Midlife lifestyle activities moderate APOE e4 effect on in vivo Alzheimer`s disease pathologies

Abstract

Introduction: This study aimed to investigate whether midlife cognitive activity and physical activity moderate the relationship between apolipoprotein E ε4 (APOE4) and in vivo Alzheimers disease (AD) pathologies.

Methods: In total, 287 non-demented older adults (mean age 72 years) from the Korean Brain Aging Study for the Early diagnosis and prediction of Alzheimers disease cohort were included. Participants underwent a comprehensive clinical assessment including the evaluation for midlife CA and physical activity, [11C]-Pittsburgh Compound B positron emission tomography (PET), [18F]-fluorodeoxyglucose PET, structural MRI, and APOE genotyping. We used linear regression and regression-based mediated-moderation models for statistical analyses.

Results: Neither midlife cognitive activity nor physical activity moderated the effect of APOE4 on β-amyloid (Aβ) retention itself. Midlife cognitive activity significantly moderated the effect of APOE4 on hippocampal volume: APOE4 carriers had smaller hippocampal volume than non-carriers at relatively high cognitive activity state, but not at relatively low cognitive activity condition. Midlife physical activity significantly moderated the effect of Aβ retention, which was closely related to APOE4, on AD-signature region cerebral glucose metabolism (AD-CM): Higher Aβ accumulation was associated with lower AD-CM in relatively low physical activity condition, whereas no such association was observed in relatively high physical activity state.

Conclusions: The findings suggest that high midlife cognitive activity may accelerate hippocampal atrophy induced by APOE4, whereas high midlife physical activity may delay AD-related cerebral hypometabolism by weakening the influence of APOE4-associated Aβ retention.

서론: 본 연구에서는 중년기의 인지활동과 신체 활동이 알츠하이머병의 위험요인으로 알려진 APOE4와 알츠하이머병 이미징 바이오마커간의 관계를 조절하는지 알아보고자 하였다. 이에 비치매노년군을 대상으로 APOE4와 대뇌 베타 아밀로이드와 신경퇴행 바이오마커인 대뇌 포도당대사, 해마 부피의 관계를 중년기의 인지활동 및 신체활동이 어떻게 조절하는지 탐색하고자 하였다.

방법: 287명의 비치매 노년기 대상자들이 본 연구에 포함되었다. 각 대상자들은 포괄적 임상 및 신경심리평가 및 APOE 유전자형 검사를 시행하였고, [11C]-PiB PET을 이용하여 대뇌 베타 아밀로이드 단백질 침착도를 측정하였고, FDG-PET을 이용하여 대뇌 포도당대사를 뇌 MRI를 이용하여 해마부피를 측정하였다.

결과: 중년기의 인지활동이나 신체활동은 APOE4의 대뇌 베타 아밀로이드 침착에 미치는 영향을 조절하지는 않았다. 중년기의 인지활동은 APOE4가 해마 부피에 미치는 영향을 유의하게 조절하는 것으로 나타났는데, 중년기의 인지활동이 높을 때에는 APOE4 보유군이 미보유군보다 해마부피가 유의하게 적었으나, 중년기의 인지활동이 낮을 때에는 이런 차이가 나타나지 않았다. 중년기의 신체활동은 APOE4와 밀접한 관련이 있는 대뇌 아밀로이드 침착이 대뇌 포도당 대사에 미치는 영향을 유의하게 조절하는 것으로 나타났다. 중년기의 신체활동이 낮을 때에는 대뇌 아밀로이드 침착이 높을 수록 유의하게 대뇌 포도당 대사가 낮게 나타났으나, 신체활동이 높을 때에는 이런 관계가 유의미하게 관찰되지 않았다.

결론: 본 연구 결과, 중년기의 높은 인지활동은 APOE4유전자에 의한 해마 부피 감소를 더 가중시키는 것으로 나타났으나, 중년기의 높은 신체활동은 APOE4와 관련된 대뇌 아밀로이드 침착의 대뇌 포도당 대사에 대한 영향을 약화시킴으로서, 알츠하이머-관련 신경퇴행을 지연시킬 수 있음을 시사한다.