今天给大家解读一篇2月发表在《iScience》上的题目为“APOE4 drives widespread changes to the hepatic proteome and alters metabolic function.”的文章。本研究旨在探究APOE基因变异（特别是E3与E4基因型）对肝脏代谢的影响。研究团队结合了4月龄APOE靶向替换（TR）小鼠的同基因诱导多能干细胞（iPSC）来源的肝样细胞（iHLCs）两种模型，运用无偏蛋白质组学和线粒体呼吸测量技术。研究发现，APOE4基因型会以性别特异性方式改变肝脏蛋白质组，损害线粒体功能，重编程代谢路径（如上调糖酵解、增加对脂肪酸氧化的依赖），并驱动脂质积累。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！
不想做实验，没数据，还想要快速发表文章，没问题的！公共数据库就是我们的数据宝藏！没思路不用担心，作为专业的生信团队，我们很乐意为你们效劳，提供研究路线设计和数据挖掘分析，扫码联系我们吧！
团队成员合影（位于上海陆家嘴中心，可随时预约参观）
题目：《APOE4导致肝脏蛋白质组的广泛变化并改变代谢功能》APOE4 drives widespread changes to the hepatic proteome and alters metabolic function
发表期刊：iScience
影响因子：4.1
研究背景：
-
APOE在脂质转运和代谢中至关重要，其基因变异不仅影响脂质稳态，还调节晚发性阿尔茨海默病（AD）的风险。 -
APOE4等位基因会增加AD风险，并与能量代谢缺陷相关。 -
虽然APOE在肝脏中的作用已被部分阐明，但其不同基因型对肝脏健康和代谢的具体影响尚不清楚。 -
既往研究有限，且结果存在不一致性，强调了需要更深入研究APOE基因型对肝脏的影响。
研究思路：
- 动物模型
使用4月龄雄性和雌性APOE3或APOE4靶向替换（TR）小鼠，进行全肝脏及分离线粒体的蛋白质组学分析，以及线粒体呼吸功能测定。 - 细胞模型
利用两对同基因（分别纯合为APOE3或APOE4）的iPSC分化为肝样细胞（iHLCs），进行蛋白质组学和细胞能量代谢分析（包括线粒体功能、糖酵解、底物氧化等）。 - 整合分析
对比小鼠肝脏和iHLCs的蛋白质组数据，以验证APOE4依赖性代谢改变，并识别跨模型一致的生物过程和通路。
研究亮点：
- APOE4改变年轻小鼠的肝脏蛋白质组和线粒体功能。
- 在APOE4 iHLCs中，糖酵解和葡萄糖代谢被上调。
- APOE4增加了iHLCs对脂肪酸的依赖并导致脂滴积累。
- 小鼠肝脏和iHLCs中的胆固醇代谢蛋白因APOE4而发生改变。
研究结果：
小鼠肝脏蛋白质组的性别特异性改变：
-
与APOE3相比，雌性APOE4小鼠有402个差异表达蛋白，而雄性仅有58个。 -
雌性APOE4小鼠中，与细胞生物能量学、过氧化物酶体功能相关的蛋白上调，与胆固醇代谢、糖酵解/糖异生、线粒体核糖体功能等相关的蛋白下调。 -
雄性APOE4小鼠中，与细胞生物能量学、溶酶体功能相关的蛋白上调，与胆固醇代谢、抗氧化防御等相关的蛋白下调。 线粒体蛋白质组与功能的改变：
-
分离的肝线粒体蛋白质组显示APOE4引起性别特异的改变。 -
线粒体呼吸测定显示，APOE4与性别存在交互作用：雌性APOE4小鼠的碳水化合物驱动的呼吸增强；雄性APOE4小鼠的脂肪酸驱动解偶联呼吸降低。 iHLCs的蛋白质组与代谢功能改变：
-
APOE4 iHLCs的蛋白质组发生广泛变化，涉及细胞外基质重塑、炎症、糖酵解通路上调，以及线粒体翻译、氧化磷酸化下调。 -
APOE4 iHLCs表现出线粒体功能受损（基础呼吸、ATP生成降低）、糖酵解能力增加、线粒体丙酮酸氧化受损。 -
APOE4 iHLCs对长链脂肪酸氧化的依赖性增加，并伴有脂滴数量增多。胆固醇和脂肪酸合成相关蛋白（如SREBF2网络）上调。 跨模型验证的核心代谢改变：
-
整合分析发现了70个在小鼠肝脏和iHLCs中共同差异表达的蛋白。 -
这些蛋白富集于单羧酸、碳水化合物和脂肪酸代谢过程以及糖酵解/糖异生通路。 -
Western blot验证了关键蛋白的跨模型一致性变化：CYP27A1（胆固醇转化为胆汁酸）在APOE4模型中下调，FDFT1（胆固醇合成）上调，PGAM1（糖酵解）在APOE4小鼠肝脏中下调但在iHLCs中上调。
研究总结：
- 结论
APOE4基因变异会显著影响肝脏的葡萄糖和脂质代谢标志物以及线粒体功能，这些效应具有性别特异性，并且在年轻个体/细胞中即可观察到。 - 讨论与意义
-
研究结果提出了关于肝脏代谢健康在AD风险和发病中潜在作用的新问题。 -
观察到的性别差异与人类中APOE4对AD风险影响的性别差异（女性风险更高）可能存在关联。 -
APOE4引起肝脏代谢改变（如胆固醇合成增加、清除减少、脂质积累）可能与已知的AD风险机制存在联系。 - 局限性
-
未使用雌性同基因iHLCs来考察性别特异性肝细胞效应。 -
iHLCs并非完全成熟的肝细胞，可能影响代谢表现。 -
部分代谢通路（如糖酵解）在APOE4小鼠肝脏和iHLCs中的变化方向相反，反映了模型差异。 -
研究使用相对年轻（4月龄）的小鼠，老年表型可能不同。 -
仅关注APOE3/E4纯合子，未涵盖其他等位基因组合（如APOE2）。
结果译文：
1.APOE基因型和性别改变年轻小鼠的肝脏蛋白质组
2.雄性和雌性APOE3或APOE4小鼠的分离肝线粒体蛋白质组学
3.APOE等基因iHLC的蛋白质组学分析
为了研究APOE基因型对肝细胞的特异性影响，我们使用两对等基因iPSC系生成了iHLC（图4A）。iHLC分化通过APOE、白蛋白、HNF4A和ASGR1表达证实（图S2A）。通过蛋白质印迹和免疫细胞化学证实了iHLC的成功分化（图S2B-S2G）。蛋白质组学分析（图4A）显示，在APOE4与APOE3 iHLC中，两批实验分别鉴定出1,071和1,639个差异表达蛋白（图4C和4D）。尽管来自两批实验的差异表达蛋白数量不同，但通过将每个批次中差异表达蛋白列表进行比较，发现了显著的生物学重叠（图4E）。IPA分析显示，两批APOE4 iHLC中与细胞死亡和存活、细胞功能和维持以及细胞组装和组织相关的通路显著富集（图4F）。与APOE3 iHLC相比，APOE4 iHLC中与线粒体功能相关的通路，如氧化磷酸化和TCA循环，被预测为下调（图4F）。我们观察到APOE4 iHLC中与葡萄糖代谢（如糖酵解）和脂质代谢（如脂肪酸氧化）相关的通路变化（图4F）。APOE4 iHLC中cGAS-STING信号通路和铁死亡信号通路被预测上调（图4F）。我们还在APOE4 iHLC中观察到与细胞外基质重塑和AD相关的几种蛋白（包括MME、DCN、SPON1、FTH1和TIMP3）的变化（图4G）。
4.APOE等基因iHLC的线粒体功能
鉴于iHLC蛋白质组学中与线粒体功能相关的通路发生了改变，我们使用海马测定法评估了细胞线粒体呼吸。我们首先进行了线粒体压力测试，发现APOE4 iHLC中基础呼吸、最大呼吸、质子漏和ATP相关呼吸均降低（图5A-5D）。在第二对等基因系中观察到了类似的变化（图5E-5H）。在APOE4 iHLC中，我们还观察到线粒体膜电位降低、线粒体钙离子水平升高、线粒体超氧化物水平升高以及H2O2水平升高（图5I-5L）。
5.APOE等基因iHLC的糖酵解功能和葡萄糖/丙酮酸氧化
鉴于在iHLC和肝脏蛋白质组学中都观察到了与葡萄糖代谢相关的蛋白变化，我们接下来评估了细胞糖酵解。与APOE3 iHLC相比，APOE4 iHLC的基础糖酵解、糖酵解能力和糖酵解储备均升高（图6A-6D）。基于这些数据，我们想要检查葡萄糖/丙酮酸氧化。使用线粒体丙酮酸载体抑制剂UK5099，我们发现两对等基因APOE4 iHLC中线粒体丙酮酸氧化均降低/受损，表现为急性反应较小（图6E-6H）。与APOE3 iHLC不同，用UK5099处理的APOE4细胞与未处理的APOE4细胞相比也表现出较低的最大呼吸，表明APOE4细胞对葡萄糖/丙酮酸代谢的依赖性增加（图6E-6H）。不出所料，葡萄糖代谢相关蛋白在蛋白质组学分析中普遍上调（图6I和6J）。这包括APOE4等基因iHLC中PGAM1的一致上调（图6I）。
6.胆固醇和脂质代谢在iHLC中因APOE基因型而改变
我们接下来想检查这些iHLC中的长链脂肪酸氧化。使用依托莫司（CPT1抑制剂）进行处理，有趣的是，在两种等基因对中，用依托莫司处理的APOE4细胞均显示出急性反应降低，表明长链脂肪酸氧化受损（图7A-7D）。此外，当用依托莫司处理时，APOE4 iHLC的最大呼吸较低，而在APOE3细胞中未观察到这种效应（图7A-7D）。这表明在高底物需求期间，APOE4 iHLC更依赖于通过CPT1对长链脂肪酸的线粒体氧化。最后，我们进行了脂滴染色，发现APOE4 iHLC每个细胞的脂滴数量增加，但脂滴大小没有变化（图7E-7H）。SREBF2蛋白网络（对胆固醇稳态和合成至关重要的转录因子）在APOE4 iHLC中与其APOE3对应物相比上调（图7I）。我们特别观察到参与脂肪酸代谢/合成的蛋白以及参与脂质运输的蛋白上调，这与脂滴形成相关（图7I）。参与胆固醇生物合成途径的其他酶也上调，表明脂肪生成和甾醇合成通路的协同激活可能进一步促进脂滴扩张（图7I）。
7.肝脏和iHLC整合蛋白质组学鉴定APOE4相关代谢变化
为了验证APOE4依赖性的代谢改变，我们对全肝和iHLC蛋白质组学数据集进行了整合分析。值得注意的是，我们结合了雄性和雌性小鼠的数据以捕捉性别无关效应。比较全肝和iHLC鉴定出70个共享的差异表达蛋白（图8A）。随后对这些蛋白进行GO和KEGG通路分析，以确定在模型中因APOE基因型而改变的过程和通路。有趣的是，与单羧酸、碳水化合物和脂肪酸代谢过程以及糖酵解/糖异生相关的蛋白显著富集（图8B）。我们生成了一个包含30个蛋白的热图，这些蛋白在两个模型中均显示出一致的方向性变化（图8C）。APOE4在两个模型的全肝和iHLC中均导致关键代谢蛋白的一致上调，包括与脂肪酸去饱和、类视黄醇代谢、糖原合成和糖蛋白加工以及应激反应代谢调节相关的蛋白（图8C）。相比之下，APOE4一致地下调了参与核心代谢通路的蛋白，包括线粒体氧化磷酸化、TCA循环以及胆固醇和胆汁酸代谢（图8C）。为了确认所有分析中在蛋白质组学中观察到的关键变化，我们进行了蛋白质印迹分析。与我们的蛋白质组学发现一致，我们在APOE4小鼠肝脏和iHLC中观察到CYP27A1蛋白水平降低，而FDFT1水平升高（图8D-8G）。PGAM1也与蛋白质组学发现一致，在APOE4小鼠肝脏中降低，而在APOE4 iHLC中升高（图8D-8G）。
更多结果和补充图表：doi：10.1016/j.isci.2026.115035
扫描上方二维码或登录平台官网后添加CNSknowall客服微信咨询！官网地址：
https://cnsknowall.com
CNSknowall：24年最新问世的遥遥领先的科研数据（0代码生信+统计学）分析平台，同时含有机制图模块+汉化版Pubmed融合Deepseek高效筛选目标文献+SCI文献例句/语料检索模块+OPenAI官方GPT接口，＞500款CNS级别图表皆可一秒内一键出图，登录即秒变数据分析大神，体验前所未有的便捷数据分析之旅，开启科研天骄之路！
可向下滑动批阅！
