老年性痴呆动物模型研究进展.docx

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老年性痴呆动物模型研究进展

Anewtargetforantihepatofibrosis:

Na+/H+exchangers

CHENHou2Chang,LIUYong2Gang

（DeptofPharmacology,theFirstMilitaryMedicalUniversity,Guangzhou　510515

ABSTRACT　Na+/H+exchangers（NHEarevitaltransmembraneproteinsinvolvedinmultiplecellularfunctionsincludingtheregulationofintracellularpH,thecontrolofcellvolumeandtheonsetofprolifera2tion,differentiationandapoptosisofcells,henceas2sociatedwithliverfibrosisduetomediatinghepaticstellatecell（HSCactivationandcollagensynthesiseffectsinducedbycytokinesandoxidativestress.NHEisexpectedtobeanewimportanttargetforan2tihepatofibrosis.

KEYWORDS　Na+/H+exchanger;liverfibrosis

老年性痴呆动物模型研究进展

丛伟红　刘建勋

（中国中医研究院西苑医院实验研究中心,北京　100091

中国图书分类号　R749116;R2332;

文献标识码　A　文章编号　100121978（20030520497205

摘要　老年性痴呆（Alzheimersdisease,AD是以老年斑和神经纤维缠结为特征的一种进行性、退行性神经系统疾病。

AD动物模型的研究可大大促进AD病因、发病机制及药物筛选的研究,是深入开展AD研究的必要条件之一。

损伤性、自然衰老动物和复合型动物模型能够复制出认知缺损等表现,但缺乏AD的特征性病变。

SAM2P/8是相对理想的模型。

转基因小鼠是目前研究的热点,为在体研究AD的特定发病基因及其代谢产物提供了新的载体。

随着AD治疗学由对症治疗转向对因治疗,AD模型也应顺应这一发展。

关键词　老年性痴呆;动物模型

　　21世纪,全球正逐步进入人口老龄化时代。

联合国秘书长安南指出,人口老龄化是人类面临的一场无声的革命,是人类历史上前所未有的,对任何社会都是一场重大挑战。

随着老龄人口的增加,老年性痴呆（Alzheimersdisease,AD的发病率越来越高,预计2025年全球受该病困扰的人数将达1400万[1]。

该病的防治不仅是一个重大的医学问题,同时也是一个严峻的社会问题。

老年性痴呆的病理与大脑皮质和皮质下神经细胞退化有关,以神经元纤维缠结（neurofibrillary

20020320收稿,20020612修回

作者简介:

丛伟红,女,29岁,博士生。

Tel:

01026287559926422,E2mail:

congcao123@;

刘建勋,男,47岁,研究员,博士生导师。

研究方向:

中药

药理学tangles,NFTs和老年斑（senileplaques,SP为主要特征。

对于AD这类病因不清、病理机制复杂的疾病,通过对现有动物模型的间接研究,可以探讨其病因、发病基础、病变机制,为验证有应用前景的新疗法、新药物的安全性和有效性提供临床前载体。

1　损伤性动物模型

1.1　前脑胆碱能系统损伤模型　基底前脑胆碱能细胞发出的轴突广泛投射到新皮质和海马等高级脑区,这一投射与学习记忆和认知功能有着密切的联系,任何一个环节阻断或损伤都可导致动物出现认知障碍和学习记忆能力的损害。

前脑胆碱能系统损伤模型主要着眼于模拟AD的认知缺损和前脑胆碱能系统广泛的功能损害,最终导致认知和非认知过程障碍。

将兴奋性氨基酸如鹅膏蕈氨酸（ibotenicacid,IBO、海人酸（kainicacid,KA、使君子酸（quisqual2icacid,QA和N2甲基2D2天冬氨酸（NMDA等注入动物的基底大细胞核可建立起AD模型。

如向大鼠右侧基底核注入QA可导致胆碱能退变、强烈的神经胶质反应以及炎症反应介质（如白介素21β浓度升高[2]。

因KA用量较大,使用KA制作AD模型易引起动物死亡,（如海马锥体细胞的死亡。

物与学习记忆有关的行为执行

神经元常与非胆碱能细胞群交叉存在,目前所用的神经兴奋性毒素对胆碱能细胞的选择性普遍较差,免疫毒素

192IgG2saporin则可选择性损害基底前脑胆碱能神经元,对该区域其它部分的神经元未发

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现损害。

将192IgG2saporin300ng注射到大鼠的大脑中隔膜,可引起胆碱乙酰转移酶活性降低60%,并造成隔海马神经元的损害[3]。

穹窿海马伞横断术（fimbria2fornixtransection也可导致动物基底前脑中隔和斜角带出现的胆碱能和非胆碱能神经元的丢失以及海马胆碱乙酰转移酶活性降低、乙酰胆碱酯酶纤维减少[4]。

1.2　冈田酸（okadaicacid,OA损害模型　OA可以选择性抑制丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酯酶1A和2A,引起大鼠脑内出现类似老年性痴呆病理改变的双螺旋细丝（pairedhelicalfilament,PHF样的磷酸化tau蛋白和βA4沉积。

通过ALZET微型渗透泵向大鼠侧脑室灌注OA[5],可在CA1区和齿状回见到双螺旋细丝2Ⅰ和APP阳性营养不良性轴突等改变。

1.3　铝损害模型　部分研究者认为[6],铝可促使Aβ聚合,刺激活性氧产生,增强脂质过氧化,继而造成神经细胞膜的损伤。

同时,铝能抑制蛋白磷酸酯酶2A和2B的活性,从而促使异常磷酸化的tau蛋白产生,继而利于NFT的形成。

1.4　D2半乳糖损害模型　D2半乳糖损害模型是由我国学者首先提出的,动物表现为学习记忆力下降,皮质神经元中细胞器减少,线粒体膨胀呈空泡样变性,粗面内质网脱颗粒,蛋白质合成减少,神经元丢失,这与老年动物的表现一致。

1.5　脑缺血痴呆动物模型　人脑的供氧系统对脑功能有着重要的保护作用,缺血缺氧首先影响的是脑的正常功能,此时极易出现智能障碍。

通常老年动物脑血流量较成年动物减少20%以上,老年动物慢性脑缺血,可以产生类似老年性痴呆的病理生理改变。

结扎16月龄大鼠双侧颈总动脉同时烧灼一侧椎动脉,可造成脑长期供血不足,动物出现与AD患者相似的行为缺失和脑组织病理生理改变[7]。

1.6　β2淀粉样肽（Aβ损害模型　Aβ具有神经营养和神经毒性双重作用。

根据Hardy和Higgins1992年在Science上提出的ADβ2淀粉样蛋白级联反应假说,Aβ沉积导致SP、NFTs形成、细胞死亡和血管病变,最终导致痴呆虽然AβAD的发病中的详细机制目前尚无定论,但体内、体外实验都已证实了其神经毒性作用[8,9]。

大鼠双侧海马内一次性注射Aβ25~35片段后,主动和被动回避性反射及空间分辨力降低,皮质和海马神经元减少、退变,皮质下血管淀粉样变,脑内出现纤维蛋白丝状物[10]。

1.7　秋水仙碱（colchicine,Col损伤模型　秋水仙碱可选择性破坏海马锥体细胞和颗粒细胞,诱发神经纤维变性,导致海马胆碱乙酰转移酶活性下降,动物出现短期学习记忆障碍[11]。

2　自然衰老认知障碍动物模型

衰老是AD的肯定危险因素。

随着年龄的增长,AD患病率呈增高趋势。

一般认为,85岁以前,每5岁1个年龄组患病率增加1倍。

自然衰老认知障碍动物模型神经系统的改变是自然发生的,较其他动物模型更为接近AD的真实病理改变。

除大鼠及小鼠外,其它老年动物如老年猴、兔也是可以考虑的对象。

有人在经过行为学测试的3月~7年龄兔的小脑和海马的某些脑区,发现了显著的神经元丢失和神经胶质细胞增生,但遗憾的是,即使在超过7年龄的兔的端脑神经元中未发现或很少发现Aβ沉积或异常的tau蛋白聚集[12]。

3　快速老化小鼠（senescenceacceleratedmouse,SAM模型

竹田俊男[13]通过对AKR/J自然变异小鼠进行近交延代培养得到一种自然快速老化小鼠,该家族诸多品系中的SAM2P/8和SAM2P/10表现出明显的学习记忆功能减退,处于一种低紧张、低恐怖的痴呆状态。

其中SAM2P/8具备AD的许多特征,诸如皮质萎缩、皮质和海马锥体神经细胞数目下降、PAS阳性颗粒和Aβ样颗粒（β2CIGS广泛沉着、脑干网状结构大细胞群背侧部出现海绵状变化、星状胶质细胞反应等。

SAM2P/10则表现出一个生命周期中脑神经元减少3516%、皮质增龄性萎缩等特征。

另外,SAM2P/8和SAM2P/10还存在神经递质、脑内葡萄糖、NO、NOS以及自由基代谢障碍等方面的病理变化。

4　复合型AD模型

利用多种方法综合作用得到的复合型AD大鼠模型,可以在一定程度上模拟AD胆碱能神经功能缺损的多因素发病机制。

将Aβ（1~40或25~35和小剂量的IBO共同注入大鼠海马,两周后除出现神经元大量丢失外,注射点附近以及包括CA1、CA2和脑回等远区出现多数神经元耗竭[14]。

5　转基因动物模型

转基因动物可以在活体上研究某一特定致病基因的作用,是研究AD的独特而重要的模型,基于遗传背景、繁殖能力、操作难度和经济角度的考虑,目前的转基因动物多选用小鼠。

现有多种转基因小鼠可表达与AD病变有关的基因如APP、APP的C末端片段、tau、PSⅠ和Ⅱ、ApoE。

5.1　APP转基因小鼠　Aβ作为APP的一个片段,与AD两大病理学特征SP和NFTs的形成都有密

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切关系,现在多数研究者认为,APP基因异常代谢产生Aβ是AD发病过程中的关键环节。

因此,APP转基因小鼠常被用来研究APP的加工和代谢过程、APP和Aβ在AD过程中的可能作用途径以及从整体上阐明APP或Aβ同认知缺损之间的关系或进行治疗药物的筛选。

涉及的基因包括野生型APP、APP片段、突变型或野生型FADAPP基因。

其中,Tg（APP695SWE2576小鼠是一种研究AD某些病变的较有价值的动物模型,这类小鼠在多种与海马功能有关的实验中表现出认知功能缺损,且呈增龄性加重的趋势。

水迷宫实验显示,与3和6mon的非Tg同窝小鼠相比,较老的（9~10monTg2576小鼠找到隐藏平台的潜伏期明显延长[15]。

这些小鼠脑内的Aβ40和Aβ42水平升高,在8到10mon时即出现AD样的Aβ沉积,弥散型和致密型老年斑增龄性增多,一般在12mon以后明显增加[16]。

值得注意的是,在各种APP转基因小鼠中,Aβ沉积的分布区域与人类AD在很大程度上相似。

5.2　tau转基因小鼠　现在,数种神经退行性疾病（包括AD被统称为“tau病”,它们的共同特征之一是有由微管相关蛋白tau组成的神经元丝状内含物。

1998年,研究证实与额颞叶痴呆并发帕金森病相关的tau的突变和第17号染色体有关,说明tau的功能障碍足以引起神经元功能的退变。

人类tau病转基因小鼠将有助于阐明tau功能障碍导致tau内含物形成的机制、tau内含物同其它病变如神经元丢失之间的关系等。

如超表达野生型4Rtau最长异构体（2N4R的转基因小鼠,它们表达的转基因可达内源水平的10倍,tau在神经元的体树定位类似于在人类tau病（包括AD中观察到的缠绕形成前期状态,同时出现神经原性肌萎缩症、轴突变性、运动损害等改变,有的动物出现胶质细胞增生、不溶性tau。

但缺点是缺乏神经元纤维的病理改变,且神经元丢失不明显[17,18]。

鉴于成年小鼠的大脑主要表达tau的变异体4R,过度表达最短tau变异体（0N3R的转基因小鼠可用于验证3Rtau缺乏将抑制神经元纤维病变发展的假说。

这类动物出现运动缺损、不溶性tau,18~20mon时,偶可在大脑切片的海马、杏仁核和内嗅皮质观察到明显的硫磺素2S阳性神经元纤维缠结（每张切片1~2处,但老年动物很少出现神经元纤维缠结。

随着年龄增加,脑和脊髓有不溶性的tau聚集。

这些小鼠产生的NFTs分布较稀疏且需2年以上的时间,因此可认为是一种正常老化的模型[19,20]。

较前两类模型有所进步,tau（P301L转基因小鼠可表达外显子10出现P301L突变的最短4Rtau变异体,神经元中出现NFTs、神经胶质细胞增生、不溶性tau、神经原性肌萎缩症以及严重的进展至死亡的运动缺损,但在皮质和海马仅观察到少量的NFTs。

除神经纤维病变以外,P301Ltau小鼠的脊髓神经元丢失近50%,这可在很大程度上解释为何该模型会出现运动功能障碍[21]。

另有一种在Thy21启动子下表达最长4Rtau异构体的P301Ltau转基因小鼠。

该小鼠8mon时,皮质、脑干、脊髓中可观察到处于缠绕形成前期的tau和一些硫磺素2S阳性神经纤维样结构。

此外,尚出现神经胶质细胞增生、神经元凋亡、不溶性tau等病变,但无运动缺损的表型,且tau在缠绕形成前期和缠绕状态时的比例不清楚[22]。

5.3　抗神经生长因子转基因小鼠　神经生长因子（NGF与年龄相关性神经元退行性疾病有关,老年抗NGF转基因小鼠可表现出年龄相关性神经元退行性病理变化,皮质及海马神经元出现SP、不溶性的过度磷酸化的tau和NFTs,还出现广泛的皮质神经元丢失、基底前脑胆碱能损害和行为损害[23]。

5.4　多个基因共表达的转基因小鼠　目前AD患者脑中的淀粉样物和tau病变之间的关系仍不清楚,多个基因共表达的转基因小鼠似有助于该问题的阐明。

与共表达HuAPP695SWE和HuPS2Ⅰ的转基因小鼠相比,TAPP小鼠作为突变型tau（P301L转基因小鼠与Tg2576杂交得到的双重转基因后代,可同时产生神经元纤维缠结和淀粉斑病变。

更为显著的是,该模型边缘系统的神经纤维病变大幅度增加。

鉴于边缘系统是AD患者和Tg2576小鼠最早产生病变的脑区,TAPP小鼠可用于说明APP功能障碍或Aβ沉积对神经元纤维缠结形成的影响[24]。

6　结论

总的来说,动物模型与临床发病过程、病程改变保持一致或至少近似是十分重要的。

尽管AD动物模型研究发展很快,已经帮助人类解决了AD发病的某些分子机制和其它一些基础生物学问题,但在对AD基本病因、发病机制缺乏根本了解的情况下,很难制作出准确反映该病的动物模型。

损伤性、自然衰老认知障碍、复合型动物模型都存在一定缺点,除不出现NFT和SP外,还存在或胆碱能系统的损伤是可逆的,或操作上有一定难度,或造模周期过长,或个体差异较大。

SAM2P/8虽可出现增龄性Aβ沉积,但尚未有发现AD其它特征性病变如NFTs等的报道,不过因其寿命短、老化快、老化特征显著,目前可认为是相对理想的模型。

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基因技术通过转入AD的基因调控成分建立整体模型,可以在复杂的内环境中再现或模拟AD的某些病理表现,以更为合理和可重复的方式为特定基因及其代谢产物的在体研究另辟新径。

但AD通常是由一组基因控制的,而目前的转基因模型大多是移植了一个、数个基因或基因片段,尚不能真实地反映AD的病理改变。

FADAPP、野生型APP、突变型Aβ1~42转基因小鼠以及FAD突变型PS2Ⅰ和FADAPP双重转基因小鼠均未出现NFTs,且在大多数模型中未出现明显的或不出现神经元丢失。

抗NGF转基因小鼠能较明显地复制出AD的病理变化,可能对阐明该病的发病机制有所裨益。

TAPP小鼠对探讨AD两大病理学特征的相互关联将非常有用。

应注意证明观察到的一些行为学表型如认知改变是由于特定基因的表达产生的,而不是由于正常衰老或特殊进化过程的缘故。

比如,实验中除应对突变型转基因小鼠与同窝非转基因小鼠进行比较外,还应对前者和野生型转基因小鼠进行比较。

能够真实反映各个病理发展阶段特征的动物模型对于AD研究有着十分重要的意义。

它可以验证有关AD病因、发病机制等的各种假说,为药物疗效研究提供载体,继而找到确切的治疗靶位。

随着AD治疗学由对症治疗转向对因治疗,动物模型研究也应顺应这一新的变化,最终使人类能够藉动物模型的研究,推动AD治疗学向着更加安全、有效的方向发展。

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