【一起读文献】miR-195调控ApoE4基因型相关的认知和溶酶体缺陷
导读：
载脂脂蛋白E4（ApoE4）等位基因已被确定为是阿尔茨海默病（AD）的一个主要风险因素。研究表明，ApoE 4会影响Aβ的清除、神经纤维缠结、突触的发生和突触的可塑性、胶质激活和神经炎症。此外ApoE在脂质代谢和神经元稳态中发挥主要作用。近期，《Molecular Psychiatry》期刊发表了题为“MicroRNA-195 Rescues ApoE4-induced Cognitive Deficits and Lysosomal Defects in Alzheimer's Disease Pathogenesis”的研究论文，研究团队利用人类ROSMAP数据集和小鼠芯片研究中的miRNA谱，将miR-195确定为参与ApoE/PIP2途径的主要候选microRNA，并将ApoE4在大脑磷脂酰二磷酸酯（PIP2）稳态中的特异性变化与阿尔茨海默病（AD）发展的易感性联系起来，报道了miRNA-195可挽救AD发病机制中ApoE4诱导的认知缺陷和溶酶体缺陷。
首先，在ROSMAP数据集中的人类miRNA谱中，作者进行了ApoE4-/-和ApoE4+/-携带者之间的差异性表达分析，确定了16个显著不同表达的miRNAs，其中12个在ApoE4+/-携带者中表达减少（图1A）。同时，作者对用ApoE3或ApoE4条件培养基处理的ApoE/海马神经元进行了miRNA阵列研究（图1A），鉴定出30个显著差异表达的miRNAs (p< 0.05)，其中15个在ApoE4处理条件下表达减少。在这些miRNAs中，miR-195是唯一在ApoE4+和ApoE4-条件下差异表达的miRNA，这种情况在人类和小鼠的数据集中普遍存在（图1B）。此外，作者使用Spearman相关试验检查了ROSMAP数据集中synj1 mRNA和ROSMAP数据集中的所有miRNA之间的相关性，在所有受试者中，MiR-195与synj1 mRNA水平呈负相关（图1C）。同样，在所有女性受试者和ApoE3+/+携带者中，miR-195与synj1 mRNA水平呈负相关。综上，这些结果支持miR-195可以作为一个主要候选miRNA，并在调节ApoE-Synj1-PIP2中发挥作用。
图1 MiR-195被认为是参与APOE调控synj1表达的主要候选miRNA
作者为了验证ApoE4+/-和ApoE4-/-携带者之间miR-195的不同表达模式，接下来检查了人类脑组织和CSF中的miR-195水平，发现与ApoE4-/-供体的水平相比，来自ApoE4+/-轻度认知障碍（MCI）和临床痴呆评分（CDR）在0.5和1之间的早期AD受试者的顶叶皮层组织中的miR-195水平降低（图2A）。有趣的是，从正常老化到MCI和早期AD，miR-195的水平随着疾病的发展而降低（图2B）。使用来自CDR为0.5的MCI受试者的CSF样本(MCI定义为临床上的MCI)队列，CDR为0.5的MCI受试者（通过临床检查和神经心理学评估定义的MCI）， 发现，CSF miR-195水平与精神状态检查测量的认知表现呈正相关（ 图2C)，并与pTau水平呈负相关（图2D）.结果表明，大脑和CSF miR-195水平的降低与ApoE4基因型、认知能力下降以及在早期AD发展的tau病理学有关。
图2 脑和CSF样本中miR-195水平的降低与ApoE4基因型、疾病进展和认知能力下降有关
接下来，作者研究了miR-195水平的差异是否可以在小鼠模型和原代神经元中重现。我们发现，与ApoE3+/+小鼠相比，12月龄ApoE4+/+小鼠大脑中的miR-195水平更低(图3A)。在培养的ApoE -/-海马神经元中，与ApoE 3 CM相比，来自星形细胞的ApoE 4 CM的miR-195水平持续降低（图3B）。在有ApoE 3-CM的情况下，RAP治疗导致了miR-195水平的降低（图3C），而在ApoE 4-CM治疗条件下，miR-195水平在基线时低得多，在RAP治疗后有改善的趋势。这些结果表明，星形胶质细胞衍生的ApoE很可能与神经元上的ApoE受体结合，导致神经元miR-195的变化， ApoE4对神经元miR-195的表达表现出功能缺失的影响。
接下来，我们研究了在ApoE4+/+和ApoE3+/+KI小鼠体内，在没有和有AD转基因背景的情况下，过表达miR-195是否可以拯救ApoE4相关的认知功能障碍。作者发现ApoE4+/+KI小鼠比ApoE3+/+KI小鼠在探索新物体上花费的时间更少，通过向ApoE4+/+KI小鼠的双侧海马病毒递送miR-195完全消除了这种缺陷（图 4A）。表明miR-195过度表达完全挽救了ApoE4+/+KI小鼠受损的辨别行为。过表达miR-195也降低了ApoE4小鼠大脑中的脑磷酸化tau (pTau)水平（图4B）。
在ApoE 4+/+或ApoE 3+/+小鼠模型中进行了类似的实验，该模型具有5xFAD背景，在4-8个月大时表现出与AD相关的病理、神经炎症和行为表型。在这些小鼠模型中观察到性别差异反应，雄性ApoE4+/+FAD小鼠对miR-195操作最敏感（图4C）。在miR-195过度表达的ApoE4+/+FAD小鼠中也观察到p-Tau减少(图4D)。在ApoE4+/+和ApoE3+/+FAD小鼠大脑中，miR-195过表达后，通过酶联免疫吸附试验(图4E)和通过斑块数量和斑块密度测定的淀粉样斑块负担(图4F)，发现脑寡聚体Aβ42显著减少。然而，miR-195过表达后，可溶性Aβ40、Aβ42、holo-APP和BACE-1的水平没有显著变化。结果表明，在无AD和AD背景的ApoE4小鼠模型中，升高miR-195水平可以挽救ApoE4和AD相关的认知缺陷和病理改变。
图4 过表达miR-195可以挽救认知缺陷并改善ApoE 4小鼠模型中与AD相关病症
接下来，为了确定控制miR-195水平是否能改善AD相关病症，作者利用人类诱导多能干细胞（hiPSCs）衍生的神经元和星形细胞共同培养，对ApoE4+/+ AD受试者和ApoE3+/+正常老化受试者进行了研究。在基线时，与ApoE3+/+对应的细胞相比，ApoE4+/+的神经元（人类iPSC或小鼠）表现为溶酶体增大，每个细胞内的溶酶体数量增加（图5）。在人类iPSC衍生的ApoE4+/+ AD脑细胞中，提高miR-195的水平可以拯救溶酶体缺陷，而抑制miR-195则可以加剧这些现象。
图5 过表达miR-195可以挽救ApoE4 iPSC衍生的脑细胞的溶酶体缺陷
作者的数据揭示了miR-195在ApoE4基因型相关的认知和溶酶体缺陷中的调节作用，提供了大脑miR-195表达中ApoE 4 基因型特异性变化与AD相关表型（包括脑磷脂异常、认知缺陷、溶酶体缺陷和tau病理）之间的机制联系，这些研究可能会发现针对特定miRNA5的新型AD治疗策略。
精读原文链接：
Jiqing Cao, Min Huang, Lei Guo, Li Zhu, Jianwei Hou, Larry Zhang, Adriana Pero, Sabrina Ng, Farida El Gaamouch, Gregory Elder, Mary Sano, Alison Goate, Julia Tcw, Vahram Haroutunian, Bin Zhang, Dongming Cai. MicroRNA-195 rescues ApoE4-induced cognitive deficits and lysosomal defects in Alzheimer's disease pathogenesis. Mol Psychiatry. 2020 Jul 6;10.1038/s41380-020-0824-3.
编 译 / 李传兴
校 审/ 蔡玉洁
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