Integrative brain transcriptome analysis links complement component 4 and HSPA2 to the APOE ε2 protective effect in Alzheimer disease
研究背景与意义
阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种常见的神经退行性疾病，其发病机制复杂，涉及多种遗传和环境因素。apolipoprotein E（APOE）基因是晚发型 AD 最强的遗传风险因素，其中 APOE ε4 等位基因与 AD 风险增加相关，而 APOE ε2 等位基因则与 AD 风险降低相关。然而，APOE ε2 对 AD 起保护作用的机制尚不明确。
本研究通过对 982 例尸检大脑样本的转录组数据分析，旨在探究 APOE ε2 对 AD 的保护机制。研究发现，补体途径基因 C4A 和 C4B 以及热休克蛋白 HSPA2 可能是 APOE ε2 发挥保护作用的关键因素，为理解 AD 的发病机制和开发新的治疗策略提供了重要线索。
研究方法
脑转录组和表型数据来源
研究从 CommonMind Consortium 门户网站获取了公开可用的 RNA 测序和神经病理学数据，包括来自 Religious Orders Study 和 Rush Memory and Aging Project（ROSMAP）的 627 名参与者的背外侧前额叶皮质区域组织样本，以及来自 Mayo Clinic Study of Aging（MAYO）的 162 名参与者的颞叶皮质区域组织样本。此外，还从 Framingham Heart Study（FHS）和 Boston University Alzheimer's Disease Center（BUADC）获取了 208 名参与者的额叶皮质组织样本。
RNA 文库制备、测序和样本质量控制
使用 Promega Maxwell RSC simplyRNA Tissue Kit 提取 FHS/BUADC 研究中 208 个大脑的背外侧前额叶皮质的总 RNA，并使用 Agilent 2200 Tape Station 确定 RNA 的完整性和质量。排除 RNA 完整性数（RIN）<5 的样本后，使用 NEBNext Poly(A) mRNA Magnetic Isolation Module 和 NEBNext Ultra II Directional RNA Library Preparation Kit for Illumina 进行 RNA 测序文库制备，并在 Illumina NextSeq 500 仪器上进行测序。
基因表达的映射、质量控制和量化
使用 FastQC 对 RNA 测序数据进行质量控制，使用 Trimmomatic 过滤低质量读段，然后使用 STAR 将读段比对到人类参考基因组（GRCh38.95）。使用 RseQC 评估 BAM 文件的基因覆盖度和连接饱和度，并使用 RSEM 和 Bowtie2 量化基因和异构体水平的表达。
差异基因表达分析
使用 LIMMA 软件评估 AD 和对照大脑之间的差异基因表达。在 ROSMAP、MAYO 和 FHS/BUADC 数据集中，分别比较 AD 患者和对照组的基因表达水平，并使用 METAL 软件进行样本量加权元分析。
基因表达水平与神经病理学特征的关联分析
对 ROSMAP 和 FHS/BUADC 数据集中的 Braak 阶段和 CERAD 评分进行调整，并使用线性回归模型评估差异表达基因与神经病理学特征之间的关联。
基因共表达网络和富集分析
使用 WGCNA R 包进行基因共表达分析，构建加权相关网络，并使用动态树剪切方法识别网络模块。对 ROSMAP 数据集中高度保守的网络模块进行基因富集分析，以鉴定与 AD 相关的基因和通路。
脑细胞类型特异性表达谱和富集分析
对 ROSMAP 数据集中的单核 RNA 测序数据进行处理和聚类分析，识别不同细胞类型的表达特征，并使用 Wilcoxon 秩和检验评估 APOE ε2/ε3 AD 网络中基因在特定细胞类型中的富集情况。
免疫分析测量及其与基因表达的关系
对 FHS/BUADC 自动脑样本的背外侧前额叶皮质进行免疫分析，测量 Aβ42、pTau231、pTau181、PSD-95、C4A 和 C4B 蛋白水平，并评估这些蛋白水平与基因表达之间的关联。
研究结果
APOE ε2/ε3 亚组中的差异表达基因
在 ROSMAP 数据集中，APOE ε2/ε3 亚组中 AD 患者与对照组相比，C4A 和 C4B 基因表达水平显著上调。这些基因在补体途径中发挥重要作用，与 AD 的神经炎症反应相关。
APOE ε2/ε3 AD 特异性共表达网络
通过 WGCNA 分析，研究人员鉴定出一个特定于 APOE ε2/ε3 AD 患者的共表达网络（M01 模块），其中包含多个补体途径基因，如 C4A、C4B 和 CR1。该网络在星形胶质细胞、少突胶质细胞和少突胶质细胞前体细胞中显著富集，表明这些细胞类型可能在 APOE ε2 的保护机制中发挥重要作用。
HSPA2 基因表达与 C4B 蛋白水平的关联
研究发现，HSPA2 基因表达水平与 C4B 蛋白水平显著相关。HSPA2 主要表达于少突胶质细胞，可能通过调节补体途径影响 AD 的病理过程。
基因表达与 AD 相关蛋白水平的关联
C4A、C4B 和 HSPA2 基因的表达水平与 pTau231/tTau 比值显著相关，但与 Aβ42 水平无显著关联，提示这些基因可能主要参与 tau 病理过程而非 Aβ 病理过程。
讨论
本研究深入探讨了 APOE ε2 对 AD 的保护机制，揭示了补体途径基因 C4A 和 C4B 以及 HSPA2 在其中的关键作用。APOE ε2 可能通过调节补体途径和 tau 磷酸化水平发挥神经保护作用。此外，研究还强调了少突胶质细胞在 APOE ε2 保护机制中的潜在重要性，为未来针对 AD 的治疗策略提供了新的靶点和研究方向。
结论
尽管本研究在揭示 APOE ε2 对 AD 的保护机制方面取得了重要进展，但仍存在一些局限性，如样本量较小、不同数据集之间的异质性等。未来的研究需要在更大的独立样本中复制这些发现，并通过实验验证补体途径和 HSPA2 在 APOE ε2 保护机制中的具体作用，以期为 AD 的防治提供更有力的科学依据。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| V-PLEX Ab Peptide Panel 1 (6E10) Kit (5 Plate) | K15200E-2 | 5Plate |
| V-PLEX Ab Peptide Panel 1 (6E10) Kit (1 Plate) | K15200E-1 | 1Plate |
| V-PLEX Ab Peptide Panel 1 (6E10) Kit (25 Plate) | K15200E-4 | 25Plate |
