APOE ε4 的跨组织免疫分析揭示阿尔茨海默病中的早期失调

Cross-tissue immune profiling of APOE ε4 reveals early dysregulation in Alzheimer's disease

作者信息Artur Shvetcov, Shannon Thomson, Mark E Graham, Brittany Hauger, Jessica E Keller, Christine J Smoyer, Sarah E Tague, Ann-Na Cho, Farhad B Imam, Varsha Krish, Global Neurodegeneration Proteomics Consortium (GNPC), Matthew K Taylor, Jonathan D Mahnken, Debra K Sullivan, Joanne H Reed, Jeffrey M Burns, Chad Slawson, Russell H Swerdlow, Heather M Wilkins, Caitlin A Finney
PMID42671246
发布时间2026-09
DOI10.1002/alz.71714

实验完整度

包含多队列蛋白质组学分析、患者来源皮层类器官模型及饮食干预试验,至少两个独立证据层级,并包含功能验证和机制验证。

主要模型

GNPC 队列血浆和 CSF 样本 AMP-AD 队列脑组织(dlPFC 和 STG) 患者 iPSC 来源皮层类器官 TDAD 临床试验血浆样本

重点核对

APOE ε4 基因型(杂合子或纯合子) 蛋白质组学平台(SomaScan 7k 或 TMT) 皮层类器官供体 APOE 基因型(ε3/ε4 与 ε3/ε2) 生酮饮食干预时间(12 周) 生酮饮食组参与者 APOE ε4 携带者比例(n=9/15)

摘要

载脂蛋白 E (APOE) ε4 是晚发性阿尔茨海默病 (AD) 最强的遗传风险因素,但其对疾病发病机制的贡献仍未完全阐明。在此,我们整合了血浆 (n = 9028)、脑脊液 (n = 1099)、背外侧前额叶皮层 (n = 720) 和颞上回 (n = 105) 的蛋白质组学分析,以定义与 APOE ε4 相关的免疫表型。我们发现了一个保守的、等位基因剂量依赖性的促炎免疫蛋白特征,该特征跨越外周和中枢组织,且与 AD 诊断无关。该特征也在患者来源的皮层类器官中、在淀粉样蛋白 β 和 tau 病理出现之前出现,支持基因型驱动的机制。跨组织比较揭示了共享的先天性和抗病毒反应以及组织特异性免疫信号。值得注意的是,为期 12 周的医疗生酮饮食部分逆转了 APOE ε4 免疫特征。这些发现将免疫失调定位为 APOE ε4 携带者 AD 风险的早期且可干预的驱动因素,对靶向预防策略具有直接意义。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
APOE ε4 如何影响跨组织和时间的免疫功能,其免疫变化是否早于 AD 病理、是否可干预,以及患者来源模型能否重现体内表型。
核心机制
APOE ε4 通过基因型驱动的机制导致先天性和适应性免疫的促炎性失调,包括干扰素信号、Toll 样受体信号和抗原呈递等通路,该机制独立于 AD 诊断,并在病理出现前即已启动。
主要证据
多队列蛋白质组学(血浆、CSF、dlPFC、STG)发现等位基因剂量依赖性促炎特征;患者来源皮层类器官在 Aβ 和 tau 病理出现前(4 周)即重现该特征;12 周生酮饮食干预部分逆转了该特征。
研究意义
免疫失调是 APOE ε4 驱动 AD 风险的早期可干预因素,靶向免疫调节或抗炎策略可能成为该高危人群的预防和治疗方法。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

跨组织蛋白质组学分析

鉴定 APOE ε4 携带者在外周和中枢组织中的免疫相关蛋白特征,并验证其与 AD 诊断无关。

对 GNPC 队列血浆(n=9028)和 CSF(n=1099)样本使用 SomaScan 7k 检测蛋白质,对 AMP-AD 队列 dlPFC(n=720)和 STG(n=105)样本使用 TMT 质谱检测蛋白质。通过互信息特征选择、CART 和随机森林分类、通路富集分析及细胞类型富集分析鉴定与 APOE ε4 相关的蛋白。

2

皮层类器官模型验证

验证 APOE ε4 免疫表型是否在患者来源的体外模型中重现,并确定其与 AD 病理出现的时间关系。

从一例 APOE ε4 携带者(ε3/ε4)和一例非携带者(ε3/ε2)的皮肤成纤维细胞生成 iPSC,分化并整合小胶质细胞到皮层类器官中。在 4 周和 8 周龄时,通过免疫荧光检测 p-tau217 和 Aβ 积累,通过 ELISA 检测分泌的 Aβ42/40 和 p-tau217,并使用无标记质谱进行蛋白质组分析。

3

生酮饮食干预试验

测试 APOE ε4 相关促炎免疫表型是否可通过 12 周医疗生酮饮食调节。

对 15 名轻度 AD 患者(9 名 APOE ε4 携带者,6 名非携带者)进行 12 周医疗生酮饮食干预,在基线和终点收集血浆,使用 SomaScan 7k 检测蛋白质,分析 APOE ε4 携带者与非携带者之间的差异表达蛋白及通路富集。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
CytoTune-iPSC 2.0 Sendai 重编程试剂盒Thermo Fisher ScientificA16517
MatrigelCorning356234
StemFlex 培养基GibcoA3349401
青霉素-链霉素Gibco15140122
ReLeSRStemCell Technologies15140122
Y-27632StemCell Technologies72302
STEMdiff 造血试剂盒StemCell Technologies5310
STEMDiff 小胶质细胞分化培养基StemCell Technologies100-0019
BrainPhys 培养基(含 N2-A 和 SM1 补充剂)StemCell Technologies05793
超低吸附培养皿Corning3261
甘油Sigma-AldrichG5516
乙二醇Sigma-Aldrich324558
驴血清Sigma-AldrichD9663
Triton X-100Sigma-Aldrich#X100
NucBlue Live ReadyProbesInvitrogenR37605
ProLong Gold AntiFade(含 DAPI)InvitrogenP36931
CytoVista 3D 细胞培养透明化试剂InvitrogenV11315
人 Aβ40 ELISA 试剂盒Thermo Fisher ScientificKHB3481
人 Aβ42 ELISA 试剂盒Thermo Fisher ScientificKHB3544
人 p-tau217 ELISA 试剂盒Cell Signaling Technology59672
Pierce BCA 蛋白质定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
正十二烷基-β-D-麦芽糖苷(DDM)----
三乙基碳酸氢铵(TEAB)----
三(2-羧乙基)膦(TCEP)----
LysCWAKO Fujifilm--
胰蛋白酶Sigmatrypzean
液相色谱-串联质谱系统Thermo Fisher Scientific--
Vanquish Neo 系统Thermo Fisher Scientific--
Astral Orbitrap 质谱仪Thermo Fisher Scientific--
Pepmap Neo C18 捕集柱Thermo Fisher Scientific--
Pepmap C18 EASY-spray 色谱柱Thermo Fisher Scientific--
Nikon TI2-E 倒置显微镜Nikon--
Yokagawa CSU-W1 转盘共聚焦显微镜Yokagawa--
Hamamatsu Fusion BT 相机Hamamatsu--
Marianas 3i 转盘共聚焦显微镜3i--
Fiji ImageJ----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
跨组织蛋白质组学分析
血浆、CSF、dlPFC、STG 的样本量和 APOE ε4 携带状态
阅读提示:Table S1 和 S2,以及方法 2.1.1 和 2.1.2
皮层类器官生成
供体 APOE 基因型(ε3/ε4 与 ε3/ε2),年龄和性别
阅读提示:方法 2.1.3 和 2.2
生酮饮食干预
参与者数量(n=15),APOE ε4 携带者比例,饮食干预时间(12周)
阅读提示:方法 2.1.4 和 Table S3