老年性癡呆動物模型研究進展*

陳玉社 陳泳汀 公丕欣 張 萍

(1泰山醫(yī)學院附屬醫(yī)院神經內科，山東 泰安 271000；2山東農業(yè)大學生命科學學院，山東 泰安 271000)

老年性癡呆又稱阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)，是一種以進行性癡呆為臨床特征，以大腦皮質和海馬區(qū)出現(xiàn)老年斑(senileplaque，SP)及神經原纖維纏結(neurofibriltary tangle，NFT)為病理特征的神經變性疾病。隨著人口老齡化進程，AD已經成為人類第4大死亡原因，防治老年性癡呆是當今醫(yī)學研究的熱點之一。近年來國內外學者在建立理想的AD模型方面進行了大量研究，現(xiàn)將研究進展綜述如下。

1 與衰老有關的AD動物模型

AD是一種與年齡相關的疾病，衰老在AD發(fā)病過程中起重要作用，此類模型是通過各種方法促進動物衰老(包括自然衰老)，來達到制作AD動物模型的目的。

1.1自然衰老認知障礙模型 常用老年非人靈長類動物(nonhuman primate，NHP)如獼猴、狒狒、猩猩、恒河猴、松鼠猴、羅猴以及老年狗、兔或鼠類，通過行為篩選，選擇帶有認知和記憶嚴重缺失的個體作為AD模型。但是老年動物健康狀況較差，并且價格昂貴，限制了該模型的廣泛應用。

1.2快速老化小鼠(senescence accelerated mouse,SAM)模型[1,2]，通過對AKR/J自然變異小鼠進行近交延代培養(yǎng)得到一種自然快速老化小鼠，該家族品系眾多，其中SAMP/8和SAMP/10壽命短、老化快、老化特征顯著，是較理想的AD模型。

1.3D-半乳糖誘導的亞急性衰老模型[3]

由我國學者提出， D-半乳糖(D-gal) 能夠使機體糖和蛋白質代謝紊亂,出現(xiàn)衰老特征，將D-gal 于小鼠頸部皮下注射誘發(fā)AD動物模型。通過模擬衰老過程而得到的動物模型比較真實地再現(xiàn)了AD病理改變。但衰老只是AD發(fā)病的危險因素，故衰老動物模型不能真正代替AD模型。

2 與膽堿能神經元損害有關的AD動物模型[4]

中樞神經膽堿能系統(tǒng)活性與人的學習記憶和認知功能密切相關?；浊澳X膽堿能神經元、海馬和皮層及其之間的通路，是學習記憶的重要結構基礎。通過各種方法破壞膽堿能神經系統(tǒng)的功能，制作AD動物模型。

2.1立體定位手術毀損模型

通過立體定位γ刀射頻熱凝毀損動物Meynert基底核或手術切斷穹窿海馬傘，建立大鼠AD模型，但因手術難度大、損毀范圍廣，已很少采用。

2.2興奮性氨基酸毀損模型[5]

將興奮性氨基酸如鵝膏蕈氨酸(iboteni cacid,IBO)、海人酸(kainic acid,KA)、使君子酸(quisqualic acid,QA)或N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)等注入動物的基底Meynert核建立大鼠和猴的AD模型。由于基底核膽堿能神經元常與非膽堿能細胞群交叉分布，目前所用的神經興奮性毒素對膽堿能細胞的選擇性普遍較差。

2.3免疫毒素毀損模型[6，7]

免疫毒素(immunotoxin) 192-IgG-Saporin(192-IgG-SAP)能夠通過破壞蛋白合成酶系統(tǒng)選擇性毀損基底前腦膽堿能細胞，而不影響其它功能的神經元。大鼠雙側側腦室注射192-IgG-SAP后，內側隔核膽堿乙酰轉移酶陽性細胞絕大多數丟失，學習記憶能力明顯下降。

此類模型主要用于研究：1)前腦膽堿能系統(tǒng)損害與AD關系；(2)擬膽堿藥物治療AD的藥物篩選和療效評價；(3)胚胎膽堿能細胞腦內移植治療AD；(4)神經營養(yǎng)因子腦室投遞以及基因修飾細胞腦內移植治療AD等。

3 與遺傳學說有關的轉基因AD動物模型

AD是一種多基因遺傳病，與AD相關的基因包括β-APP基因、早老素-1(presenilin,PS-1)基因和早老素-2(PS-2)基因，與AD發(fā)病相關的危險因素有載脂蛋白E(apolopop roteninE, ApoE)基因和Tau蛋白基因。近年來，轉基因動物研究取得了很大進展，該模型是使外源性基因在染色體基因組中表達并遺傳給后代，后代動物過多表達該基因后引起AD相關的病理學改變。基于遺傳背景、繁殖能力、操作難度和經濟角度的考慮，目前的轉基因動物多選用小鼠。

3.1轉APP基因動物模型[8，9，10]

自1991年成功將淀粉樣蛋白前體(beta amyloid precursor proteins，APP)基因轉入小鼠后，轉基因動物模型成為AD研究熱點。①PDAPP小鼠，是轉人類APP695swe和APP717V2F突變的PDAPP鼠，由C57BL/6鼠與DBA/2F1鼠交配產生。②Tg2576小鼠，是轉人類APP695基因小鼠，存在2個位點突變:670位賴氨酸突變成天門冬酰胺和671位蛋氨酸突變成亮氨酸。③APP23小鼠，由轉人類APP695基因倉鼠和APPV717I鼠交配得來。④TGCRND8小鼠，由轉人類APP695鼠和APPV717F鼠交配得來，表達2個突變人類家族性ADPS1(M146L和L286V)基因。

3.2轉Tau基因動物模型[11]

①轉人類野生型tau基因小鼠，表達野生型tau同型體-htau40，神經纖維前纏結和過度磷酸化tau蛋白。②JNPL3小鼠，表達人類FTDP217突變tau基因(tauP301L)。③rTG4510小鼠，表達一種可抑制的人類tau的突變體，導致隨年齡增大而增多的NFT、神經元丟失和嚴重的前腦萎縮。

3.3轉Aβ與tau基因鼠[12]

隨著轉基因動物技術不斷完善和發(fā)展，在同一轉基因鼠內同時表達AD的兩大特征性病理變化Aβ和NFT成為現(xiàn)實，轉基因鼠AD模型從單轉基因到雙轉甚至三轉基因邁進，并取得顯著成果。①Tg2576/tauP301L小鼠，由Tg2576小鼠和tauP301L(JNPL3)小鼠雜交而來。②APP23/tauP301L小鼠，由APP23小鼠和tauP301L(JNPL3)小鼠雜交而得。③3xTg2AD小鼠，由兩種突變基因APP-Swe和tau-P301L顯微注射入單轉PS1M146V基因鼠純合子的胚胎干細胞，得到的小鼠經篩選得到純合子或雜合子。

3.4其他轉基因鼠[13，14]

①轉早老蛋白-1(PS-1)基因小鼠,中樞神經系統(tǒng)PS1主要集中在海馬和皮層內。已發(fā)現(xiàn)至少有35種PS-1基因突變與AD有關。轉PS-1基因小鼠多用于與其他轉基因鼠雜交產生雙轉基因鼠，比較典型的轉PS-1基因PS1M146V小鼠。②APP/PS-1雙轉基因鼠。為表達人類突變APP751(KM670/671NLandV717I)與PS-1(PS-1M146L)雙轉基因鼠，可作為研究AD中APP代謝紊亂非常理想的工具。③PDAPP/ApoE-/-小鼠。ApoE基因有3種等位基因ε2、ε3、ε4，分別表達ApoE2、ApoE3、ApoE4。ApoE4是AD相關聯(lián)的危險因素。④APP/ABCA1-/-小鼠。過表達ABCA1的PDAPP/ABCA1雙轉基因鼠能夠顯著降低Aβ水平和老年斑沉積。⑤anti-NGF轉基因鼠。由Capsoni-S等獲得的一種表達中和的抗神經營養(yǎng)因子重組抗體的轉基因小鼠，是最能反映AD病理表現(xiàn)的動物模型。⑥軸突運輸轉基因模型。

轉基因動物模型針對明確的病因，成功模擬了AD病理學和行為學改變的特征，可望成為研究AD發(fā)病機制及治療藥物的理想模型。但轉基因動物存在難以重復、外源性基因表達不穩(wěn)定、動物繁殖能力低、抗病能力差及成本昂貴等缺點。迄今為止，尚無一種轉基因動物模型能夠模擬AD所有病理特征。

4 與Tau蛋白過度磷酸化有關的AD動物模型[15,16,17]

AD的另一主要病理改變是NFT，其數量與癡呆程度呈正相關。而NFT的主要成分是異常、過度磷酸化的Tau蛋白聚集形成的雙螺旋絲。

岡田酸(okadaicacid,OA)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酯酶抑制劑，通過微滲透泵輸送到成年綿羊側腦室，3月后在注射部位及其周圍神經細胞內出現(xiàn)NFT；OA大鼠側腦室注射6周后工作記憶與參考記憶均損害。該模型主要用于研究AD的發(fā)病機制、Aβ和Tau蛋白代謝異常與AD病理的關系以及Aβ和Tau在AD病變中的相互作用。

5 與Aβ沉積有關的AD動物模型[18，19，20]

SP是AD的重要病理改變，Aβ是SP的主要成分，Aβ沉積是AD發(fā)病的中心環(huán)節(jié)。腦室內注射Aβ可引起膽堿能神經元功能喪失和學習記憶損害。利用β-AP選擇性損毀海馬、前腦Meynert基底核等膽堿能神經元集中的部位，制作的AD模型一度成為研究AD的主要工具。Giovannelli等給大鼠腦基底核注射Aβ1～40和Aβ25～35淀粉樣多肽制作AD模型，Urani等采用腦室內連續(xù)14d單純注射Aβ1～40，建立AD動物模型。但該模型操作難度大，注射易造成穿透性腦損害。

6 與鋁中毒學說有關的AD動物模型[21]

鋁可促使Aβ聚合，促進脂質過氧化，繼而損傷神經細胞膜。同時鋁能抑制蛋白磷酸酯酶2A和2B的活性，從而促使異常磷酸化的tau 蛋白產生并形成NFT。

以AD的鋁中毒學說為基礎，選用大鼠或小鼠，通過腹腔、皮下注射或灌胃給藥等途徑，使動物接受過量的鋁而建立AD動物模型，但有證據表明鋁與AD發(fā)病無關，所以現(xiàn)已摒棄。

7 與自身免疫有關的AD動物模型[22]

7.1實驗性自動免疫癡呆模型：研究發(fā)現(xiàn)AD患者血清和腦脊液中含有抗膽堿能神經元抗體，提示自身抗膽堿能神經元抗體可能是引起膽堿能神經元損傷的原因之一。用電鰩中提取的膽堿能神經高分子量神經微絲蛋白免疫大鼠，動物出現(xiàn)學習記憶功能衰退，前腦膽堿能神經元減少。Sakic也建立了自身免疫MRL2Ipr小鼠模型。

7.2tau蛋白免疫小鼠模型：用神經性tau蛋白免疫小鼠，可誘導出AD的組織病理學特性，其血漿中可檢測到抗tau抗體。

8 多因素損害的AD復合動物模型

通過綜合兩種或兩種以上模型方法獲得的一種復合模型，具備各種已有模型特點，符合AD的多因素發(fā)病機制。

8.1雙因素聯(lián)用誘導的AD模型

①Aβ與D-半乳糖(D-gal)聯(lián)合誘導的AD模型。在腹腔注射D-gal的基礎上，海馬內注射Aβ獲得。②氯化鋁與D-gal聯(lián)合誘導的AD模型。采用D-半乳糖腹腔注射和AlCl3灌胃合并制備AD模型。③Wortmannin和GF2109203X聯(lián)用損害模型。同時在大鼠側腦室或雙側海馬注射wortmannin(磷脂酰肌醇3激酶抑制劑)和GF2109203X(蛋白激酶C抑制劑)，制備AD動物模型。④其他雙因素聯(lián)用損傷AD模型。如喹啉酸(QA)與D-gal聯(lián)合誘導的AD模型、鵝膏蕈(ibotenicacid，IBO)腦內注射結合大鼠腹腔注射D-gal方式或將Aβ40和小劑量的IBO共同注入大鼠海馬制作AD模型，均能較好的模擬出類似AD的部分病理變化。

8.2三因素聯(lián)用損傷致AD模型

包括①東莨菪堿(SCOP)、AlCl3與D-gal聯(lián)合誘導的AD模型。②IBO、D-gal聯(lián)合與Aβ1-40誘導的AD模型。③Aβ1-40、AlCl3與重組人類轉化生長因子β1(TGFβ1)聯(lián)合誘導的AD模型。此類模型不僅加重動物的病理負擔，而且制作難度大，動物存活率低，其穩(wěn)定性和可重復性受到一定影響。

9 其它AD動物模型

其它AD動物模型尚有老年動物慢性腦缺血癡呆模型和持續(xù)光照模型等，可用于AD發(fā)病機制的研究、治療藥物的篩選、治療方法的評價及非損傷性動物模型的構建。

綜上所述，目前建立AD模型的方法很多，但尚無理想的、能準確全面地模擬出AD主要病理、生化及行為等全部特征的動物模型。理想的AD動物模型應具有與老年性癡呆相似的基本特征：①病理學改變如SP和NFT、大腦神經元死亡、突觸丟失和反應性膠質細胞增生；②行為學改變如認知和記憶功能障礙。

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