- APOE4基因是阿茲海默症中最強的遺傳風險因素。
- APOE對阿茲海默症的影響有人種上的差距，而且目前的資料顯示，在亞洲人有APOE4患阿茲海默症的危險率更高。
- 這份報告強調了降低APOE4水平作為治療策略的潛在重要性，而且已在許多人類和動物模型研究中都得到了支持。
- 對APOE4進行標靶治療可以降低APOE4蛋白質，進而減少阿茲海默症的病理變化，如類澱粉斑塊和神經纖維纏結的形成。
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未來研究的方向
- 需要進一步探索降低APOE4的具體機制及其對不同人群（包括亞洲血統）的影響。
- 探索不同時間點介入APOE4降低的效果，早期介入可能對預防或延緩疾病進程更為有效。
- 考慮結合其他治療策略，如結合抗類澱粉抗體治療，可能為治療阿茲海默症提供更全面的解決方向。
Report of the APOE4 National Institute on Aging/Alzheimer Disease Sequencing Project Consortium Working Group: Reducing APOE4 in Carriers is a Therapeutic Goal for Alzheimer's Disease
APOE4國家老化研究所/阿茲海默症序列化工作組報告：降低攜帶者APOE4是治療阿茲海默症的治療目標
文獻出處
背景
- APOE4基因的風險因素: APOE4基因是阿茲海默症中已知的最強遺傳風險因素。自1993年首次發現以來，APOE4基因變異存在於64%的散發性晚發型阿茲海默症病例及至少80%的家族性病例中。
- 治療焦點: 近30年來，阿茲海默症的主要治療研究集中在移除類澱粉蛋白上。APOE4蛋白作為治療目標的討論，主要圍繞其是否為危險或保護基因，以及其作用機轉是否由功能的部分或全部喪失所引起。
- 治療目標確認: 2023年，APOE4作為治療目標的重要性被確認為阿茲海默症序列化聯盟(ADSP)的關鍵任務，該聯盟的目標在確定阿茲海默症的遺傳目標並促進治療方法的開發。
- 國際工作小組成立: 為了探討是否應降低或增加APOE4作為阿茲海默症的治療介入，APOE4國家老化研究所/ADSP工作小組成立，聚集數據並討論此議題。
- 人種差異的發現: 研究發現東亞人群中APOE4的致病風險相對於非洲和歐洲人群大幅增加，顯示可能存在其他影響因素。
- 數據來源的局限性: 目前絕大多數來自人類研究的數據源自歐洲和非洲血統，亞洲血統的數據不足以可靠評估此人群。
基因資料
背景
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APOE基因變異類型: APOE基因主要有三種等位基因：APOE2、APOE3及APOE4。
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APOE2被視為「保護性」基因，因為它相對於其他兩個等位基因對阿茲海默症的風險較低
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APOE3在所有人群中最常見，被認為是「中性」的，其阿茲海默症風險介於APOE2和APOE4之間
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APOE4則是已知的最強遺傳風險因子。
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遺傳風險差異性:
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APOE4帶來的阿茲海默症風險在不同人群之間有顯著差異，
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這種風險差異主要與APOE基因周圍的地域性遺傳背景有關，而非單單只是人種決定。
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單核體RNA定序研究: 利用前額皮層組織的單核體RNA定序技術，
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APOE4的表達在歐洲本土祖先（ELA）中顯著高於非洲本土祖先（ALA）
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研究顯示非洲血統的本土祖先對APOE4所帶來的阿茲海默症風險具有「保護性」作用。尤其是在星形膠質細胞中，
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SNP promoter: 歐洲APOE promoter上的活性大於非洲，
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單核體ATAC序列分析: Celis等人進行的單核體ATAC序列分析證實，ELA APOE4 promoter 及其周圍區域在星形膠質細胞中的染色質表現度都較高。
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特有的保護性交互作用: 在非洲血統中發現一個獨特的保護性交互作用，位於APOE上游約2MB處的SNP rs10423769的A等位基因能使APOE4/4的阿茲海默症風險降低75%。
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功能喪失變異
- 阿茲海默症序列化項目聯盟(ADSP)擁有大量來自不同種族樣本的全外顯子和全基因組序列。史丹福大學的Michael Greicius博士分析了57,000個來自ADSP的全外顯子和全基因組序列，確認了四名APOE3/4 heterozygotes（年齡範圍71至90歲），
- 其中兩人在APOE4 haplotype基因上擁有功能喪失突變。這兩位個案在高齡時均未受到影響。
- 其中一位在79歲時認知功能正常，且在76歲時的腦脊髓液中類澱粉水平正常；另一位在90歲時健康死亡，死後病理顯示其大腦及腦血管內無類澱粉斑塊，這在APOE3/4雜合子中極為罕見。
- 這一發現支持了降低APOE4表達或蛋白水平對APOE4攜帶者有益的假設。
腦脊髓液蛋白質研究:
- 對3107個腦脊髓液樣本的蛋白質組學研究發現，認知正常者以及因阿茲海默症導致認知障礙的患者中，APOE4基因攜帶者或具有阿茲海默症生物標記者，APOE4蛋白質濃度高於對照組。
- APOE4基因導致APOE4蛋白質水平提高，增加了患阿茲海默症的風險。
細胞和動物研究關於APOE4及其異構體的影響
人類誘導多功能幹細胞衍生腦細胞中APOE4的影響
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APOE4與APOE3細胞的差異: 在一項利用人類誘導多功能幹細胞衍生的神經元細胞研究中，發現APOE4神經元相較於APOE3神經元有較高的Aβ分泌和p-tau累積，而敲除APOE基因能夠緩解這些不利影響，重新引入APOE4到APOE敲除神經元中則恢復了這些不利影響。
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類澱粉沉積和信號路徑: Blanchard等研究利用三維基因細胞模型研究腦血管類澱粉病變CAA，發現APOE4攜帶者相較於APOE3攜帶者有增加的類澱粉沉積，並且發現抑制calcineurin–nuclear factor鈣神經調節蛋白-核因子活化T細胞信號通路可以降低APOE4 mRNA表達，並與三維模型系統中CAA病理的降低有關。
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膽固醇累積和細胞間通訊功能障礙: APOE4驅動的脂肪代謝失調導致多種細胞類型中的脂肪累積，以及細胞間通訊功能障礙。
APOE4水平與體內類澱粉病理的關聯
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APOE4是阿茲海默症和腦類澱粉血管病變（CAA）的最強遺傳風險因子。
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APOE4水平較高者，其大腦中類澱粉的沉積較早且較多。
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認知正常者類澱粉沉積的PET研究: APOE4/E4基因型的認知正常者類澱粉沉積最嚴重，類澱粉沉積量的順序為APOE4/E4 > APOE4/E3 > APOE3/E3 > APOE2/E3。
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APOE4劑量依賴的早發類澱粉沉積: 與非APOE4攜帶者相比，APOE4攜帶者類澱粉沉積的發病年齡更早。
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APOE異構體對類澱粉清除率的影響: APOE異構體可能通過影響大腦間質液中單體類澱粉的清除來影響類澱粉沉積。在類澱粉的清除速率上E4 < E3 < E2.
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降低APOE4水平對類澱粉沉積的影響: 使用APP/PS1或APP基因轉殖小鼠，與人類APOE3或APOE4基因交叉敲入小鼠。研究發現，擁有兩份APOE4或APOE3的APP小鼠比擁有一份APOE4或APOE3的小鼠有更多的類澱粉沉積。此外，Huynh等人使用anti-sense oligonucleotides（ASOs）在類澱粉沉積開始前降低小鼠大腦中的APOE3或APOE4水平，結果發現類澱粉沉積減少約50%。
APOE、Tau及神經退化:
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降低APOE4可同時減少Tau病變和神經退化。
APOE4加速Amyloid相關Tau異常: 最近的研究表明，在APOE4攜帶者中，Amyloid相關的Tau異常加速，表明APOE4可能促進早期的Amyloid驅動的Tau在相連大腦區域的擴散。
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動物模型與Tau病變: 儘管有一些動物模型嘗試模擬這些變化，只有Tau轉基因小鼠或大鼠模型超表達額顳葉失智症突變才能發展出類似人類的Tau病變和神經退化。這些模型的研究旨在理解APOE及APOE4的影響。
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實驗研究顯示降低APOE4的治療潛力: 在一項使用超表達人類突變P301S tau的PS19小鼠的研究中顯示，APOE顯著影響Tau病變和Tau介導的神經退化。Tau病變和神經退化的增加順序為：E4 > E3 > E2 > APOE敲除小鼠。
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基因治療技術的應用: 一項研究使用APOE ASO在Tau病變和神經退化開始時降低APOE4， 結果在大腦中將APOE4降低約50％，顯著減少Tau病變、大腦萎縮、發炎和突觸損失。在另外兩項研究中，特定細胞類型中的APOE4在Tau病變和神經退化開始前被降低。無論是在星形膠質細胞還是神經元中降低APOE4，都顯著減少了Tau病變、發炎和神經退化。
討論
應該在何時對大腦中的APOE4進行治療？對於來自不同祖源的攜帶者，由於APOE4帶來的風險不同，治療時機是否應有所不同？
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APOE4對生命早期的影響: APOE4從受精時就存在，可能在生命早期就對個體產生不利影響。磁振造影顯示，相對於非攜帶者，APOE4攜帶者的內嗅皮層皮質較薄。相比之下，APOE2攜帶者的皮質厚度相對較大
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APOE4對腦發展的影響:
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Knickmeyer等人的研究發現，非西班牙裔白人中的APOE4攜帶者與非攜帶者相比，在大腦許多區域的體積顯著較小。
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APOE4在人類誘導多能幹細胞（iPSC）和類器官體中對細胞發展的早期影響，APOE4會加速神經胞的分化，但可能因此提早用完可分化的細胞。
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教育對APOE4攜帶者的影響: 最近的研究顯示，相對於非攜帶者，非裔美國人中的APOE4攜帶者在生命早期受教育的保護作用較小。
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治療時機的考慮: 神經病理研究發現類澱粉沉積可能早在五十歲代就開始。小鼠研究建議，降低APOE4水平最可能在類澱粉沉積早期或開始前最具有治療效果
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降低APOE的潛在益處: 降低APOE3和APOE4的水平可以減少類澱粉沉積，而完全移除APOE可以減少Tau介導的神經退化，因此降低大腦中所有APOE的水平可能具有保護作用。
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治療持續性與APOE4的降低: 降低APOE4可能需要永久保持低水平或至少維持多年。這可以在動物模型中進行測試，但在人類中，像anti-sense oligonucleotides（ASO）這樣的治療需要多久進行一次注射，將取決於ASO效果的半衰期。
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基因療法的長期效益與毒性: 對於病毒載體的基因治療，所做的改變可能是永久的，因此確認任何長期益處與毒性都非常重要。此外，攜帶者的基因型是否會影響治療的時機和持續時間（即，APOE3/E4雜合子是否可以較晚開始或有更短的治療干預時間）也需研究。
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不同祖源背景下的APOE4表達: 非裔攜帶者的星形膠質細胞中APOE4的表達顯著低於歐洲血統攜帶者的細胞。APOE4位於非裔或美洲原住民本土祖源上的治療時機是否會有所不同？未來對APOE4治療的研究應包括所有血統。
需要將APOE4降至何種程度才能達到治療效果，同時仍滿足基因的生物學需求？
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小鼠研究顯示APOE4降低50％的可行性: 在小鼠中進行的研究表明，中樞神經系統內APOE4水平降低50％是可以被良好容忍的
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此外，帶有一個功能正常的APOE3基因（由於APOE4等位基因發生功能喪失突變）的罕見個體在老年時仍表現正常。
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因此，數據支持在中樞神經系統中至少降低APOE4水平50％應具有治療效果，且在中樞神經系統之外降低相同比例的APOE4水平也應被容忍。
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確定中樞神經系統中降低APOE4的最優量: 在動物系統中確定中樞神經系統內降低APOE4的最佳量仍然非常重要。然而，對於APOE2或APOE3和APOE4在heterozygotes 中同時降低到50％是否具有治療效果或可能引起問題仍需探究。
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APOE4降低對年齡相關性黃斑部退化的潛在影響: 雖然APOE4明顯增加了阿茲海默症的風險，但它與年齡相關性黃斑部退化的風險較低有關。我們不知道在包括視網膜在內的中樞神經系統中降低APOE4是否會增加年齡相關性黃斑退化的風險或加重病情。在這一領域進一步的研究是必要的。
有哪些潛在的治療介入例子？使用APOE2替代療法是否為一個實際選項？結合降低APOE4的多重治療方法是否為一個治療選擇？在評估APOE4治療成功時，合理的可測量目標是什麼？
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APOE2作為治療方法的探索: 幾個研究小組已開始探索將APOE2添加到APOE4攜帶者中作為一種治療方法。例如，小鼠研究顯示，在大腦中增加APOE2表達可以降低表達小鼠APOE和人類APOE4的APP Tg小鼠的類澱粉沉積。
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臨床試驗探索提高APOE2: 目前已開始使用AAV載體在阿茲海默症患者中增加APOE2的臨床試驗。儘管降低阿茲海默症風險，APOE2攜帶者仍可能面臨其他臨問題，如APOE2純合子傾向於有高脂血症III型的風險。
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多重治療方法是否有用?: 抗類澱粉抗體引起的ARIA副作用在APOE4攜帶者中的發生率較高。APOE4治療（例如，降低APOE4）與澱粉抗體聯合使用是否有用？
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亞洲血統中探索APOE4的治療選擇: 需要進一步的研究來探索APOE4在亞洲血統中的治療選擇。雖然類似的機制似乎可能存在，但APOE4攜帶者明顯較高的阿茲海默症風險要求在這一人群中進行更多的研究。
如果在中樞神經系統中降低APOE4，應該採取哪些適當的措施來評估治療結果的進展？
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確認中樞神經系統中APOE4降低: 如果目的是延遲、預防或治療阿茲海默症，首先應展示在中樞神經系統中APOE4已經降低，實際操作可以通過評估腦脊髓液中的APOE水平來完成。
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降低中樞神經系統中APOE4的方法挑戰: 利用anti-sense oligonucleotides（ASOs）降低APOE4目前需要將ASOs注入腦脊髓液。雖然這是可行的，但可能需要每年進行多次注射，且腦脊髓液注射有時會引起併發症，如頭痛和極少數情況下的感染。
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新技術發展: 利用將ASOs與其他有助於跨越血腦屏障的分子結合的新技術，為繞過腦脊髓液內部給藥提供了希望。
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免疫療法降低APOE4的可行性: 由於APOE在體內非常豐富，大多數針對APOE的抗體會與血漿和腦脊髓液中含APOE的脂蛋白結合，且半衰期非常短（分鐘至小時），因此使用免疫療法降低APOE4可能不可行。
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開發口服小分子藥物: 未來可能通過確定直接與APOE結合或調節其產生或降解的其他分子的化合物，來開發一種可口服的小分子藥物來降低中樞神經系統中的APOE4。進一步了解APOE的結構和代謝可能有助於此類發現。
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評估治療效果的時間和指標: 隨時間評估是否有治療效果非常重要，應使用典型的認知結果測量指標。此外，評估反映類澱粉沉積、Tau病理、區域大腦體積和發炎（星形膠質細胞和小膠質細胞反應性）的生物標記也能提供關鍵信息。這些變化何時出現將取決於被評估的疾病階段（無症狀期與有症狀期）。
結論
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APOE基因型對阿茲海默症風險的影響: APOE基因型在阿茲海默症風險中扮演重要角色。APOE4相對於APOE3以劑量依賴的方式增加風險，而APOE2則相對於APOE3降低風險。
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APOE4的風險增加功能: 遺傳和生物學研究強烈支持APOE4不僅增加阿茲海默症風險，還在與阿茲海默症相關的幾個結果（包括類澱粉沉積、Tau介導的神經退化和發炎）中展現出增加病變的功能。
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降低APOE4作為治療目標: 從多項研究累積的數據清晰支持，降低APOE4應成為APOE4攜帶者治療方法的目標。
個人想法
- APOE對阿茲海默症的影響有人種上的差距，而且竟然目前的資料顯示，在亞洲人有APOE4患阿茲海默症的危險率更高。
- 帶有APOE4的人雖然得到阿茲海默症的危險性較高，但仍有人可能到老年仍無失智症狀，甚至因為基因表達以及和其它基因的交互作用，有人可能到老年腦內仍沒有阿茲海默相關的病理變化。
- 尤於藥物發展技術上的進步，針對APOE的標靶治療變的可能，主要的考量還是APOE4是否有其必需的生理功能，降低到多少是合理治療目標，而且降低APOE4後，是否會造成另一種疾病的增加，如年齡相關性黃斑部退化。
- 抗類澱粉抗體引起的amyloid related imaging abnormality (ARIA)在APOE4㩦帶者的發生率特別高，其機轉為何？是因為腦類澱粉血管病變較嚴重？腦內類澱粉沈澱較多？類澱粉清除的方式有異？
- 文章中提出可能可以結合anti APOE4 和 anti-amyloid兩種治療，一方面有加成效果，一方面可能可以減少ARIA，但若是將目標放在減少ARIA，那就必需了解APOE4之所以增加ARIA的原因，而且可能要先提早使用anti-APOE4的治療，才可能減少腦類澱粉血管病變，類澱粉沈積量，以及類澱粉斑結合APOE4後可能會影響清除率的可能性。
- 增加APOE2也可能是一個治療方向？