Brain:星形胶质细胞来源的APOE4可诱发血脑屏障损伤
2022-01-27 brainnew神内神外 网络
载脂蛋白E(ApoE)是由星形胶质细胞和小胶质细胞在中枢神经系统合成的多面性分泌因子。APOE已被证明影响血脑屏障的完整性,在人类中,该基因的APOE4等位基因被报道会导致血脑屏障的渗漏
载脂蛋白E(ApoE)是由星形胶质细胞和小胶质细胞在中枢神经系统合成的多面性分泌因子。APOE已被证明影响血脑屏障的完整性,在人类中,该基因的APOE4等位基因被报道会导致血脑屏障的渗漏。近日,《Brain》期刊上发表了题为 “APOE4 derived from astrocytes leads to blood–brain barrier impairment”的文章,该项研究使用APOE等位基因特异性敲入小鼠及纵向多光子活体显微镜,直接监测各种ApoE亚型对血脑屏障完整性的影响,进而研究清除星形胶质细胞产生的APOE是否会对BBB(血脑屏障)的完整性产生影响。这项工作显示了ApoE4在血脑屏障功能障碍中的细胞特异性功能增益效应,并指出星形胶质细胞产生的ApoE4可能是作为星形胶质细胞末端足与血管相互作用的功能枢纽,是血脑屏障完整性的关键调节因子。
与APOE3和APOE2相比,APOE4动物的血脑屏障被破坏
图1. 与ApoE3-TR和ApoE2-TR小鼠相比,ApoE4-TR小鼠的血脑屏障受损
选择性敲除ALDH1L1阳性星形胶质细胞的APOE4可挽救BBB的完整性,但APOE敲除小鼠也显示出BBB的缺陷
图2.他莫昔芬注射液特异性诱导星形胶质细胞持续敲除APOE
图3.星形胶质细胞特异性APOE4基因敲除挽救血脑屏障损伤
星形胶质细胞产生APOE4导致MMP9表达异常和紧密连接功能障碍
小分子血脑屏障通透性的增加可能表明有结构缺陷的元素,如紧密连接。因此,作者在注射他莫西芬后2个月的APOE3、APOE4、APOE3 aKO和APOE4 aKO小鼠的皮层切片上,通过透射电镜对紧密连接的完整性进行了评估(图4A)。紧密连接中膜的小牵拉部分已被证明是紧密连接功能障碍的标志(图4A)。因此,作者测量了每只小鼠4-10条血管中紧密连接的膜之间的距离以及内腔周围内皮的宽度。选择直径约为5-8μm 的血管,并以垂直于表面的横截面观察。对每只动物大脑皮层中发现的前10条血管进行了成像和分析,尽管并非所有血管都有可见的紧密连接。如果膜之间的距离太近,以至于无法测量,则将紧密连接膜之间的距离记录为0。与APOE3动物相比,作者发现APOE4小鼠的紧密连接膜之间的距离显著增加(图4B)。这似乎主要是由一些紧密连接的异常开放驱动的,而其他连接保持完整(图4C)。APOE4 aKO小鼠没有显示紧密连接膜之间的这种异常开放,其结果与APOE3小鼠相似。作者观察到小鼠品系之间的内皮层厚度没有差异(图4D)。
在其他模型中已经提出,MMP9和CYPA介导ApoE4驱动的血脑屏障功能障碍,并且MMP9水平的增加与紧密连接障碍相关。有趣的是,APOE4 aKO动物的Mmp9基因和蛋白质含量下降到APOE3动物的水平。此外,在APOE4动物而不是APOE3动物中,Mmp9转录物水平的增加与APOE转录物水平的增加呈正相关(图4F)。在蛋白质水平上,在APOE4动物中增加的MMP9蛋白质水平在APOE4 aKO动物中也降低(图4G),再次表明了MMP9蛋白质的量显示与APOE4表达正相关(图4H)。尽管在APOE3 aKO动物中MMP9蛋白没有显著增加,但是在MMP9蛋白量和APOE3蛋白量之间似乎存在负相关(图4G,H),进一步表明APOE蛋白同种型和MMP9之间存在复杂的关系。
为了开始研究MMP9和ApoE水平差异的细胞来源,作者分离了每组3只小鼠的血管,并对这些样本以及从整个前脑中提取的RNA进行qPCR检测。作者在血管标本中看到了Pecam水平的显著富集,这表明内皮细胞的富集主要存在于中枢神经系统的血管中(补充图4A)。作者还在APOE看到了约3倍的富集和约10倍的Mmp9在血管标本中的富集,表明中枢神经系统中的绝大多数Mmp9是由血管单位产生的,并且血管单位对于产生ApoE的细胞是富集的(补充图4B,C)。为了进行富集分析,将qPCR标准化为全脑APOE3水平的平均值。
为了了解ApoE星形胶质细胞敲除对血管内转录的影响,作者团队将血管预处理的qPCR归一到APOE3血管的水平。作者发现APOE aKO动物中APOE基因的数量减少了30-40%。由于血管提取物已经显示含有星形胶质细胞,这并不奇怪。进而观察出一个趋势(p=0.0588),即与APOE3动物相比,APOE4动物的APOE mRNA数量增加,而在从全脑提取的mRNA中并没有看到这种情况(补充图4D)。作者还发现与APOE3动物相比,APOE4动物血管中产生的MMP9的量增加了一倍,而在APOE4 aKO动物中,这一数量减少到APOE3动物的水平。作者进行了简单的线性回归,以确保这种增加不是更好的血管隔离的结果,并发现Pecam和Mmp9之间没有相关性(补充图4F)。
图4.ApoE4小鼠紧密连接受损,同时MMP9表达受损
星形胶质细胞产生的ApoE4导致血管的星形胶质细胞端足保护减少
图5.APOE4小鼠星形胶质细胞终足受损
讨论
小结
原始出处:
Jackson RJ, Meltzer JC, Nguyen H, Commins C, Bennett RE, Hudry E, Hyman BT. APOE4 derived from astrocytes leads to blood-brain barrier impairment. Brain. 2021 Dec 27:awab478.
编 译 / 张 宇
校 审 / 李胜男
本网站所有内容来源注明为“梅斯医学”或“MedSci原创”的文字、图片和音视频资料,版权均属于梅斯医学所有。非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明来源为“梅斯医学”。其它来源的文章系转载文章,或“梅斯号”自媒体发布的文章,仅系出于传递更多信息之目的,本站仅负责审核内容合规,其内容不代表本站立场,本站不负责内容的准确性和版权。如果存在侵权、或不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
在此留言
#血脑屏障#
66
#星形胶质细胞#
51
#APOE4#
43
#胶质细胞#
50
#损伤#
37
#APOE#
47