Fibronectina identificada como principal fator da quebra da barreira cerebral associada ao APOE4 na doença de Alzheimer

A ruptura da barreira hematoencefálica (BHE) é uma característica precoce da doença de Alzheimer e é mais intensa em portadores do alelo APOE ε4, o principal fator de risco genético para a forma de início tardio. Ainda não estava claro como a APOE4 danifica os vasos cerebrais. O mesmo grupo havia descoberto anteriormente que portadores de APOE4 acumulam fibronectina na interface entre astrócitos e vasos sanguíneos, e que uma variante de perda de função de FN1 reduz o risco de Alzheimer em 71%. Este estudo testa se a fibronectina é um mediador causal da falha da barreira induzida pela APOE4.

A equipe combinou vários sistemas. Foram analisados, por coloração, o córtex pré-frontal dorsolateral de 23 cérebros humanos post mortem (controles, patologia cerebrovascular, Alzheimer ou ambos), camundongos knock-in APOE3 e APOE4 idosos (21-22 meses, n=6 por genótipo), astrócitos e células endoteliais humanos isogênicos derivados de células iPS, culturas vasculares 3D, proteômica do líquido cefalorraquidiano (LCR), sequenciamento de RNA de núcleo único de 52 indivíduos e peixes-zebra. As análises estatísticas foram feitas no nível do doador ou do animal, usando equações de estimativas generalizadas, para evitar inflar a significância com medidas repetidas de vasos.

A fibronectina foi maior em cérebros com patologia cerebrovascular (+46,7%, P=1,8×10⁻⁴). O Alzheimer isolado e o Alzheimer associado à patologia vascular mostraram tendências de aumento semelhantes (+22,3% e +21,0%). Os grupos com patologia agrupados apresentaram aumento de 29,1% em relação aos controles (P=8,0×10⁻³). Camundongos APOE4 mostraram cerca de 99% mais fibronectina vascular do que os camundongos APOE3, além de maior extravasamento de fibrinogênio e de dextrano. Em cérebros humanos com Alzheimer, a fibronectina se sobrepôs mais à proteína de junção endotelial CDH5, cujo sinal geral estava reduzido.

Os astrócitos parecem ser a principal fonte. Astrócitos APOE4/4 derivados de células iPS produziram mais fibronectina e a depositaram como aglomerados amorfos, em vez de fibrilas finas, e culturas endoteliais APOE4/4 também expressaram mais. Nos dados de núcleo único, 4,7% de 413.175 núcleos expressaram FN1, os astrócitos representaram 22,7% dessas células, e a APOE4 produziu o maior aumento nos astrócitos. A coloração multiplex de mais de 1,09 milhão de células confirmou maior proteína FN1 astrocítica em cérebros APOE4/4. A fibronectina no LCR foi maior em 156 pacientes com Alzheimer do que em 139 controles (P=3,3×10⁻⁷). No tecido humano com Alzheimer, a APOE aumentou 64,9% e a FN1 30,6% em doadores APOE4/4 versus APOE3/3 (n=4 cada).

A inflamação amplificou o efeito. O TNF aumentou a FN1 astrocítica por meio do NF-κB, e a IL-4 reverteu esse efeito. O TNF e a IL-1β também aumentaram a FN1 em células endoteliais, e experimentos com peixes-zebra relacionaram sinais inflamatórios e de Aβ42 à fibronectina gliovascular. O resumo do estudo relata que o acúmulo de fibronectina é suficiente para causar vazamento da BHE ao interromper a sinalização de VEGF, HB-EGF e IGF-1 por meio da atividade da quinase de adesão focal mediada por integrinas. Também relata que reduzir a fibronectina ou restaurar a sinalização dos fatores de crescimento recuperou a função da barreira in vitro e in vivo.

Há várias ressalvas. FN1 e APOE não coimunoprecipitaram, portanto não há evidência de ligação direta. Os grupos de tecido humano eram pequenos (n=4-6 doadores) e os dados em humanos são correlacionais. Os camundongos knock-in modelam os efeitos da APOE4 sem a patologia completa de Alzheimer. A ultraestrutura das junções não foi examinada. A fibronectina é um alvo terapêutico plausível, mas não existem dados de intervenção em humanos.