ApoE的研究进展及其在脑外伤发生中的意义

【摘要】载脂蛋白e(apoe)是血浆中主要的载脂蛋白之一，参与机体的脂质代谢及调节胆固醇平衡，其基因

多态性与多种疾病相关，在神经系统的正常生长和损伤后的修复过程起重要作用。近来发现其免疫反应性与脑损伤

时间有一定规律性，可望将其作为法医检案中判定脑损伤时间的客观指标。

【关键词】载脂蛋白e；免疫反应性i夕 伤性脑损伤；法医学

【中图分类号】d919．1

【文献标识码】a

【文章编号】1007—9297(20__)01—0072—04

the research and utilization of apoe on brain injury．l1u y帆 n ，huang ang he xinz,et a1．1．department of

forensic medicine，medical school,xi’an jiaotong university,xi’an 710061；2．department offorensic medicine，

medical school,beihua university,jilin 1320__

【abstract】apolipoprotein e is a major lipid transport protein in plasma，participating in the metabolism of lipid

and regulating balance of cholestero1． apoe gene polymorphism is associated with various kinds of diseases． in addition，

apoe has remarkable efect in neurological normal growth and reparative process after brain injury．recently，some investigations

show that apoe immunoreactivity is changed regularly after brain injury and time—dependent expression of apoe

suggests that it is an objective index for the estimation of brain injury age in forensic practice．

【key words】apolipoprotein e，immunoreactivity，traumatic brain injury，forensic science

对载脂蛋白e(apoe)的研究已经十分广泛，

apoe基因分为3种基因型和6种表现型，在神经系

统疾病中起到不同的作用，与受体相关蛋白结合后

发挥其功能。研究表明。apoe在神经组织损伤修复

中的机制日趋明显，根据临床预后的情况可作为判

断外伤性脑损伤预后的客观指标之一。在法医尸检

案例中检测出apoe的免疫反应性与死后损伤时间

存在一定的变化规律。本文就apoe近几年新的进

展作一综述。

一

、apoe的生物学特性

(一)apoe基因多态性

载脂蛋白e(apolipoproteine，apoe)是shore等

在1973年于正常人的极低密度脂蛋白(very low

density lipoprotein，vldl)中首先发现的，相对分子

量约为34 kd．apoe基因位于第19对染色体长臂

13区2带(19q13．2)，其基因全长为3．7 kb，包含4

个外显子，3个内含子，外显子长度分别为44 bp、66

bp、193 bp、860 bp，内含子长度分别为760 bp、1 092

bp、和582 bp。apoe蛋白前体由317个氨基酸组成，

被信号肽裂解后．变成含299个氨基酸的成熟蛋白

质。apoe的基因位点具有多态性．人类血浆中的

apoe有3种主要的异构体e2、e3、e4，有3个常见

的等位基因s2、s3、s4编码，形成6种表型：3种纯

合子(e2／2、e3／3、64／4)和3种杂合子(62／3、62／4、63／

法律与医学杂志20__年第14卷(第1期)

4)。其基因型的区别在于第112位和第158位上

cys和arg的互换。apoe2在这两个位点上均为半

胱氨酸残基。apoe3在112位点上为半胱氨酸残基，

在158位点上为精氨酸残基。apoe4均为精氨酸残

基。s3、apoe3／3分别是等位基因和基因型，e3是

apoe的野生型．是最常见的异构体 其基因频率为

77％，￡2和￡4基因频率分别为8％和l5％。

(二)apoe的蛋白结构

apoe是一种富含氨基酸的碱性蛋白，其一级结

构中有62％的a一螺旋结构，9％的p一片层结构，11％

的b一转角和18％无规则线团。经凝血酶水解作用

后。apoe分子可被分解为两个主要的结构域：n一端

区，c端区。n一端区(1—191)为22kda的可溶性球蛋

白，此区域较稳定，该片段的136—158位肽段位受体

结合位点，富含碱性氨基酸，也属于肝素结合区：c

端区(216—299)分子量为10kda螺旋程度很高，不

稳定，是与脂蛋白的结合区，由一段铰链区(165—215

位肽段)将两区域相连。i1i apoe的两个结构域相互

影响：c区影响受体结合活性，截去apoe2的c区

可明显降低受体的结合活性；n区影响c区的脂蛋

白结合属性，apoe3优先与hdl结合，而apoe4则

优先与vldl和idl结合，这种与脂蛋白结合的差

异性是由于n端112位cys—arg相互置换所致。

(三)apoe在体内的合成与分布及其生理功能

由肝脏合成的apoe约占血浆apoe总量的2／

3 3，4，肝实质细胞是合成、分泌apoe的主要场所。

脑组织中apoe的含量仅次于肝脏，研究表明apoe

富含于胶质细胞中，尤其是星形胶质细胞中，虽然神

经元不合成apoe，但其可以通过自身受体去吞噬

apoe，并且apoe存在于神经元的囊泡中。圜在血浆

中几乎所有的apoe均与脂蛋白相连，apoe主要分

布于极低密度脂蛋白(vldl)、高密度脂蛋白(hdl)、

中间密度脂蛋白(idl)及乳糜微粒(cm)中。

apoe通过自身的脂质结合域，可以与vldl和

hdl结合运输胆固醇和甘油三酯，在脂质运输及代

谢过程中发挥重要作用，参与细胞对脂蛋白的吸收。

apoe2与ldl受体的结合活性很低，因而易形成ⅲ

型高脂蛋白血症。【3】高水平的apoe能阻延脂酶对脂

蛋白的脂解。apoe敲除小鼠血浆中胆固醇含量升

高，是因其破坏了肝对vldl和cm的摄取并造成

这些颗粒的积累所致，结果在apoe敲除小鼠中会

形成动脉粥样硬化。

脑中的apoe由星形胶质细胞合成，是脑脊液

中的主要载脂蛋白，可以通过与ldl和vldl受体

· 73 ·

结合的形式进人神经元细胞。 脑中的apoe与脂质

和胆固醇的运送和清除有关，并可维持细胞膜和神

经纤维网的稳定性，在质膜的修复过程中，调控脂质

和胆固醇的分布，对受损神经元维持其树突的重塑

性至关重要。【5j apoe在神经组织损伤修复中发挥重

要作用，可维持脑环境中的胆固醇平衡，在外周神经

损坏修复过程中能以亚型特异的方式影响神经元的

生长，参与髓鞘脂代谢及神经损伤的修复。在神经元

的生长中，apoe也具有亚型特异性，apoe4与微管蛋

白的解聚有关，抑制神经元细胞生长，而apoe3则能

阻止tau白的去磷酸化，因而维持tau蛋白的稳定性，

与细胞微管相结合，稳定细胞骨架，促进神经元细胞

的生长。此外，脑中的apoe是一个多功能分子，在淀

粉样蛋白沉积与清除、稳定微管蛋白结构、细胞内信

号传导、免疫调节、糖代谢、氧化应激、脂质代谢及其

他细胞过程中发挥潜在作用。[61

二、apoe的基因多态性与临床疾病

(一)apoe与阿尔采默病(alzheimer disease，

aid)

ad是老年痴呆(senile dementia，sd)中较常见

的一种，其病因未明，系神经系统的变性性疾病，临

床上表现为进行性的智力障碍。aizawagt7~研究表明

在90％ 以上的淀粉样沉淀中都有apoe的成分，

apoe含量的增加可直接促进淀粉样纤维的形成。

ad的主要病理改变是大脑皮质和皮质下神经元出

现含b一淀粉样蛋白(amyloid13一protein，a13)的老年

斑(senile plagues，sps)和过度磷酸化的微管相关蛋

白结成的神经元纤维缠结(neurofibrillary tangles，

nfts)。目前认为，apoe4是ad发病的高危因子，

sps和nb-qs中均有apoe4的存在。apoe4与a13结

合较为紧密可促进a13发生沉淀。i8】免疫化学研究

apoe4主要位于ad病人的淀粉样老年斑中，老年

斑的主要成分是a13多肽，它是由淀粉样前体蛋白

(amyloid precursor protein，app)降解所产生的。多肽

结合于apoe4，此种结合关系具有亚型特异性。

apoe在ad病理可能的作用机理为：(1)与b一淀粉

样物质ab肽作用，影响ad病人的淀粉样沉积形

成；(2)与tau蛋白结合，通过影响微管的结构，调节

tau蛋白磷酸化，继而影响双螺旋丝(phf)的形成；

(3)参与受损神经纤维的恢复、突触生成和神经再生

过程的营养作用。㈣apoe2和apoe3能与tau蛋白

结合，防止tau蛋白磷酸化，从而保护神经细胞。遗

传分子生物学发现ad与染色体有关，即19号、14

· 74 ·

号和21号染色体异常。本病有遗传异质性，可由不

同染色体上的两个或多个病理基因引起。

f二)apoe与动脉粥样硬化

apoe具有抗动脉粥样硬化的作用。高胆固醇血

症是动脉粥样硬化的主要危险因素。贯穿于泡沫细

胞形成的始终。apoe能促进外周细胞胆固醇的流出

和血浆胆固醇脂蛋白的清除。【“】此外还可减低ldl

和vldl的形成，从而抑制泡沫细胞的形成。ross[ 21

明确称动脉粥样硬化是一种发生于大、中血管的慢

性、特异性炎症。参与此炎症反应的细胞及组织主要

有血管内皮细胞、血管平滑肌细胞、单核细胞、淋巴

细胞、血小板及许多细胞外基质，它们在被激活的情

况下。分别合成、释放、接受不同的活性因子，通过特

异性受体介导和细胞内信号转导等方式形成效应。

apoe现被证实能抑制早期信号转导。阻止淋巴细胞

的增殖。此外apoe还能通过精氨酸一一氧化氮(no)

信号转导通路激活no合酶，刺激血小板产生足够的

no释放到胞外。抑制血小板聚集。防止血栓的形成。

[13／apoe在动脉硬化中发挥潜在的作用。在非动脉硬

化的人动脉内膜中检测不到apoe．但在病灶处

apoe的含量却很高。在apoe敲除小鼠不喂高脂食

物的情况下。其动脉粥样硬化的程度明显加剧。然而

把肝中的apoe基因转入apoe敲除小鼠中。动脉粥

样硬化就能很快恢复。但其机制不详。[14／近来研究发

现。apoe4与血脂代谢异常有关。携带apoe4等位基

因的人群具有较高的血浆胆固醇和ldl胆固醇水

平，而携带apoe2等位基因的人群却与之相反。

三、apoe在神经系统中的作用

apoe在中枢神经系统(cns)生长发育、成熟衰

老和损伤修复过程中发挥重要作用。(1)apoe直接

参与了神经系统脂质的再分配和胆固醇平衡。中枢

神经系统(cns)损伤之后，作为脂质载体分子的

apoe主要参与了cns中的脂质代谢。调控胆固醇的

动员和再分配、再生长。在cns突触重塑过程中，必

须依靠apoe才能大量动员胆固醇和磷脂完成对突

触的修复和重建。在vldl存在时。apoe3可同时促

进神经元的扩展和分枝，e4则不能。poirier[ 5j对神

经系统损伤修复的研究发现，中枢神经损伤之后，星

形细胞吞噬突触前末梢形成微小的颗粒。这些由树

突末梢衍生来的卵形小体释放大量富含脂质的神经

胶质，为新的突触和树突形成做准备。星形细胞中高

水平胆固醇的聚集。诱发apoe的合成。apoe和胆固

醇形成非极性的复合体分子后。再经低密度脂蛋白

法律与医学杂志20__年第14卷(第1期)

(ldl)受体介导使胆固醇进入循环或直接到达cns

的靶区域(颗粒细胞神经元)。胆固醇进入神经细胞

后，被转运至树突区域或末梢，用于膜和突触的再生。

这表明apoe是通过调节脂质运输来调控神经元修

复和再生过程的。(2)调节中枢神经系统细胞骨架的

稳定作用。masliah[ 司的研究结果表明，apoe缺失的

纯合子小鼠。其大脑新皮层和边缘系统表现出明显

的触突和树突的改变。微管相关蛋白map2等免疫

活性降低，胶质纤维酸性蛋白(gfap)高度增加，树

突呈现空泡、膨胀和不规则状。而对照组则没有前述

变化。进行超微结构分析发现，微管发生重排呈碎片

状，内膜系统肿胀。空泡化。前突触末梢明显膨大，突触

小囊数目减少。apoe缺失的纯合子小鼠脑组织超微

结构的变化。提示apoe通过稳定神经细胞骨架结构

来维持突触结构功能的协调完整性。新近研究发现，

apoe能够与两种微管蛋白map2和tau相互作用，

apoe与map2和tau蛋白之间的亲和力表现了明

显的多态性差异。map2和tau蛋白在体内都有稳定

细胞骨架结构的功能。apoe3体外能与map2和tau

蛋白形成稳定的复合物，而e4却不能。

四、apoe与外伤后脑损伤(traumatic brain injry，

tbi)的预后

在新近的临床研究中发现。apoe可以影响外伤

后脑损伤(tbi)的预后。[171在100名tbi患者中，测

得apoe4(+)的患者19人。另外81名患者为apoe4

(一)。在受损因素、脑损伤类型及治疗过程均无明显

差异的情况下。损伤后6个月：19名apoe4(+)的患

者中的1o人出现了不良的结果(死亡、植物人、终身

残疾)。其发生率为52．6％；而在81名apoe4(一)的

患者中的20人出现了以上几种不良结果。发生率为

24．1％ 。(p=0．017)，在tbi后，apoe4(+)患者的住院

时间和不良预后与apoe4(一)患者有显著差异。因此

apoe4可以预测tbi的不良预后。用它作为指标要

比损伤年龄和损伤后昏迷 时间准确许多。虽然

apoe4与tbi后患者的不良预后病理生理机制不十

分明确。但大量的临床资料已证明了其存在于tbi

的患者中并且多为不良结果。apoe4在脑损伤后影

响突触的完整性。其作为一种负向调节因子影响

apoe3的有益作用，对神经元生长起到抑制作用。[i8／

有资料显示。在一些tbi存活的案例中发现。apoe4

的增加是急性脑损伤发展成ad的易感因素，ad发

病的危险程度较apoe4(一)的患者增加了3倍以上。

[191是否能将其作为一种tbi预后的不良指标有待于

法律与医学杂志20__年第14卷(第1期)

继续深入探讨。

五、apoe与脑损伤时间的相关性研究

apoe在脑中主要由星形胶质细胞产生，以胆固

醇和脂蛋白转运的方式调节突触的重塑和细胞间的

物质转换。在tbi动物模型中已证实了apoe在脑

细胞中的无序分布。[20】小鼠缺血性脑损伤后，apoe

被星形胶质细胞和损伤神经元选择性摄人，其免疫

反应性在易受损的神经元中也被发现，apoe聚集在

受损神经元的胞质当中。在法医尸检tbi后存活2 h

的案例中，『2 】于受损区域的毛细血管和损伤半球的

神经元网状纤维周围发现了apoe的免疫反应性，

而且在损伤的脑皮质的神经元和出血区域深部附近

的星形胶质细胞中同样存在apoe的免疫反应性。

在外伤后存活4～10 d的案例中也发现了类似的分

布，并且其数量随时间的延长呈递增趋势。在tbi后

存活超过10 d的案例中，apoe的阳性分布类似于

tbi后存活4h的案例，但其染色程度和阳性细胞计

数水平均明显下降。在没有脑损伤及tbi后1．5 h的

案例中没有发现apoe的免疫反应性。研究还发现

损伤半球对侧脑皮质中有少量apoe的染色，但没

有检测到apoe的免疫活性，随着tbi存活时间的

延长，在超过23 d的案例中损伤对侧组织间隙的毛

细血管和周围的神经纤维网中均未发现apoe的免

疫反应性。资料显示能够在tbi后存活时间较长的

案例中检测到apoe免疫活性，甚至长达5个月。鉴

于现有的资料还不能测定apoe亚型，在未来研究

中apoe的基因分型将用于中枢神经系统急慢性损

伤的应答，按其tbi后表达时间顺序的变化规律可

望作为一种客观指标用于法医学检案中颅脑外伤后

损伤时间的推断。

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(收稿：20__—04—19；修回：20__—12—11)