以進行性認知功能障礙、行為損害為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變。隨著人類平均壽命的增長,阿爾茨海默病的患病率也在不斷上升。


中國老齡協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,我國60歲及以上老年人中阿爾茲海默病患者約有1507萬,對家庭、社會造成巨大負擔(dān)。遺憾的是,盡管科學(xué)界在老年癡呆癥上投入了許多精力,但目前仍然沒有十分有效的治療方案來預(yù)防或治愈阿爾茨海默病。


2022年11月16日,美國麻省理工學(xué)院(MIT)蔡立慧團隊在 Nature 上發(fā)表了題為:APOE4 impairs myelination via cholesterol dysregulation in oligodendrocytes 的研究論文。


該研究構(gòu)建了阿爾茨海默病最強的遺傳風(fēng)險因子——APOE4 在衰老人類大腦中的轉(zhuǎn)錄作用的單細胞圖譜,并建立了APOE4、膽固醇、髓鞘形成和記憶之間的功能聯(lián)系,為阿爾茨海默病的治療提供了機會。




論文通訊作者、MIT神經(jīng)科學(xué)家蔡立慧教授表示,這篇論文通過對死后人類大腦的單細胞測序清晰地表明,APOE4以一種基因型特異性的方式對不同腦細胞類型產(chǎn)生非常明顯的影響。令人鼓舞的是,這項研究已經(jīng)在小鼠模型上觀察到了挽救少突膠質(zhì)細胞功能和髓鞘形成的方法。


遺傳變異是阿爾茨海默病最主要的危險因素,全基因組關(guān)聯(lián)分析研究表明,APOE4是阿爾茨海默病最強的遺傳風(fēng)險因子,40%-50%的阿爾茨海默病患者都存在APOE4。當有一個拷貝的APOE4時,阿爾茨海默病患病風(fēng)險將增加3倍,當兩個拷貝都是APOE4時,患病風(fēng)險將提高8-12倍。


多項研究發(fā)現(xiàn),APOE4與β-淀粉樣蛋白沉積增加、tau蛋白過度磷酸化和聚集、認知能力下降加速相關(guān)。然而,APOE4介導(dǎo)這些效應(yīng)的機制還不完全清楚。因此,闡明APOE4誘發(fā)阿爾茲海默病的分子機制和細胞途徑,對預(yù)防和治愈阿爾茲海默病十分重要。


APOE是一種脂質(zhì)和膽固醇轉(zhuǎn)運蛋白,APOE4是其中一種等位基因形式,它改變了脂質(zhì)結(jié)合區(qū)域的可及性,從而干擾了膽固醇和脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運能力。為了更全面地了解APOE4對人腦的影響,研究團隊首先對32名死者的前額葉皮層(大腦的認知中心)組織進行了單細胞核轉(zhuǎn)錄組測序(snRNA-seq)。



細胞類型特異性APOE4相關(guān)通路的改變
這些死者可分為兩類——APOE4等位基因攜帶者與非攜帶者。分析結(jié)果表明,APOE4與人類大腦所有類型的細胞廣泛的基因表達變化有關(guān),且顯著改變了與膽固醇穩(wěn)態(tài)和轉(zhuǎn)運相關(guān)的信號通路。



APOE4改變了人類大腦少突膠質(zhì)細胞中的膽固醇穩(wěn)態(tài)和定位


不僅如此,研究團隊還通過對死后人腦、誘導(dǎo)多能干細胞(iPS)來源細胞和靶向替代小鼠的組織學(xué)和脂質(zhì)組學(xué)分析進一步佐證。他們發(fā)現(xiàn),具有APOE4的細胞傾向于將膽固醇囤積在內(nèi)部細胞器內(nèi),它們排出相對較少量的膽固醇,這使得他們不太容易形成髓鞘。


這些研究結(jié)果表明:1)APOE4改變了人和小鼠少突膠質(zhì)細胞中膽固醇的生物合成、運輸和定位,導(dǎo)致膽固醇異常沉積;2)APOE4與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和髓鞘形成減少有關(guān)。



APOE4會導(dǎo)致小鼠和人類的髓鞘形成受損


那么,如果我們能消除APOE4對膽固醇轉(zhuǎn)運的影響,是否就能治愈其誘發(fā)的阿爾茲海默病呢?


基于此,研究團隊使用藥物環(huán)糊精處理攜帶APOE4的細胞,環(huán)糊精可以促進膽固醇的去除,這有助于恢復(fù)髓鞘的形成。他們還發(fā)現(xiàn),在含有兩個APOE4拷貝的小鼠中,環(huán)糊精能將膽固醇排出大腦,改善膽固醇向髓鞘的轉(zhuǎn)運,并提高小鼠的認知能力。



環(huán)糊精可改善老年APOE4小鼠的髓鞘形成以及學(xué)習(xí)和記憶行為


值得注意的是,小鼠實驗結(jié)果與一名阿爾茨海默病患者的經(jīng)歷相吻合。該患者在一項試驗中服用了類似的環(huán)糊精制劑,在18個月的治療中,患者的認知功能保持穩(wěn)定。然而,環(huán)糊精可能不是糾正大腦脂質(zhì)失衡的理想藥物,它只是簡單地消耗了細胞中的膽固醇,其安全性和有效性仍是未知的。


總而言之,這項發(fā)表在 Nature 的研究表明,APOE4通過影響神經(jīng)元的膽固醇轉(zhuǎn)運來減少髓鞘的形成,從而誘發(fā)阿爾茨海默病。這些發(fā)現(xiàn)表明膽固醇失調(diào)可能是阿爾茨海默病發(fā)病的重要原因,為阿爾茨海默病的治療提供了新的途徑。
論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05439-w





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