《Frontiers in Aging Neuroscience》：LRP1 at the crossroads of Aβ clearance and therapeutic targeting in Alzheimer’s disease
编辑推荐：
本综述系统阐述了低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1）作为血脑屏障（BBB）清除β-淀粉样蛋白（Aβ）核心受体的关键作用。文章详细分析了LRP1的结构功能、在Aβ和tau代谢中的双重角色、影响其功能的因素（如载脂蛋白E（APOE）亚型），并总结了当前靶向LRP1的治疗策略（包括药物与基因疗法），论证了LRP1作为阿尔茨海默病（AD）治疗靶点的巨大潜力与面临的挑战。
LRP1结构功能
LRP1是一种属于低密度脂蛋白受体（LDLR）家族的I型跨膜蛋白，广泛表达于神经血管界面的内皮细胞、血管壁细胞、神经元和星形胶质细胞中。它由一个515 kDa的α链（配体结合域）和一个85 kDa的β链（跨膜信号域）通过弗林蛋白酶（Furin）介导的切割产生，并通过非共价相互作用保持关联。其胞外区包含四个配体结合域（I–IV），其中II和IV域是主要结合位点。胞质尾部包含两个NPXY基序和一个YXXL基序，在内吞机制中起关键作用。LRP1还可被α-和β-分泌酶切割，产生一种可溶性循环形式，称为可溶性LRP1（sLRP1）。
Aβ跨血脑屏障转运
Aβ不仅存在于AD患者大脑中，也存在于健康个体的脑脊液（CSF）和血浆中，CSF中Aβ水平约为血浆的10倍。研究表明，AD患者大脑中Aβ积聚主要源于清除机制受损，而非产生速率增加。Aβ通过多种途径从大脑清除，包括神经元和胶质细胞摄取、跨血脑屏障转运至循环系统进行全身代谢、酶降解、通过间质液（ISF）的 bulk flow 清除以及吸收到CSF中。其中，LRP1介导的清除速度显著快于其他途径，效率高出多达六倍。定量数据显示，LRP1约占Aβ1–42跨血脑屏障清除的47.5%，约占Aβ总清除的27%。此外，估计有40–60%的大脑来源Aβ通过中枢神经系统外的外周途径降解。Aβ与LRP1的亲和力高度依赖于Aβ的聚集状态，原纤维和寡聚体Aβ形式与单体形式相比，与LRP1的结合亲和力要高得多。除了LRP1，晚期糖基化终末产物受体（RAGE）和P-糖蛋白（P-gp）也对Aβ跨血脑屏障转运至关重要。RAGE主要表达于脑内皮细胞，促进Aβ从细胞外表面向大脑内转运；P-gp是一种ATP依赖性外排转运蛋白，主要表达于神经元、胶质细胞和内皮细胞，直接与Aβ相互作用并将其从内皮细胞泵入血流。在AD模型中，LRP1、P-gp和RAGE的表达水平发生显著变化，这可能是导致大脑Aβ积聚的起始因素。
LRP1在Aβ和tau代谢中的作用
LRP1影响Aβ产生。研究表明，LRP1的胞质C端结构域与淀粉样前体蛋白（APP）的胞质结构域相互作用，影响Aβ产生。长期在受体相关蛋白（RAP）存在下培养细胞会导致细胞表面APP水平增加和Aβ合成显著减少。在稳定表达LRP1的中国仓鼠卵巢（CHO）细胞中，APP水平降低，而在LRP1缺陷细胞中，APP在表面积聚。在PDAPP小鼠大脑中，LRP1的过表达被发现会增加随年龄增长的可溶性大脑Aβ水平。一项研究表明，体内LRP1破坏将APP加工从产生Aβ的淀粉样蛋白源性β-分泌酶切割转向非淀粉样蛋白源性α-分泌酶切割，表明LRP1功能障碍可能有助于减少Aβ产生。然而，另一项研究报道，在APP转染的细胞中，LRP1与APP竞争γ-分泌酶以减少Aβ产生。这些相互矛盾的发现可能归因于细胞类型、实验条件和LRP1功能状态的差异。
LRP1与Aβ清除。LRP1下调导致大脑中Aβ净积聚，加剧神经变性，并通过激活小胶质细胞的促炎表型在AD病理中形成正反馈循环。最近研究发现，磷脂酰肌醇结合网格蛋白组装蛋白（PICALM）的缺失会降低小鼠的Aβ清除率并加速Aβ病理。此外，血管平滑肌细胞中LRP1的缺失会破坏沿脑血管的溶酶体介导的Aβ清除，导致Aβ沉积加剧，表明LRP1在局部Aβ降解中起作用。在原代小鼠星形胶质细胞中，敲除LRP1不仅损害Aβ摄取和降解，还下调Aβ降解酶，表明LRP1也可能影响细胞外Aβ代谢。
LRP1在人体多个器官高表达，包括肝脏、大脑、肺、肠道和血管系统。当血液流经肝脏时，LRP1通过介导受体内吞和溶酶体降解清除13.9%的Aβ42和8.9%的Aβ40，Aβ代谢物通过胆管排泄到肠道。同时，肾脏主要通过肾小球滤过消除Aβ，这些器官共同帮助维持外周Aβ稳态。根据"外周池"假说，外周和大脑Aβ池之间存在动态平衡，上调肝脏LRP1水平可增强外周Aβ清除，促进大脑Aβ通过血脑屏障进入血流被清除。值得注意的是，血浆Aβ水平随年龄增长而增加，表明肝脏Aβ摄取存在年龄依赖性下降。这表明肝功能障碍可能导致大脑Aβ积聚并加速AD进展。LRP1不仅是循环中肝脏Aβ摄取的主要受体，也是肝脏中Aβ清除受体。肝脏特异性过表达LRP1已显示可通过增强外周Aβ隔离来减少大脑Aβ负荷，并挽救APP/PS1小鼠的突触可塑性缺陷和空间记忆障碍，支持了外周池假说的治疗潜力。
LRP1在tau病理中的作用。研究表明，敲除LRP1会显著降低胶质母细胞瘤细胞和多能干细胞来源神经元中的tau摄取。在体内，下调LRP1可有效限制tau传播小鼠模型中神经元间的tau传播。然而，鉴于LRP1在Aβ清除中的关键作用，抑制LRP1以减少tau传播可能同时损害Aβ清除，需要仔细评估其治疗潜力。研究表明，向C6细胞添加寡聚tau（TauO）会下调LRP1水平，而硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）缺陷细胞中LRP1表达上调，表明表面HSPG影响LRP1介导的tau摄取。因此，靶向HSPG可能提供一种减少tau内化的策略。LRP1也结合并加工单体tau，促进其降解并促进病理性tau的播种。最近发现进一步表明，TauO通过NADK2上调线粒体NADPH合成，影响LRP1介导的TauO内化。此外，LRP1可能通过介导tau原纤维的跨屏障转运参与肠-脑轴，这为通过调节肠道微生物组或肠道特异性抑制LRP1来阻断tau病理传播提供了新策略。
LRP1的其他代谢功能。除Aβ和tau代谢外，LRP1还具有多种其他功能。其胞内结构域易位至细胞核后，可调节基因转录和表达，并作为细胞内衔接蛋白的支架。LRP1还通过与血小板衍生生长因子（PDGF）、N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体和下丘脑中的瘦素/瘦素受体复合物相互作用来调节各种信号通路。此外，LRP1通过与胰岛素受体相互作用并降低神经元中葡萄糖转运蛋白GLUT3和GLUT4的水平，在胰岛素信号和葡萄糖代谢中发挥作用。在野生型小鼠中静脉注射IGF1R/IR激酶抑制剂会显著降低LRP1水平，凸显了其在胰岛素信号中的重要性。在糖尿病中，高葡萄糖环境和实验性糖尿病模型会降低血脑屏障处LRP1的表达和功能，降低Aβ清除并加重认知障碍。在神经退行性疾病中，LRP1是神经元摄取α-突触核蛋白的关键调节因子，也是帕金森病中其传播的关键介质。这些发现强调了LRP1多样的代谢功能，表明其失调可能导致各种病理状况和疾病结局。
影响LRP1功能的因素
载脂蛋白E（APOE）的代谢影响。作为体内关键受体，LRP1功能受多种因素影响，其中APOE是一个重要因素。LRP1介导的Aβ跨血脑屏障转运受APOE调节。研究发现，饮食相关变化（尤其是高脂饮食）可进一步扰乱肠-脑-脂质轴，影响血脑屏障通透性以及LRP1和APOE等关键蛋白的表达/功能。APOE的多态性变体（ε2/ε3/ε4）通过调节Aβ-LRP1复合物的稳定性和清除效率显著影响AD风险。肠道微生物群组成及其代谢物（如短链脂肪酸和次级胆汁酸）调节APOE表达及其神经保护或病理作用，例如APOE2携带者通常拥有通过更高水平有益代谢物支持神经保护的肠道微生物组，而APOE4则与神经保护减弱、胆固醇稳态紊乱和Aβ病理增加相关。在携带APOE ε4等位基因的早发性AD（EOAD）患者中，脑脊液中磷酸化tau181（P-tau181）水平高于晚发性AD（LOAD）患者。这可能是EOAD患者表现出更严重记忆和认知衰退的原因之一。此外，ε4等位基因对EOAD和LOAD中tau与Aβ之间的关系有不同的影响。作为晚发性AD最重要的遗传风险因素，APOE ε4按等位基因数量增加AD风险并降低发病年龄。APOE4还通过其与LRP1的神经元特异性相互作用促进早期Aβ播种。然而，当ε4携带者中APOE ε4表达降低时，总体APOE水平会增加，导致大脑中Aβ积聚减少。
APOE表达在Aβ-LRP1复合物跨血脑屏障的内吞和转胞吞作用中起关键作用。例如，研究表明人APOE转基因小鼠比APOE敲除或野生型小鼠更有效地清除Aβ。而且，与游离Aβ相比，APOE结合的Aβ在小鼠血脑屏障的清除率降低。APOE亚型直接与LRP1相互作用，并可能竞争Aβ的细胞清除，从而不同地影响大脑Aβ清除。与表达apoE2和apoE3的小鼠相比，表达apoE4的小鼠在APP/PS1模型中表现出海马Aβ沉积增加。此外，研究表明APOE4-Aβ复合物不是由LRP1清除，而是由极低密度脂蛋白受体（VLDLR）清除，而APOE2-Aβ和APOE3-Aβ复合物由LRP1和VLDLR共同清除，其内化速率比APOE4-Aβ快。此外，研究表明LRP1在APOE ε4携带者中加剧Aβ病理，而在非携带者中未观察到这种效应，并且敲除神经元LRP1将阻止APOE4诱导的Aβ病理。然而，这种治疗方法可能产生严重的病理后果，需要进一步研究。
遗传影响因素。LRP1表达也受遗传因素调节。转录抑制因子SREBP2负向调节LRP1表达。参与血管和代谢功能的基因可通过SREBP2影响中枢神经系统的Aβ清除。例如，编码GLUT1的SLC2A1基因缺陷导致SREBP2转录因子上调，从而降低LRP1表达。此外，AD患者脑内皮细胞中SRF/MYOCD的过表达与年龄匹配的健康对照相比显著降低LRP1水平。血管分化和重塑调节因子MEOX2在AD中下调，低水平的MEOX2促进LRP1的蛋白酶体降解以降低其表达。然而，另一项研究报道，MEOX2单倍体不足不影响APP/PS1小鼠的Aβ斑块沉积。相互矛盾的发现可能是由于研究模型的差异，需要进一步研究MEOX2对LRP1表达的影响。
其他影响因素。LRP1表达的年龄依赖性下降可能是LOAD高患病率的关键分子基础。此外，多种蛋白酶，包括β-分泌酶1（BACE-1）、膜型1基质金属蛋白酶（MT-1MMP）、ADAM家族金属蛋白酶（ADAM10, ADAM17）和组织纤溶酶原激活物（t-PA），可以从细胞表面切割LRP1，增加血流中sLRP1水平。氧化应激破坏LRP1和sLRP1结合Aβ的能力，而Aβ又诱导LRP1氧化，进一步损害其清除Aβ的能力。促炎细胞因子如IL-1β、IL-6和TNF-α下调人微血管内皮细胞（MVECs）和脑样内皮细胞（BLECs）中LRP1表达，促进Aβ积聚，也凸显了神经炎症在AD进展中的作用。某些金属也影响LRP1功能，例如，铝下调PC12细胞中的LRP1水平，而铅暴露降低皮质毛细血管和海马中的LRP1表达。高血糖和高胆固醇水平降低脑微血管内皮细胞中LRP1表达，影响Aβ从大脑流出。此外，长期饮酒会降低肝脏LRP1表达并增加大脑Aβ水平。
AD患者LRP1表达水平的变化
LRP1在神经元中高表达，特别是在与AD相关的关键脑区，如大脑皮层、海马体和纹状体。研究表明，与非痴呆对照组（NDC）相比，LRP1 mRNA表达在海马体和颞叶皮层等脑区升高。然而，AD患者的LRP1表达表现出空间异质性：血管内皮LRP1响应增加的Aβ负荷而代偿性上调，而神经元LRP1下调，可能加剧突触Aβ毒性和tau聚集。此外，在AD患者的小脑、额中回和枕叶观察到LRP1 mRNA水平降低。而且，AD患者血浆sLRP1水平显著下降，并伴有氧化修饰增加，这可能与肝脏LRP1合成减少和MMP-9介导的脱落增加有关。
LRP1作为早期诊断生物标志物的转化潜力
作为Aβ结合的主要受体，LRP1在内皮细胞中的丢失不仅在老年人群中被观察到，也在AD早期阶段出现。证据表明，APOE ε4携带者的血浆sLRP1水平显著低于非携带者，APOE ε4状态与血浆sLRP1水平呈负相关。此外，在轻度认知障碍（MCI）患者中，sLRP1的氧化修饰损害其结合Aβ的能力，这与MCI向AD进展过程中的认知衰退相关。另一项研究报道，sLRP1对AD诊断的敏感性达到77.8%，并且将sLRP1与可溶性晚期糖基化终末产物受体（sRAGE）结合使用比单独使用任一生物标志物提高了诊断准确性。这些发现表明sLRP1有希望作为MCI向AD转化的早期生物标志物，尽管需要进一步验证以确定其诊断效能。LRP1和sLRP1的精确定量对于推进该研究领域至关重要。最常用的方法ELISA存在局限性，如潜在的交叉反应性和无法提供分子大小信息。为解决这些挑战，研究人员探索了液相色谱-串联质谱法（LC–MS/MS）来检测玻璃体和角膜组织中的LRP1水平，以实现高灵敏度和特异性。然而，LC–MS/MS复杂且昂贵，限制了其广泛应用。开发更高效、易得的LRP1检测方法对于充分发挥其作为AD患者早期诊断生物标志物的潜力至关重要。
LRP1作为阿尔茨海默病的治疗靶点
鉴于LRP1在Aβ代谢中的关键作用，开发调节LRP1活性和表达的靶向疗法对AD具有重要的临床潜力。多项研究调查了调节LRP1表达是否能促进Aβ清除并减缓AD进展。当前针对LRP1的疗法研究主要集中在药理学和基因方法。现有的治疗策略旨在实现双重调节：一是增强血脑屏障和肝脏中膜结合LRP1的活性以促进Aβ转运和清除；二是稳定或补充循环中的sLRP1以维持外周Aβ结合能力，从而恢复大脑-外周Aβ动力学的病理失衡。
药理学治疗。研究发现，在AD患者大脑中上调的一种胞外酶——组织非特异性碱性磷酸酶（TNAP）会抑制LRP1介导的Aβ跨血脑屏障转运，而阻断TNAP可以通过LRP1介导的跨血脑屏障转运增强Aβ清除。颗粒钙蛋白（GCA）在小胶质细胞中与Aβ竞争结合LRP1，使用GCA中和抗体治疗已被证明可以增加LRP1水平并抑制AD进展。最近一项研究还发现，暴露于低强度冲击波可能通过LRP1介导的转胞吞作用增强内皮细胞对Aβ的清除。这表明未来的研究可能会探索使用声音和压力作为AD的潜在治疗方法。这些发现代表了AD患者新颖且可能有效的治疗策略，尽管需要进一步研究。
在研究调节LRP1水平和促进Aβ清除的药理学方法方面已取得显著进展。研究表明，降胆固醇的他汀类药物可以增强LRP1表达并促进Aβ清除。例如，氟伐他汀通过增加脑微血管中LRP1表达来降低Aβ水平。辛伐他汀被发现可上调人脑微血管内皮细胞（HBMECs）中LRP1表达。而且，Angiopep-2修饰的他汀纳米颗粒可以通过LRP1介导的受体转胞吞作用穿透血脑屏障，同时诱导内皮LRP1上调，从而实现Aβ清除和神经保护。此外，噻唑烷二酮类药物如低剂量罗格列酮通过上调HBMECs中LRP1 mRNA和蛋白表达以及增加LRP1启动子活性来增强Aβ清除。低剂量吡格列酮同样通过增加LRP1活性来增强Aβ清除。
此外，锂可通过抑制GSK-3β增强LRP1转录，而镁通过调节金属离子稳态来维持LRP1结构活性，生酮饮食通过β-羟基丁酸激活PPARγ-LRP1轴，通过多种途径优化Aβ脑-血分布。补充omega-3多不饱和脂肪酸（PUFAs）也被证明可以增加HBMECs中LRP1表达。研究揭示，菜籽酚可以激活Nrf2/ARE通路以减少血脑屏障的氧化应激，同时上调P-gp和LRP1表达以增强Aβ外流和降解。穿心莲内酯是穿心莲的生物活性成分，能促进细胞活力并增加LRP1表达，同时减少神经炎症以减轻Aβ诱导的细胞毒性。中药复方醒脑水益智方（XSF）被发现可通过PI3K/Akt/NF-κB通路抑制Aβ诱导的内皮细胞凋亡，并通过上调LRP1表达恢复Aβ跨血脑屏障清除，凸显了多靶点干预在AD治疗中的潜力。
在培养的小鼠脑内皮细胞中，用番茄醛或菜籽酚处理增加了P-gp和LRP1的表达和活性，其中菜籽酚还表现出显著的抗炎作用。适度乙醇暴露（MEE）被发现可通过调节LRP1表达来减少APP/PS1小鼠的神经炎症和Aβ沉积。丹参酮IIA（Tan IIA）在动物模型和培养细胞中增强LRP1表达，通过缓解脑微血管内皮细胞（BMECs）中SIRT1介导的内质网（ER）应激来促进Aβ转运，从而改善APP/PS1小鼠的认知缺陷。据报道，栀子来源的黄酮GJ-4可增加LRP1表达并显著改善AD小鼠模型的空间学习和记忆能力。在3xTgAD小鼠上使用贝沙罗汀（Bex）和虾青素（Asx）的体外研究表明，Bex和Asx可以降低微血管脑内皮细胞中BACE1表达，同时增加LRP1表达，并增强Aβ清除。类似地，对APP/PS1小鼠使用辣木甲醇提取物（MO）的研究表明，MO处理可增加LRP1表达，同时降低BACE1和其他蛋白水平，有效地将Aβ负荷降低到与野生型对照小鼠相当的水平。
在肝脏中，降胆固醇药物阿托伐他汀已被证明可通过诱导SREBP2来促进外周Aβ清除，SREBP2上调肝脏LRP1水平。此外，从醉茄（Ashwagandha）中提取的成分不仅能增加肝脏中LRP1表达，还能提高血流中sLRP1水平并促进Aβ代谢。另外，替换氧化的sLRP1以恢复血浆中Aβ结合和转运，是AD一种有前景的治疗策略。
然而，仅仅增加LRP1水平可能不够。例如，尽管缺乏维生素E合成酶的小鼠大脑中LRP1表达增加，但Aβ清除仍然受损。这表明可能还有其他辅助因子参与Aβ清除过程。而且，过表达LRP1可能有潜在缺点，因为它与促进APP淀粉样蛋白生成和促进神经元中淀粉样蛋白积聚有关。此外，调节LRP1水平的药物可能会影响其他分子和代谢物的清除，可能扰乱更广泛的代谢过程。因此，需要进一步研究以充分了解LRP1靶向药理学干预对AD治疗的意义。
基因治疗。基因治疗作为AD一种新兴治疗方法，旨在通过将特定基因导入患者细胞来纠正异常基因表达。研究发现，内皮细胞中ANKS1A蛋白的缺失导致表面LRP1水平降低和Aβ跨血脑屏障清除减少。脑内皮特异性ANKS1A基因治疗可通过恢复LRP1水平和促进Aβ跨血脑屏障清除来逆转这些缺陷。另一项研究确定NYGGF4是一种新型LRP1相互作用蛋白，特异性结合LRP1。与年龄匹配的对照组相比，AD患者中NYGGF4表达随着疾病进展与LRP1一起逐渐减少。这表明靶向NYGGF4-LRP1相互作用可能为AD治疗中上调LRP1表达提供一种潜在策略。在过去的研究中，腺相关病毒（AAV）被用作基因治疗载体，能够在分裂和非分裂细胞中实现长期基因表达。一项研究揭示，mNAT1表达减少导致负责输出Aβ-LRP1复合物的调节因子下降，研究人员通过AAV选择性恢复脑内皮细胞中mNAT1表达，成功恢复了Aβ-LRP1复合物的正常输出功能，从而减少Aβ沉积。
尽管这些基因治疗策略仍处于研究阶段，距离临床应用还很遥远，但它们在最小化药物相关毒性风险方面比药物治疗具有明显优势，并为AD患者的个性化治疗铺平了道路。
结论与展望
当前研究已确立LRP1在Aβ清除和代谢中的关键作用，显著影响AD病理。靶
