ApoEε4等位基因与阿尔茨海默氏病的关系
北京中医药大学学报 1999年第5期第22卷 专家述评
作者：田金洲 杨承芝 袁致祥 Judy Haworth Sian MacGowan Gordon Wilcock
单位：田金洲 杨承芝 袁致祥 北京中医药大学东直门医院 北京100700；Judy Haworth Sian MacGowan Gordon Wilcock French Hospital, University of Bristol, UK.
关键词：ApoEε4；阿尔茨海默氏病；分子遗传学；分子生物学
指导:Gordon Wilcock
摘要：从分子遗传学和分子生物学角度述评了载脂蛋白Eε4(ApoEε4)等位基因与阿尔茨海默氏病（AD）及相关疾病关系的研究成果。指出ApoEε4是AD的危险因素之一， ApoEε4阳性个体比阴性个体患晚发AD的危险性约高3倍，但ApoEε4远不是AD的诊断指标或预测标志。在具有记忆损害的老人中，ApoEε4至少可确认为是痴呆的一种因素。ApoEε2可能是区别Lewy body 病和晚发AD的遗传因素之一。ApoEε4和脑血管病对血管性痴呆（VD）可能具有协同作用。
The Association of Apolipoprotein Eε4 Allele with Alzheimer's Disease
Tian Jinzhou（田金洲）, Yang Chengzhi（杨承芝）, Yuan zhixiang（袁致祥）, et al.
(The Affiliated Dongzhimen Hospital, Beijing University of Traditional Chinese Medicine, Beijing 100029)
ABSTRACT: In this review of the studies on molecular genetics and molecular biology of the association of apolipoprotein E(ApoE) ε4 allele with Alzheimer's disease (AD) and cognitive decline, it can be found that ApoEε4 is a risk factor of AD. When ApoEε4 allele is present, the risk of AD is considerably increased, almost 3-fold risk of AD in ApoEε4 positive individuals compared to ApoEε4 negtive individuals. But ApoEε4 is far from being a diagnositic indicator or a predicator of AD. ApoEε4 may at least indicate a predisposion for dementia in memory-impaired individuals. Presence of ApoEε2 allele may be a genetic factor of differentiation between Lewy body disease(LBD) and late onset AD. ApoEε4 and cerebral vascular disease may have a synergistic effect on pathogenesis of vascular dementia (VD).
KEY WORDS: ApoEε4; Alzheimer's disease; Genetics; Molecular biology
阿尔茨海默氏病（AD）是一种进行性退行性神经功能障碍性疾病，以记忆和其他认知功能衰退直至发展为严重痴呆为特征。65岁以上人群患病率为2%左右，且随年龄增大而增高，90岁以上人群的患病率达40%。AD的病因学较为复杂，涉及遗传和环境因素。虽然现有遗传学资料还不能完全解释AD的发病机理，但已为我们进一步研究提供了重要线索。
1 AD中ApoEε4等位基因的分子生物学基础
有人早在1982年即发现ApoE基因与补体C3在人第19号染色体上的位点有联系［1］。随后发现ApoE是血清中主要脂质转运蛋白之一。1993年,临床基础研究和流行病学研究均发现ApoEε4基因型在晚发家族性和散发性AD的发病机理中起着功能性作用，且伴有ε2等位基因频率的减少［2］。这一发现最近得到了全世界众多研究小组的确认［3］。此外，又发现ApoEε4也与早发AD有关，且是AD的一个重要预测因子［4］。然而，还没有找到ApoEε4基因型影响AD进展速度的证据，但在死亡时病理程度可能被增加［5］。
ApoE是一种多态蛋白质，常见的变异体有E2、E3和E4，分别由常见等位基因ε2、ε3和ε4编码，在多数人口中它们各自以大约8%、77%和15%的频率出现［6］。ApoE基因位于第19号染色体，跨度约4 kb，含4个外显子，编码一条由299个氨基酸组成的成熟蛋白质。作为血清里的主要脂质转运蛋白之一，ApoE以极低密度脂蛋白（VLDL）或低密度脂蛋白（LDL）形式参与甘油三酯和胆固醇的转运［1，7］。对于胆固醇和磷脂在不同类型细胞之间转运的调节，ApoEε4起着关键作用。最常见的等位基因ApoEε3在158位点上有精氨酸，在112位点上有半胱氨酸；在ε2的结构里，在158位点上的精氨酸由半胱氨酸取代；而在ε4的结构里，在112位点上的半胱氨酸由精氨酸取代，这是由于两种情况下基因内的单个碱基变化之故［6］。几项研究发现ApoE的多态性现象影响血浆脂质及脂质蛋白的浓度，并发现E4变异体与早期冠心病的风险增加有关［8］。
AD有较强的遗传因素。在AD研究中最重要的发现之一就是ApoE表型与晚发家族性AD有联系［9］。AD的表型表达在理论上是以淀粉样蛋白斑块或神经原纤维缠结为基础的，其组织病理学特征是大脑里老年斑（SP）的数目增多和神经原纤维缠结（NFT）的堆积以及神经突触的显著变性或缺失，例如基底前脑的胆碱能神经元的缺失［9］。SP由淀粉样纤维的中央核组成，其外由营养不良的轴突包绕。老年斑的主要成分是一种称作β-淀粉样蛋白的39-42氨基酸片段，它产生于β-淀粉样蛋白前体（APP）。APP以21号染色体上的单个基因编码的多种变异体形式存在。可能影响APP代谢的因素包括：磷脂C的激活、磷酸化作用和胆碱能系统。与微管相关的tau蛋白可能促进AD的神经原纤维缠结。已发现ApoE蛋白与β-淀粉样蛋白和tau蛋白以一种同功的特定方式相互作用, 这也许就是ApoE影响痴呆发展的生物学基础［10］。SP的β-淀粉样蛋白肽和脑血管内的淀粉样蛋白以及NFT里的tau蛋白都是AD的主要蛋白质。已证明ApoE可与 β-淀粉样蛋白结合并诱发单层纤丝的形成,在结合中ApoE显示出变异体的特异性差别［11,12］。 ApoEε4对β-淀粉样蛋白的亲和力最高, ApoEε3居中, ApoEε2的亲和力最低［12］。据认为由β-淀粉样蛋白单体形成纤维的能力可导致β-淀粉样蛋白的加速沉积,其原因可能是ApoEε4防止β-淀粉样蛋白成核的能力稍弱，也可能是前者直接促进沉积加速的结果［13］。在ApoE与β-淀粉样蛋白结合过程中的这些差异形成一种观点:β-淀粉样蛋白沉积与ApoEε4剂量呈正相关［14］。 ApoE的类似发现物促进高磷酸化作用,并显示带有微管蛋白MAP-2C［15］。
中枢胆碱能活性与AD的认知衰退有关［16］, ApoE基因型对AD病人的认知功能也有影响。AD病人海马区的乙酰胆碱转移酶(ChAT)活性下降,而缺乏ApoEε4等位基因的AD病人的ChAT活性接近年龄相匹配的正常对照组或在其范围内［17］。这些结果有力支持如下观点:即ApoEε4在与AD相联系的胆碱能功能障碍方面起决定性作用,它可能是乙酰胆碱酯酶抑制剂治疗AD反应差的一个预后因素。在正常老龄组、晚发AD组或在LBD（Lewy Body Disease）组,ChAT活性的变化与ε4的剂量不一致［6］。
2 ApoEε4等位基因与早发型和晚发型AD的关系
生物学和基因图的结论一致，发现ApoEε4等位基因与家族性晚发AD和散发AD以及早发AD之间有显著联系［2,4,11］。
在1994年，几项以前期人口为基础的研究论证了ApoEε4和早发AD之间的一个有意义的联系：家族性AD病人比非家族性病人显示出更高的ε4基因频率；ε4与ε2等位基因同时存在于一个患者体内时，其生存期缩短［19］。研究还显示，在有家族性痴呆病史的ApoEε4等位基因携带者之中，吸烟史在很大程度上降低了早发AD的危险性［几率（odds ratio）0.10（95%可信区间0.01～0.87）］。这种关系在很大程度上受ApoEε4等位基因的存在和痴呆家族史的影响。即使在散发AD（非家族性）中，ApoEε4和AD之间的联系也是早发型比晚发型更明显［18］。其他研究并未显示出散发病例中早发AD和ε4等位基因的联系［20］；相反的结果已有报道——ApoEε4与早发AD明显缺乏联系［21］，并被最近的一项研究所证实［6］。在较常见的晚发AD中，ApoEε4的频率增加，与散发性晚发AD和家族性晚发AD都有明显联系［2,11］。新近的研究发现ApoEε4等位基因的频率增加只出现在晚发病例中，包括家族性和散发性，这证明了早期的报道［18,20,21］；并证明ε4频率增加伴有ε2和ε3等位基因频率的降低（有人认为后者没意义）［6］。认为ε2等位基因在预防AD方面有保护性作用，带有这种等位基因的个体一般寿命较长，在年龄较大时才进展为AD；同时发现ApoEε2等位基因与晚发AD的抑郁症状有关［22］。
E4等位基因与AD的联系为：痴呆的发病年龄随E4等位基因量的增加而下降，携带E4纯合子者其痴呆的发病年龄较小（如75岁），早于E4杂合子携带者（如80岁），无E4基因的AD病例发病年龄则相对要大（如85岁）［2］。因此认为ApoEε4等位基因是老年人发生AD的主要决定因素之一。
在西班牙的AD患者中ApoEε4的频率是0.289，在欧洲的家族性晚发和早发AD患者中分别为0.43和0.59，在美国家族性晚发AD患者中为0.49［6］。这种差异的一种可能解释是，研究选择的病例缺乏严格的临床标准和神经病理学证据，导致在AD人群中ApoE4频率的测定结果出现差异。
在晚发AD人口中，ApoE4等位基因的几率（odds ratio, 一种衡量AD与ε4联系的相对危险性的指标）是2.82，这表明ApoE4阳性个体比ApoE4阴性个体患AD的危险性差不多高3倍。ApoE4杂合子单独出现的分层几率在这种人口中没有意义（1.91，95% CI 0.75～4.83）。因为在相应的对照组中缺乏ApoE4/4个体，不可能计算出这种人口中的ApoE4纯合子的几率。然而，这些结果表明单个的E4等位基因的存在不足以单独增加AD的危险性，但当两个E4等位基因出现时，AD的危险性大大地增加（在这种人口中AD的患病率是：E4/4个体100%，带E4杂合子者为52%，无E4等位基因者为22%）。因此，即使E4等位基因是AD的一个危险因素，它也远不是诊断指标或是疾病的预测标志［22］。
3 ApoEε4等位基因是具有记忆损害个体进展为AD的一个预兆
痴呆的诊断要求具有记忆丧失和至少一种类型的认知损害［23］。患有严重记忆损害但缺乏其他类型认知损害的患者，其本质是难以与痴呆区别的。因而有“良性衰老性遗忘”、“与年龄有关的记忆损害”和“单纯性记忆丧失”这样一些术语来描述正常衰老的变异［23］，意欲从概念上区别于痴呆。事实上，其中一些患者可能发展成为痴呆［24］。
“可疑痴呆”已用来描述一组广泛的具有认知损害但不够痴呆诊断标准的患者。最近的研究显示，在平均2.5年的随访中，有41.3%的可疑痴呆个体达到AD诊断标准，44%不是痴呆，14.7%为不明确痴呆，其转化为痴呆的时间范围为1.7～5.96年，平均是2.8年［23,24］。然而，为区别轻微或极轻微AD与正常衰老，试图从神经心理学测试得分产生一种有鉴别功能的方法的尝试仅获部分成功［23,24］。
在个别报告样本中，ApoE基因型和家族史都可增加基础人群中早发AD的危险性［25］。尽管近期研究显示认知下降的程度和ApoEε4的出现之间没有关联，但更多的研究认为ApoEε4等位基因是AD的一个重要的预测指标［17,25,26］。认知功能损害（MMSE得分≤25）的基本趋势是ε4等位基因携带者比无ε4等位基因者要多［41%（55） vs 31.1%（122） P=0.03］，在对年龄、职业、吸烟、嗜酒和心血管病进行校正后，这种结果仍然是有效的。3年内认知功能的下降在ε4纯合子携带者中最多见，ε4杂合子携带者居中，无ε4者最少见。在随访期间，进行性认知功能损害的危险性在ε4等位基因携带者中明显高于无ε4等位基因者［27.6%（16/58） vs 15.5%（32/207）］。校正后的几率是2.87（95%可信区间1.29～6.42）。在这种人群中进行性认知功能损害的20%的危险性可能归因于ε4等位基因。关于对记忆障碍个体的随访评估的另一些研究表明，第1次（平均18个月）、第2次（平均36个月）和第3次（平均54个月）随访时的痴呆发病率分别为24%、44%和55%［26］。
一个多变量Cox回归模型和一个Cox比例风险模型都证明：ApoEε4等位基因的存在是记忆损害个体临床进展为痴呆的一个强有力的预测因素［26］。ApoEε4等位基因的频率在AD是27%，在携带ε4并具有年龄相关记忆障碍（ARMC）且进展为痴呆的患者中为25%，在携带ε4且至少1年后随访仍是ARMC的患者中为15%，在对照组为10%。携带一个ε4等位基因的有ARMC的观察对象，其痴呆可能性是非痴呆者的3倍（exp beta = 3.1［0.98-10］,P=0.05）。记忆开始下降时的年龄和初访时的MMSE低分也与ARMC患者的痴呆进展有联系（exp beta = 1.1［1.0-1.2］，P=0.05和exp beta = 0.76［0.6-0.9］,P=0.008）。已发现ApoEε4等位基因经常出现在随后发展为痴呆的ARMC患者中，在男女ε4携带者中，还有可能出现词语短时记忆的显著障碍或认知功能损害［17,27］。由此可见在这种病人中或在普通老年人群中ε4等位基因至少可确认是痴呆的一个因素［17,26,27］。
4 ApoEε4等位基因与相关疾病的联系
ApoEε4是晚发AD的危险因素之一，又发现其在Lewy body 病（LBD）中的频率特异性地增加，这一点支持如下假说：即ApoEε4可能是与神经原变性相关的β-淀粉样蛋白的一个普通危险因素，因为两种疾病状态显示出相似的ε4等位基因频率。ApoEε2等位基因在LBD中出现的频率表明：在LBD和晚发AD之间存在一些较小的遗传上的差异。最近的一项研究显示：与AD比较，在LBD中ε4/ε4病例数减少（12% vs 30%），而ε2阳性病例数增加（17% vs 6%）。在相对较少的LBD病例中，ε2等位基因的出现表明ApoE状态可能不是LBD的唯一决定因素。然而，除ε2以外，可以区别LBD和晚发AD的遗传决定因素尚不清楚［6］。
近来另有研究证实，在LBD和帕金森病人之间，ε4频率显著不同，二者都以Lewy体形成为特征。这些结果似乎表明ApoEε4在Lewy体的形成中并不起关键作用，可能有其他因素的参与［28］。
一些作者认为，当卒中与症状发生前的AD相遇的时候，可能会出现血管性痴呆（VD）；在这种情况下，ApoEε4的频率可能在VD中增加［29］。新近研究显示：ApoEε4等位基因在AD病人中比在对照组中出现更频繁，VD患者居中，或者，在可能VD患者中ApoEε4等位基因和血清、脑脊液中ApoE浓度都不增加。ApoEε4等位基因似乎与ApoE其他等位基因和临床诊断的VD都无关系［29］。这些结果支持这一假设——VD是一种异型的状况，由于一些病人具有潜在的临床前的大脑退行性变，卒中可加速这类病人痴呆［29］。换句话说，脑血管疾病和ApoEε4对认知衰退可能具有协同作用［30］。
中医对AD的病因病机有独特的认识，然而中药对ApoEε4基因的作用尚无报道。本文从分子学角度论述了ApoEε4基因与AD的关系，以期这种研究思路和方法对中医药临床和基础研究有所启示。
作者简介：田金洲，男，42岁，医学博士，教授，主任医师，博士生导师
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收稿日期：1999-01-27
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