【原】Nat子刊丨APOE减少导致胎儿酒精谱系障碍神经行为缺陷

脑声常谈 2024-05-17 发布于上海

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2024年5月11日，美国国家儿童医院Kazue Hashimoto-Torii团队在Molecular Psychiatry发表“Reduction of APOE accounts for neurobehavioral deficits in fetal alcohol spectrum disorders”，揭示了APOE的减少可以解释胎儿酒精谱系障碍中的神经行为缺陷。

胎儿酒精谱系障碍(FASD)的一个特点是神经行为缺陷，目前尚无有效的治疗方法。作者提出载脂蛋白E（APOE）的减少与FASD的神经行为缺陷密切相关。发现产前酒精暴露（PAE）改变了APOE位点的染色质可及性，并导致出生后小鼠大脑和外周血中APOE水平的降低。出生后给予APOE受体激动剂（APOE-RA）可以减轻这些小鼠的运动学习缺陷和焦虑。作者的人类全基因组关联研究进一步揭示了PAE 与小鼠 APOE 增强子中的单核苷酸多态性的相互作用与儿童延迟样本匹配任务中的较低分数相关。PAE儿童血浆中的APOE也降低，并且降低的水平与他们较低的认知能力有关。

这些发现表明，控制APOE水平可以作为FASD神经行为缺陷的有效治疗方法。

图一 PAE小鼠PBMCs中APOE表达显著降低，与运动学习受损相关

越来越多的证据表明，在人类血液中测量的基因转录与在包括大脑在内的许多其他身体系统中测量的转录本相关，这表明可以利用外周基因组信息来破译大脑中难以获取样本的分子变化。作者对来自PAE和对照小鼠的PBMCs进行了RNA测序，以深入了解PAE导致的大脑分子变化。在胚胎第16天(E)和第17天对怀孕母鼠施用乙醇或PBS溶媒，分别产生PAE小鼠和对照小鼠，作为FASD的动物模型。这种PAE方案不会引起大脑结构的改变，但会引起小鼠的精细和大脑运动学习缺陷。在出生后(P) 30天进行加速转棒试验，并在P31上采集全血以分离PBMCs。富集分析显示，b细胞中下调的DEGs在脂蛋白代谢过程和磷脂相关途径中富集。在这些通路的基因中，以脂蛋白代谢为主要功能的APOE是PAE小鼠中显著下调最多的基因之一。作者之前的研究发现，PAE导致小鼠的运动学习缺陷。因此，对PAE小鼠中DEGs的表达与运动学习指数进行了相关性分析。发现聚类2中APOE的表达与运动学习指数最高。富集分析还显示，下调的DEGs在脂质反应、脂肪分化、MAP激酶和细胞因子信号通路中富集。APOE是6个被下调的基因之一，与RNA测序结果一致，作者还发现，在P30时，与对照组小鼠相比，PAE小鼠血浆中循环APOE水平显著降低。

图二 APOE-RA水平改善了PAE小鼠的运动学习能力

基于发现PAE小鼠外周血中APOE降低与运动学习受损之间的关联，作者接下来检测了运动皮层中APOE的表达，运动皮层是主要负责运动学习的大脑区域之一。在P30时的免疫组化显示，与对照组小鼠相比，PAE小鼠的运动皮质中的APOE阳性细胞明显减少。在对照组和PAE小鼠之间，相邻的扣带皮层的APOE阳性细胞数量没有差异。相关分析进一步显示，APOE阳性细胞的数量在运动皮层与运动学习指数PAE小鼠正相关。其中一个主要的APOE受体，LRP1，位于突触后部位，在神经元中消除这些受体会导致小鼠的运动功能受损，这表明APOE-LRP1的相互作用是正常运动功能所必需的。不同内源APOE结合的影响在不同内源APOE表达水平的细胞之间没有差异。为检测APOE-RA对PAE小鼠学习缺陷的影响，采用静脉注射给药，在P30左右进行加速转棒试验。作者发现，APOE-RA显著改善了PAE动物的运动学习缺陷；在对照组和PAE小鼠在治疗期间的体重也没有显著差异。加速转棒试验结束后用高架十字迷宫中评估动物焦虑行为。PAE小鼠在开放臂的时间百分比比未经治疗的对照小鼠短，但通过 APOE-RA 治疗使该百分比恢复到对照水平。在对照组小鼠中，APOE-RA对张开臂时间没有影响。这些数据表明，APOE的减少有助于PAE小鼠的运动学习缺陷和焦虑行为，而使用APOE-RA可以积极缓解这两种行为异常。

图三 PAE减少APOE会改变NMDAR功能并上调KCNN2表达

接下来，作者探究了PAE小鼠中受APOE减少潜在神经行为异常影响的分子途径。在P30的运动皮层中，检测了PAE对LRP1以及NMDA受体（NMDAR）和PSD-95的表达水平和模式的影响。GluN1抗体被用于标记NMDARs，其在运动皮层中的表达与小鼠的运动学习呈正相关。然而，没有发现这些蛋白中的任何明显变化，这表明PAE通过这些APOE相关突触蛋白的表达以外的机制影响神经行为缺陷。作者首先检测了在PAE小鼠中，通过NMDARs进行的兴奋性突触传递及其动力学是否发生了改变。在P30时，在运动皮层V/VI层的锥体神经元中记录了自发的NMDA兴奋性突触后电流（sNMDA EPSCs）。与对照组相比，PAE小鼠的sNMDA EPSCs的振幅和上升时间没有差异，表明通过NMDARs进行的突触反应没有变化。然而，作者发现与对照组小鼠相比，PAE小鼠的sNMDA EPSCs的衰减时间明显更短。KCNN2和PSD-95双免疫组化结果显示，在APOE-RA治疗后，PAE诱导的突触后KCNN2水平的升高降低。这些结果表明，APOE的减少通过改变NMDAR功能来增加KCNN2的表达及其突触水平，从而导致PAE小鼠的运动学习缺陷。作者接下来检测了PAE小鼠运动皮质中APOE mRNA的表达。与蛋白水平的降低相一致，在PAE小鼠的运动皮质中，APOE mRNA的表达减少。APOE-RA处理后，运动皮质和扣带皮质中内源性APOE的表达没有明显变化。与APOE-RA处理后PAE小鼠APOE蛋白水平的恢复相比，对APOE mRNA水平没有显著影响。以上结果表明，PAE小鼠大脑APOE水平的降低涉及其转录水平的降低，而APOE-RA治疗可能在转录后水平增加PAE小鼠的内源性APOE水平。