摘要
脑血管疾病是阿尔茨海默病(AD)的重要组成部分，但其发病机制尚不明确。AD最强的遗传风险因子APOE4与多种脑血管病变相关，包括血管淀粉样蛋白积累和纤维化。APOE4还会导致脑血管脆性增加，使得目前唯一有效的AD治疗药物——抗淀粉样蛋白单克隆抗体，在APOE4携带者中存在较高出血和水肿风险。为阐明APOE4对脑血管细胞的影响机制，我们构建了涵盖APOE4携带者和非携带者的人类脑血管高分辨率单细胞转录组图谱。
研究发现APOE4个体的微血管周细胞数量显著减少。值得注意的是，这种减少伴随着一类特异表达收缩和细胞外基质(ECM)基因的肌成纤维细胞样壁细胞出现。免疫组化证实，在APOE4携带者的海马脑区微血管周围存在肌成纤维细胞，而同龄APOE3/3对照组（包括AD病例）中未见此类细胞。肌成纤维细胞的存在与血管周围纤维连接蛋白和淀粉样蛋白的显著增加密切相关。
在老年APOE4/4小鼠而非APOE3/3小鼠的微血管周围同样检测到肌成纤维细胞，表明这种表型由APOE4基因型直接导致，而非人脑组织处理的技术假象。通过人源性脑类器官(miBrain)模型研究发现，APOE4/4 miBrain显示微血管周细胞覆盖率显著降低，同时出现共表达ECM和收缩基因的肌成纤维细胞。谱系示踪和遗传混合实验证实肌成纤维细胞源自APOE4周细胞，并分泌富含纤维连接蛋白的ECM。在APOE4壁细胞中敲低纤维连接蛋白可显著减少血管淀粉样蛋白沉积。
通过NicheNet算法对死后人脑单细胞转录组数据进行分析，预测TGF-β是周细胞向肌成纤维细胞转化的主要驱动因子。与预测一致，在APOE4携带者中星形胶质细胞的TGF-β配体和壁细胞的受体表达显著上调。在APOE4 miBrain中化学或基因抑制TGF-β信号可显著减少肌成纤维细胞数量，同时增加周细胞微血管覆盖率，最终将血管纤维化和淀粉样蛋白沉积降低至APOE3水平。
这项综合运用人类死后脑组织分析、APOE人源化小鼠模型和人源iPSC衍生脑组织的三重研究，揭示了APOE4通过增强TGF-β信号传导引发周细胞向肌成纤维细胞转化，进而导致血管纤维化和淀粉样蛋白沉积的机制。该发现为APOE4相关的脑血管功能障碍提供了关键见解，为AD高风险人群的诊断和治疗策略开发奠定基础。
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