今年五月，《自然医学》杂志发表的来自西班牙科学家J Fortea团队的研究报告再次引起媒体和科学界的热议[1]。该研究收集来自国家阿尔茨海默病协调中心（National Alzheimer’s Coordinating Center, NACC）的3,297位脑组织捐赠者的病理数据和目前已经发表的5个多中心临床研究的阿尔茨海默病生物标记队列数据，分析尸检病理发现和临床生物标记（in vivo biomarker）之间人群中携带特定基因并表达相关生物或疾病特征的个体比例（外显率）。结果发现几乎所有携带载脂蛋白E（apolipoprotein E, APOE4）双基因参与者的脑脊液均呈现出异常水平的β淀粉样多肽（amyloid-β peptide 1–42, Aβ1–42）和tau蛋白（phosphorylated tau at residue 181, pTau181），而目前这些蛋白纠缠堆积被认为是阿尔茨海默病的主要病理改变。从55岁开始，对比APOE3/3双基因携带者，APOE4/4双基因携带者表现出更高水平的异常生物标记。到65岁时，几乎所有APOE4/4双基因携带者（>90%）都表现出异常水平的脑脊液β淀粉样蛋白，而且四分之三的携带者的淀粉样蛋白扫描都呈阳性。在人们达到80岁时，88%的APOE4/4双基因携带者的淀粉样蛋白和tau蛋白水平表现出异常，表明APOE4/4双基因的阿尔茨海默病生物学随着年龄的增长几乎完全外显。具备这些标记物参与者的患病率也随之增加。另外，APOE4/4双基因、APOE4单基因和APOE3/3双基因携带者出现症状的年龄分别是65岁、70岁和74岁，他们确定患阿尔茨海默病的年龄分别是74、79和83岁，因此携带APOE4/4双基因的人比其他人更早出现症状。该研究得出的结论是，APOE4/4双基因是阿尔茨海默病的一种遗传形式（图1，2）。
这项研究被各大媒体争相报道。CNN报道说“已知会增加患阿尔茨海默病风险的基因实际上可能是这种疾病的遗传形式”[2]。《纽约时报》报道称“对于某些阿尔茨海默病来说，遗传是一个原因，而不仅仅是一种风险”。媒体如此报道并非空穴来风，毕竟这项研究发现，拥有APOE4/4双基因拷贝的人不仅更有可能发生导致阿尔茨海默病的生物学变化，而且有88%的APOE4/4双基因携带者会（240/273）出现阿尔茨海默病症状，相比APOE3/4单一基因和APOE3/3双基因携带者患阿尔茨海默病的比例（分别为75%和54%），显然APOE4/4双基因携带者出现阿尔茨海默病症状的可能性更高（图3）。
载脂蛋白E(APOE)基因
美国杜克大学医学中心的学者最早提出APOE基因是和阿尔茨海默病有关联的风险基因[3-5]。他们发现在42个晚发阿尔茨海默病家庭中，随着APOE-ε4等位基因（allele）数量的增加，阿尔茨海默病风险从20%增加到90%，平均发病年龄也从84岁下降到68岁。APOE-ε4在遗传上与常见的晚发家族散发性阿尔茨海默病相关，其基因拷贝数量是迟发性阿尔茨海默病病发的主要危险因素。
APOE基因在人类中具有多态性，由三个等位基因（ε2、ε3和ε4）组成，参与产生三种不同的APOE蛋白亚型：APOE2、APOE3和APOE4。每个人都会继承两个APOE等位基因，分别从亲生父母各继承一个，这意味着有六种可能的组合：APOE2/2、2/3、2/4、3/3、3/4和APOE4/4。其中APOE-ε2可能提供一些针对阿尔茨海默病的保护作用，携带APOE-ε2等位基因的人患阿尔茨海默病通常比携带APOE-ε4基因的人发病时间要晚。大约5%-10%的人拥有APOE-ε2等位基因。APOE-ε3是最常见的等位基因，约占77%。该基因对阿尔茨海默病没有太大的影响，既不会降低也不会提高患阿尔茨海默病的风险。而如上所述，APOE-ε4等位基因会提高患阿尔茨海默病的风险，尤其是携带APOE-ε4/4双基因的人，几乎可以确定他们会患阿尔茨海默病，大约15-25%的人拥有这种等位基因，2-5%的人携带双拷贝[6,7]。
APOE基因位于19q13染色体上，在中枢神经系统基因编码表达APOE载脂蛋白，参与髓磷脂和轴突膜的修复、生长和维护。在周围血液中，APOE在胆固醇和甘油三酯代谢中发挥着关键作用[8]。其他研究报道APOE在提高生育能力、抵抗感染、降低围产期和婴儿死亡率也起到作用[9]。值得关注的是一些研究表明携带APOE-ε4基因的人比携带其他等位基因的人有轻微的认知优势，至少在阿尔茨海默病临床发病之前，APOE-ε4基因携带者在认知测试中表现更好[10]，尽管β淀粉样蛋白水平表现异常的人的认知测试平均表现略差于其他人，但是似乎在初期APOE的好处可以抵消淀粉样蛋白造成的伤害？抑或者APOE-ε4基因同时具有有益和有害的作用，其中有害的作用在生命衰老和自然选择力量较弱时，使平衡发生了变化，使得等位基因的不显的功能也作用和显现出来？
阿尔茨海默病与大脑中的β淀粉样蛋白积累密切相关，但是蛋白积累的开始早于疾病出现临床症状数年。携带APOE-ε4基因者对比其他等位基因的人会更多（4：1）表现出异常的β淀粉样蛋白积累（37.5%比9.7%）[10]。
虽然携带APOE4/4双基因患阿尔茨海默病的风险非常高，但一些携带APOE-ε4等位基因的人并不一定会患上这种疾病。而且，文章第一作者Fortea在接受采访时也表示阿尔茨海默病患者中仅仅有15%的人携带APOE双基因[11]。因此，虽然APOE4基因会引起与该疾病相关的生物变化，如在大脑中形成β淀粉样蛋白斑块，但是拥有一两个该基因的拷贝并不总是会导致认知能力下降等类似的临床症状。有学者认为可能是因为同时保护大脑的其他遗传或环境因素存在，而在研究中没有办法完全剔除这些因素；也可能其他位点遗传可能比APOE更重要[12]。毕竟除了APOE4，阿尔茨海默病还可能与其他80多种遗传因素相关。比如，在与阿尔茨海默病相关的基因变异的研究中，另外三种会导致这种疾病的罕见单基因变异也被广泛地研究和报道，包括21号染色体上的淀粉样前体蛋白（APP），14号染色体上的早老素1（PSEN1），1号染色体上的早老素2（PSEN2）。如果亲生父母有携带这三个基因之一的遗传变异，那么他们的孩子就有一半的机会继承该变异基因，如果该变异具有遗传显著性，那么孩子患早发性阿尔茨海默病（<65岁）可能性就非常大。大约有10%的阿尔茨海默病患者属于早发性，而在出现这种情况的人中，10%-15%是由于APP、PSEN1和PSEN2的基因变化。另外，患有唐氏综合症（Down syndrome）的人所携带的额外的21号染色体上也有着该APP基因，也使超过50%的唐氏综合症患者会发展出早发性阿尔茨海默病。这三个基因的变化也会导致产生与该疾病相关的异常蛋白质，并在大脑中聚集形成斑块，这是阿尔茨海默病的一个明确的病理改变。
关于携带APOE-ε4基因的人患阿尔茨海默病的风险的科学研究已经有近三十年，携带杂合等位基因的人患阿尔茨海默病的风险高出3到4倍，而携带APOE4/4纯合等位基因的人患阿尔茨海默病的风险高出12到16倍，于是普遍认为APOE-ε4基因是阿尔茨海默病风险因素[13]，最新的研究确定了APOE-ε4基因是某些早发散发性阿尔茨海默病遗传基础[1]。尽管阿尔茨海默病的发展还和很多其他遗传因素、环境因素、生活方式和大脑衰老有关[13]，但无论如何，深入研究这些可能与阿尔茨海默病相关的基因以及它们在疾病发展中的作用，无疑会帮助科学家们找到更多方法来减缓病情进展、推迟发作、缓解症状，甚至预防阿尔茨海默病。
基因疗法在阿尔茨海默病中的应用
如果携带APOE-ε4基因能够被确定是导致阿尔茨海默病最根本的遗传基础，科学家就能够通过基因编辑技术CRISPR/Cas9精确修改并编辑基因，以纠正与阿尔茨海默病等疾病相关的基因或基因突变。事实上，运用CRISPR/Cas9技术在阿尔茨海默病或其他中枢退行性疾病方面的研究已经变得越来越普遍。麻省理工学院（MIT）和哈佛大学的研究团队采用CRISPR/Cas9技术编辑了来自散发性（sporadic）阿尔茨海默病患者的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell, iPSC）的APOE4等位基因，将APOE4转化为APOE3可减弱脑细胞（如神经元、胶质细胞等）与阿尔茨海默病相关的表现型（phenotype）。然而，两者神经元的β淀粉样蛋白（Aβ42）分泌水平并没有明显差异[14]。在另一项研究中，研究者采用CRISPR/Cas9技术将两个阿尔茨海默病个体iPSC中的APOE4等位基因纠正为APOE3/3基因型，与未编辑的APOE3神经元相比，APOE4神经元细胞表现出增强的tau磷酸化和ERK1/2磷酸化，并以异构体依赖性方式在细胞外释放更多的磷酸化tau蛋白[15]。
在2023年阿尔茨海默病协会国际会议（AAIC）上，报道了一项研究——在阿尔茨海默病小鼠模型中，研究人员采用CRISPR技术对APP基因进行编辑，结果发现CRISPR治疗可以减少β淀粉样蛋白斑块和相关脑部炎症标志物，增加神经保护性APP生成物并纠正行为和神经系统功能缺陷。而且，CRISPR编辑不会对正常小鼠产生不良副作用[16]。而在会议上报道的另一项研究中提到，通过CRISPR/dCas9编辑技术，降低了阿尔茨海默病患者的诱导iPSC衍生的微型大脑和人源化小鼠模型的APOE4水平，同时并未影响其他中性或保护性的APOE变体[17]。
虽然基因组编辑技术在治疗神经退行性疾病方面具有广阔的前景，但用它来治疗阿尔茨海默病仍然具有挑战性。一方面阿尔茨海默病是一种复杂的疾病，多种影响因素如环境和生活方式等都会影响阿尔茨海默病的发展，到目前为止完全治愈这种疾病似乎依旧不太可能。而且，在CRISPR/Cas9基因编辑技术转化为治疗人类疾病的临床手段之前，其安全问题、脱靶效应和递送方法都需要慎重考虑和优化。不容置疑，在临床前研究中，基因治疗已在动物模型上显示出激动人心的结果，证明了该技术具有治疗阿尔茨海默病的潜力。所以尽管存在一些挑战，基因编辑技术在治疗神经退行性疾病方面的潜在益处仍应被重视。
从最初的研究表明APOE-ε4基因是阿尔茨海默病症的遗传风险因素（genetic risk factor）到如今更加确定它是一种遗传形式（distinct genetic form），科学家对APOE-ε4基因在阿尔茨海默病中的作用的认知又提高了一层，但是也只能说明APOE-ε4基因遗传是导致某些阿尔茨海默病的原因之一。对于阿尔茨海默病而言，针对某种基因的持续研究在完善基因治疗手段和提高其控制疾病症状和进展的有效性是非常重要的。然而，阿尔茨海默病是一种多因素疾病，也可能是由多个基因与环境因素相互作用引起的，不仅仅局限于已知特定的遗传模式。因此，多基因综合评分和综合治疗可能仍将是未来的研究方向。