阿爾茨海默癥動物模型的研究進展及其評價

【摘要】隨著世界人口的老齡化，阿爾茨海默癥已成為嚴重威脅老人健康的四大疾病之一。研究并建立可靠的AD動物模型對于探明阿爾茨海默癥的病因、發(fā)病機制及防治藥物的研究與開發(fā)均具有重要意義。本文對AD動物模型的研究進展及其評價作一簡要綜述。

【關(guān)鍵詞】阿爾茨海默癥；動物模型

【中圖分類號】R741.04【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1007-8517(2009)10-0018-03

Advances and evaluation on research of Animal model of Alzheimer's disease

ZHANG Jie LONG Yinf HU Xiqi CAO Ping ZHRENG Yaofan LI Xianhui

(1.Medicine Department，clinical，class 1 grade 2006 of Jishou University ，Jishou Hunan， 416000，China;

2 Department of Physiology of Jishou University Medicine Department ， Jishou Hunan ，416000， China）

【Abstract】 With the aging of world's population， Alzheimer's disease has become one of the four serious diseases which threat to the health of the elderly.It is very important to research and establish a reliable animal model for AD in proving Alzheimer's disease etiology， developing of prevention drug research. In this paper， an animal model of AD research and evaluation are reviewed .

【Keywords】Alzheimer's disease;animal model

阿爾茨海默癥(Alzheimer disease ，AD) 是發(fā)生在老年期或老年前期的一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性漸進性退行性疾病，以腦細胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)(nervefiber tangles ， NFT ) 和細胞外老年斑( senileplaques ，SP) 以及大量神經(jīng)元丟失為主要神經(jīng)病理特征^[1] 。由于阿爾茨海默癥（AD）的發(fā)病機制至今不明，因此研究并建立可靠的AD動物模型對于探明阿爾茨海默癥的病因、發(fā)病機制及防治藥物的開發(fā)與研究具有重要的意義。雖然完全理想的AD動物模型目前尚不存在，但隨著神經(jīng)生物學(xué)和分子生物學(xué)的進步，許多AD動物模型相繼被制作，并在研究中得到廣泛的應(yīng)用，這些模型為理解AD的病理機制和實驗新的藥物發(fā)揮了重要作用。

1損傷模型

1.1前腦膽堿能系統(tǒng)損害模型前腦膽堿能系統(tǒng)損害模型是建立在AD膽堿功能障礙假說的基礎(chǔ)上。前腦膽堿能系統(tǒng)與學(xué)習(xí)記憶和認知功能有著密切的聯(lián)系，因此前腦膽堿能系統(tǒng)的損害導(dǎo)致AD患者的學(xué)習(xí)記憶和認識功能的損害^[2]。

1.1.1乙酰膽堿M受體阻斷劑所致的動物模型給大鼠腹腔注射膽堿能拮抗劑（如東莨菪堿、樟柳堿等），可阻斷大腦皮層中的乙酰膽堿受體的結(jié)合位點，從而引起膽堿能系統(tǒng)功能障礙。該類藥能特異性阻滯信息由第一級向第二級的傳遞過程從而干擾了獲得新近信息（近期記憶）的能力^[3]。評價：乙酰膽堿M受體阻斷劑動物模型可造成認知障礙，但缺乏AD特殊病理生理所必需的特征，且主要是可逆性阻斷突觸后的乙酰膽堿M受體，而AD是一種進行性不可逆的神經(jīng)性疾病，突觸后乙酰膽堿M受體并無明顯減少，因此，只是模擬了AD的部分特征。同時，應(yīng)注意乙酰膽堿M 受體阻斷劑東莨菪堿慢性給藥對大鼠學(xué)習(xí)記憶能力有一定損害，但對長時記憶和海馬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)無明顯影響^[4] 。

1.1.2興奮性毒素所致的動物模型使用興奮性神經(jīng)毒素氨基酸，如紅藻氨酸（KA）、鵝膏覃氨酸(IBO)、使君子氨酸(QUIS)、N-甲基-D-天門冬氨酸(NMDA)等注入大鼠Meynert可造成動物一系列類似AD的行為改變。興奮性神經(jīng)毒素氨基酸有強烈的神經(jīng)毒性作用，通過與神經(jīng)元胞體或樹突上的NMDA受體結(jié)合，使神經(jīng)元中毒損傷而潰變。興奮性神經(jīng)毒素氨基酸可使大腦皮層和海馬M受體結(jié)合量下降，突觸數(shù)量減少，膽堿能的標(biāo)志酶含量下降，學(xué)習(xí)記憶能力減退。評價：該模型模擬了與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)的膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)損害的信息，但無神經(jīng)炎斑塊及NFT的組織病理學(xué)改變且神經(jīng)毒氨基酸對乙酰膽堿系統(tǒng)的損傷可逆轉(zhuǎn)。同時應(yīng)注意興奮性神經(jīng)毒素氨基酸對非膽堿能神經(jīng)元也有影響。

1.1.3選擇性膽堿能神經(jīng)毒素所致的動物模型向大鼠腦室注射特異性的膽堿毒1-乙基-1-（2-羥乙基）-氯化氮丙啶（AF64A），大鼠會出現(xiàn)膽堿能系統(tǒng)和記憶功能損害。AF64A，1-乙基-1-（2-羥乙基）-氯化氮丙啶是一種膽堿能神經(jīng)元特異性的突觸前損傷神經(jīng)毒素。其結(jié)構(gòu)與膽堿相似，能選擇性地作用于高親和力膽堿轉(zhuǎn)運( HAChT)系統(tǒng)，同時在其體內(nèi)積聚部位產(chǎn)生毒素作用。評價：該模型可以模擬大腦皮層、海馬等腦區(qū)膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)損害和記憶認知行為的改變，但不能形成Aβ沉積、NFTs等組織病理學(xué)改變^[6]。

1.1.4免疫毒素所致的動物模型向大鼠腦內(nèi)Meynert注射免疫毒素1921IgG-Saporin（由低親和性神經(jīng)生長因子（NGF）受體的單克隆抗體IgG與同樣帶有NGF受體的細胞毒性Saporin結(jié)合而成），可選擇性的損傷基底前腦膽堿能細胞，從而使大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力明顯受到損害^[7.8]。評價：該模型主要用于研究膽堿能神經(jīng)元選擇性損害和AD認識障礙的關(guān)系機制，擬膽堿能藥物治療AD的藥物篩選、療效評價，胚胎基底前腦膽堿能細胞腦內(nèi)移植治療AD的實驗。

1.1.5電損毀及外科損毀模型電損害、外科損傷如損毀穹隆海馬傘通路等方法破壞基底前腦膽堿能投射纖維，造成動物一系列類似AD 的行為改變^[9]。評價：電損傷模型缺少說服力是由于大鼠腦內(nèi)不同分區(qū)組織中單胺氧化酶β活性與正常組比較沒有顯著性升高，而單胺氧化酶作為腦組織老化相關(guān)酶已被國內(nèi)外學(xué)者所證實。雖然外科手術(shù)損傷所致動物模型造模方法具有周期短的優(yōu)點，但又有創(chuàng)傷大，鄰近組織難免受到損害等不足，且無典型AD病理特征，如老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)等缺點，所以不是AD的理想模型。

1.2β-淀粉樣多肽所致的損傷模型向大鼠大腦海馬注射或向大鼠大腦側(cè)腦室內(nèi)灌注Aβ25～35可導(dǎo)致海馬神經(jīng)元減少等AD的病理改變。Aβ具有神經(jīng)營養(yǎng)和神經(jīng)毒性雙重作用，注射Aβ25～35后，主動和被動回避性反射及空間分辨力降低，皮質(zhì)和海馬神經(jīng)元減少、退變，皮質(zhì)下血管淀粉樣變，腦內(nèi)出現(xiàn)纖維蛋白絲狀物^[10]。評價：Aβ25～35注射模型多用于研究AD治療藥物在Aβ沉積、神經(jīng)毒性作用和小膠質(zhì)細胞炎癥反應(yīng)等方面，在一定程度上體現(xiàn)了AD的認知功能障礙和某些病理改變，但該模型不能體現(xiàn)神經(jīng)纖維纏結(jié)等AD重要病理改變。應(yīng)該注意在導(dǎo)入Aβ25～35的同時每一注射動物都有一局灶型損傷，且要使大量Aβ彌散分布到腦是該模型所需要解決的問題。另外，海馬注射Aβ是一種急性單因素模型，不符合AD慢性起病的特點。

1.3鋁損傷模型用AlCl3處理兔可誘發(fā)細胞損傷，神經(jīng)纖維纏結(jié)等AD癥狀。鋁具有神經(jīng)毒作用，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(chǎn)生，繼而利于神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成^[11]。評價：該模型模擬了AD膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)功能下降及記憶力減退的特征，但此模型只是表達出AD的部分特征，形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)中tau蛋白沒有磷酸化成PHF，且不能反映年齡依賴性Aβ沉積的SP形成，膽堿能系統(tǒng)也是正常的，造模周期也較長。

1.4腦缺血所致的損傷模型結(jié)扎16月齡大鼠雙側(cè)頸總動脈同時燒灼一側(cè)椎動脈，可造成腦長期供血不足，動物出現(xiàn)與AD患者相似的行為缺失和腦組織病理生理改變^[12]。該模型建立于腦供血不足，可引起腦損傷和一系列的AD臨床癥狀，如神經(jīng)元丟失，蛋白免疫反應(yīng)增強等。評價：該模型適用于研究混合型老年性癡呆的發(fā)病機制和有關(guān)藥物治療的研究，但此模型出現(xiàn)的神經(jīng)病理學(xué)改變廣泛，不僅限于AD的表現(xiàn)，從而限制了他的應(yīng)用。

2衰老模型

2.1自然衰老認知障礙動物模型衰老肯定是AD的危險因素。隨著年齡的增長，AD患病率呈增高趨勢。形態(tài)學(xué)觀察可見，自然衰老鼠隔區(qū)、斜角帶核及Meynert基底核神經(jīng)元萎縮、喪失，同時有感覺、運動、學(xué)習(xí)記憶等多種功能下降，這些都是自然衰老AD模型的基礎(chǔ)。評價：自然衰老認知障礙動物模型神經(jīng)系統(tǒng)的改變是自然發(fā)生的，較其他動物模型更為接近AD的真實病理改變。正常衰老動物只是部分模擬了AD病理改變，極少形成神經(jīng)纖維纏結(jié)及淀粉樣蛋白沉積。此外，老年動物價格昂貴，且健康狀況差，不易得到，在一定程度上制約了該模型的研究進展。

2.2快速老化小鼠（SAM）模型竹田俊男通過對AKR/T自然變異小鼠進行交延代培養(yǎng)得到一種自然快速老化小鼠，該家族諸多品系中的SAM-P/8可作為AD模型。SAM-P/8在2月齡就出現(xiàn)學(xué)習(xí)記憶功能減退，并隨著年齡的增加而加重，處于一種低緊張、低恐怖的癡呆狀態(tài)。同時SAM-P/8具備AD的多種特征，諸如皮質(zhì)萎縮、皮質(zhì)和海馬錐體神經(jīng)細胞數(shù)目下降、PAS陽性顆粒和Aβ樣顆粒（β-CIGS）廣泛沉著^[13]。評價：該模型是一種比較理想的衰老模型，與自然衰老動物模型相比，其病理特征更加明顯，可廣泛用于增強學(xué)習(xí)記憶功能及促智藥物的研究。

2.3D-半乳糖衰老模型D-半乳糖衰老模型是由我國學(xué)者首先提出的，向大鼠腹腔注射D-半乳糖，使機體細胞內(nèi)半乳糖濃度增高。在醛糖還原酶的催化下，還原成半乳糖，此物質(zhì)不能被細胞進一步代謝而堆積在細胞內(nèi)，影響細胞的正常生理代謝^[14]，動物表現(xiàn)為學(xué)習(xí)記憶力下降、行動遲緩等衰老征象。評價：D-半乳糖擬衰老模擬是目前研究AD的常用工具之一，它可以得到較為真實的AD病理改變。但此D-半乳糖引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)在AD的發(fā)病機制研究深度不夠，同時沒有資料證明D-半乳糖能產(chǎn)生AD的老年斑和神經(jīng)纏結(jié)等病理學(xué)特征。

3以tau蛋白過度磷酸化為特征的模型

通過ALZET微型滲透泵向大鼠側(cè)腦室灌注OA（一種磷脂酸酶抑制劑），OA選擇性抑制絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酯酶1A和2A，引起大鼠腦內(nèi)出現(xiàn)類似老年性癡呆病理改變的雙螺旋細絲（PHF）樣的磷酸化tau蛋白和Aβ淀粉樣沉積斑塊^[15]，能造成AD模型。評價：由于OA選擇的抑制蛋白磷酸酯酶1A和2A的和提高PKC的活性，并能同時表現(xiàn)出AD標(biāo)志性的病理改變——老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)。該模型主要適用于：①研究AD發(fā)病的病理機制，Aβ和tau在AD病變中的相互作用；②驗證現(xiàn)有AD治療方法和藥物的療效。

4三倍體16鼠（Ts16鼠）模型

1991年Richard S-J等學(xué)者將雙側(cè)平衡羅伯遜易位的16染色體雄性小鼠與正常雌性小鼠交配后，把其中含有三倍體胚胎和整倍體胚胎的海馬和皮層組織分離出來，經(jīng)胰蛋白酶消化研磨后制成細胞懸液，種植在組織培養(yǎng)皿上。從psi-2源的生產(chǎn)細胞株中獲得感染性逆轉(zhuǎn)錄因子和選擇性抗G418新霉素基因。用逆轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)染Ts16和整倍體原代培養(yǎng)物，33℃下培養(yǎng)2～4天后加入G418，經(jīng)3～4周篩選出克隆。將克隆的Ts16胚胎移植到小鼠體內(nèi)在移植了三倍體小鼠胚胎的小鼠體內(nèi)。他們用Aβ抗體，a1-抗糜蛋白抗體、tt蛋白抗體和Ubiquitin染色，可觀察到類似于AD的抗原性病理變化。評價：Ts16鼠是AD與Downs綜合征的理想模型，有編碼APP的基因序列，Ts16鼠能較好的模擬AD的特征。但由于Ts16鼠多妊娠18～20天后死亡，極大的限制了此模型的應(yīng)用。

5轉(zhuǎn)基因動物模型

利用分子遺傳學(xué)和胚胎學(xué)技術(shù)理論，將人體與AD有關(guān)的基因整合入小鼠的基因組中，如APP^[16]、ApoE、tau、psI及PsⅡ、R406W^[17]，該動物模型能夠在分子水平上反映老年性癡呆的病理生理狀況，使其腦內(nèi)產(chǎn)生老年斑和神經(jīng)元纖維纏結(jié)等阿爾茨海默癥的典型病理特征，是目前老年性癡呆病藥物臨床前研究推薦的模型。評價:轉(zhuǎn)基因動物模型的最大優(yōu)點是模擬了AD的神經(jīng)病學(xué)特征，包括胞外β沉淀、老年斑、突觸丟失、神經(jīng)膠質(zhì)增生等。但目前也存在了一些問題，比如轉(zhuǎn)基因動物模型難以重復(fù)、外源性基因表達不穩(wěn)定、繁殖能力低、抗病能力差、成本昂貴。

6復(fù)合式模型

目前，主要有以D-半乳糖(D-galactose，D-gal)致衰老為基礎(chǔ)的聯(lián)合誘導(dǎo)和由Aβ與轉(zhuǎn)移生長因子β聯(lián)合誘導(dǎo)兩種方法 ^[18]。前者D-gal是復(fù)合模型中最常用的處理因素，包括Aβ與D-gal聯(lián)合誘導(dǎo)、鵝膏蕈(ibotenic acid，IBO)與D-gal聯(lián)合誘導(dǎo)、喹啉酸(QA)與D-gal聯(lián)合誘導(dǎo)、氯化鋁(AlCl3)與D-gal聯(lián)合誘導(dǎo)、亞硝酸鈉(NaNO₂)與D-gal聯(lián)合誘導(dǎo)、東莨菪堿(SCOP)與AlCl3以及D-gal聯(lián)合誘導(dǎo)、IBO與Aβ1-40以及D-gal聯(lián)合誘導(dǎo)、IBO與醋酸氫化可的松龍以及D-gal聯(lián)合誘導(dǎo)等八種AD模型。后者的代表有2007年方芳等^[19]用大鼠側(cè)腦室內(nèi)連續(xù)14d注入A β1-40，連續(xù)5d注入1%氛化鋁溶液，首次注射時在丘腦前背側(cè)核注入IOngTGFβ1的多因素損傷的方法，對大鼠腦組織的病理改變同人類AD患者腦內(nèi)神經(jīng)元丟失、SP、NFT、和顆?？张葑冃缘戎饕±硖卣餍员憩F(xiàn)相似，且淀粉樣蛋白(主要為Aβ40/42)積聚和ChAT活性降低這些改變與AD患者腦組織內(nèi)一致^[5]。評價：復(fù)合動物模型較單因素模型更能體現(xiàn)AD的復(fù)雜性和病變的廣泛性，故更接近AD的病理改變。目前，D-gal與Aβ聯(lián)合和D-gal與IBO聯(lián)合誘導(dǎo)的AD模型最為常見，但存在藥物注射的劑量、時間以及腦內(nèi)單側(cè)注射與雙側(cè)注射等很多不規(guī)范、不統(tǒng)一之處。用Aβ1-40、1%氯化鋁溶液和TGFβ13種藥物相互作用，能較全面的復(fù)制人類AD由復(fù)雜的多種因素引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性、進行性變性的病變特征，且病變持續(xù)時間長。而其他復(fù)合模型研究均尚處于探索階段，如AlCl3與D-gal聯(lián)合誘導(dǎo)的AD模型，有的采取灌胃方式而有的則采用皮下注射方式，孰優(yōu)孰劣還難以判斷。另外，復(fù)合模型動物的自愈傾向和自愈時限、是否能建立穩(wěn)定性和重復(fù)性好的模型等問題都還需開展大樣本的模型驗證研究，尤其是對AD病理特征的研究需進一步加以探索論證。

7結(jié)語

綜上所述，目前建立AD模型的方法很多，但由于AD的發(fā)病機制和病變過程復(fù)雜，目前尚無能夠全力再現(xiàn)、模擬AD病理、生化、行為等方面全部特征的動物模型。但多數(shù)學(xué)者認為，復(fù)合動物模型會表現(xiàn)出更為典型老年性癡呆的病理及行為表現(xiàn)，為老年性癡呆的研究提出了更深入的探索方向。總之，良好的AD動物模型一定會出現(xiàn)，它將會對AD的研究和藥物開發(fā)有著跨時代的意義。

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(收稿日期：2009.02.13)