阿尔兹海默病动物模型的研究进展

2012，28（1）：102 104

神经解剖学杂志

Chinese Journal of Neuroanatomy

阿尔兹海默病动物模型的研究进展

*通信作者：付学锋

电话：0931-

8994501，E-mail ：lkyyfxf@126．com 赵

波1，张新宇2，付学锋

2*（兰州军区总医院：1．安宁分院临床部神经内科，2．干三科，兰州730070）

【关键词】阿尔兹海默病；动物模型；研究

阿尔兹海默病（Alzheimer ’s disease ，AD ），是一种由神经系统变性引发的进行性痴呆，

老年者发病率较高，亦称老年痴呆。临床表现以记忆障碍、认知功能障碍、精神症状以及人格、行为方面的异常为主。典型的三大病理特征为：神经原纤维缠结、老年斑以及神经元的广泛缺失

［1］

。AD 的动物模型按产生原因大致分为两大类：一是自发性动物模型，即由动物本身突变所致的AD 相关病变，

包括代谢紊乱、分子异常与特种蛋白质合成障碍等模型；二是诱发性动物模型，由人为施加物理、化学和生物等致病因素，诱发AD 相关征象［2］

。

1实验动物

1．1

目前常用的实验动物

常用以研究AD 的实验动物有

非人灵长类动物与啮齿类动物，在选择时遵循“减少、替代、优化”的3Rs 原则。非人灵长类动物与人类的脑部解剖结构、神经病变特点以及生物行为模式相似，尤其是恒河猴，在其脑中观察到含有β-淀粉样蛋白（β-amyloid ，A β）沉积的老年斑和神经原纤维缠结现象，

无论是自发还是诱发模型，都能够较好的复制AD 相关的病理及生理特征

［3］

，但是昂贵的

费用与稀少的资源限制了非人灵长类动物的大量应用。啮齿类动物虽然在病变模拟方面不如非人灵长类全面，但是具有价格低廉、资源广泛、生存率高等特点，与人类的脑部解剖结构与生理特征也较为相近，更适于诱导模型的大量制备，成为AD 最常用的动物模型。1．2

有待探索的实验动物

猫和狗脑部的发达程度与人类

接近，

且其具有较强的生存能力，故而更适于慢性研究，但是其脑部的血供特点与人类相差较大；兔脑部的血供特点与人

脑相近，兔的载脂蛋白E （ApoE ）也与人类的ApoE3相似［4］

，

但其发达程度较人脑逊色，解剖结构也不够完全。这几种哺乳动物可以在AD 研究中发挥一定作用。禽类具有低成本、短周期、高重复性等特点，较易制备成学习与记忆的模型，但在AD 的研究中还有待于深入探讨

［5］

。此外，有实验者成功

在秀丽隐杆线虫体内实现了A β的表达，今后有望将其运用

于AD 的病理研究［6］

。

2动物模型

2．1老化型动物模型2．1．1

自然老化型

AD 常见于60岁以上的老人，自然老

化的动物模型能够模拟老年病人的临床表现，

18个月以上的老年鼠表现出学习和记忆能力的减退，其脑内隔区、基底核及斜角带核的神经元明显萎缩；20岁以上的短尾猴脑内出现老年斑，随着年龄的增长，ApoE 与β-淀粉样前体蛋白的表达增加，老年斑中相应抗体的阳性染色也增加

［7］

。但自然老化

的动物模型无法模拟AD 的全部表现，

且统一性较差，目前更倾向运用水迷宫等测试手段，按照记忆力下降情况将老化动物进行分组研究。2．1．2

快速老化型

快速老化型小鼠（SAMP ）是日本学者

在繁殖自然AKP 变异的小鼠时筛选出来并近交而延代培养成的。SAMP 包括9个亚系，其中SAMP8作为AD 的衰老模型被广泛认可

［8］

。与正常小鼠相比，SAMP8小鼠寿命更短，

脑内沉积灶发生更早，发生率更高。在经过5个月左右的成长期后，SAMP8模型便可出现学习和记忆能力的减退，并产生神经元减少、神经细胞萎缩、神经递质代谢异常等病理改变

［9］

。SAMP8模型既有自然衰老小鼠特征，又有类似老年

痴呆脑部病理改变及学习记忆功能衰退，对AD 的病理学模拟更好，但是价格较贵，生命周期较短，又涉及到代谢、酶学、免疫等多种机制，不易长期研究，目前更倾向运用于增智方面的理论与药物研究。2．1．3

D-半乳糖（D-gal ）致老化型向模型动物的腹腔内

注射D-gal 致使衰老的方法是我国研究者最先提出的。细胞内半乳糖过度堆积将影响正常的细胞代谢，并通过一系列的氧化损伤机制造成神经细胞功能与结构的改变

［10］

。D-gal

致老模型表现出接近自然老化的生理特点与细胞学特性，出现学习与记忆能力的减退、

海马锥体细胞的减少、AD 病理细胞增多等现象。在与A β或氯化铝等复合元素共同作用下，AD 的特征表达更加明显［11］。因为具有以上优点，加之其具

备价格低、操作方便、重复性高等特点，又便于复合研究，故D-gal致老模型在老化型研究中最为常用，但其对氧化机制的阐释与经典病理特征的呈现仍有不足。

2．2损伤型动物模型

2．2．1胆碱能系统损伤型AD患者乙酰胆碱递质水平的下降已被明确证实，通过物理或化学的方法造成动物脑内胆碱能系统的损伤，可以对AD进行模拟。目前常用的物理方法包括电击与手术。电击大鼠Meynert基底核，损坏该处胆碱能神经元，阻滞向皮质的纤维投射，可导致动物出现学习与记忆等多种行为缺陷，但是该模型缺乏在老化酶学方面的验证；手术切除大鼠海马穹窿伞，可使大鼠在术后出现学习记忆障碍，但是该模型缺乏在典型病理学方面的表现［12］。

常用的损伤胆碱能系统化学方法是向大鼠体内注射不同类型的化学制剂。东莨菪碱等胆碱能拮抗药物，可抑制乙酰胆碱与受体结合，引起胆碱能系统紊乱，阻滞信息的获取能力；鹅膏蕈氨酸等毒性制剂可损害神经通路，模拟AD患者行为的异常表现；亚硝酸钠或乙醇等作用于胆碱能系统，可分别在记忆力方面模拟巩固障碍与再现障碍等［13］，但这些模型缺乏在典型病理学方面的表现，且有些药效可逆，无法模拟AD不可逆的神经损害。

物理与化学方法损伤胆碱能系统对AD的模拟效果相近，但是机体的基本机能尚有保留与代偿能力，起到了一定的干扰，对与非胆碱能系统的复合研究较差。

2．2．2Aβ损伤型Aβ是老年斑的主要成分，即使很小的浓度也会产生神经元的毒性作用，在AD的发病中起重要作用。向大鼠的海马或脑室等部位注射不同片段的Aβ，可以使大鼠的神经元发生坏死，促进凋亡基因的表达，诱导胶质细胞的炎性反应，产生血管的淀粉样变性与纤维蛋白的沉积，模拟老年斑的病理现象，形成学习与记忆能力减退的动物模型［14］。无论是单点还是多处注射，都能够迅速建立认知障碍性动物模型，随着注射剂量可以适当调节病变程度，但是AD的脑部病变多呈弥漫性，单纯注射Aβ无法完全模拟弥漫性脑部病变，且注射过程不可避免的对脑组织产生损害，尽管目前已有使用相关微泵注射使其弥散分布的研究，但上述缺点仍无法完全克服［15］。另外该模型尚缺乏对其他典型AD病理改变的模拟作用。

2．2．3tau蛋白损伤型纤维缠结的神经元含有一种过磷酸化的微管蛋白，即tau蛋白，过度磷酸化的tau蛋白在AD 的神经细胞凋亡中发挥了重要作用。通过向大鼠的侧脑室微泵注入磷脂酸酶抑制剂，如冈田酸等，特异性的抑制丝氨酸或苏氨酸的蛋白磷酸酯酶，使磷酸化的tau蛋白呈现双螺旋细丝状的病理改变，也可产生类似Aβ沉积的老年斑改变［16］，制造出神经纤维缠结与老年斑并存的AD动物模型。此种动物模型能够有效的研究AD的病理机制，研制针对丝氨酸或苏氨酸的磷酸酯酶的相关药物。

2．2．4铝中毒损伤型铝中毒能够使神经元退化、变性甚至死亡，AD病人的脑含铝量最高可为正常人的30倍，且在铝中毒的患者脑组织中发现了神经纤维缠结现象［17］。口服氯化铝的大鼠于3个月后出现认知与记忆障碍，脑组织重量减少，皮质出现萎缩。进一步研究证实铝可诱发tau蛋白的过度磷酸化与Aβ的沉积，可制备出神经纤维缠结与老年斑并存的AD动物模型，但是缠结的神经纤维并不表现出双螺旋细丝状，也不足以影响胆碱能系统，较长的试验周期也限制了该模型的应用［18］。

2．3转基因动物模型

2．3．1APP转基因型将血小板源性生长因子作为引物，与人类含Val717Phe突变的基因APP结合，再注射到小鼠的受精卵，培育的下一代携带致病的突变基因，并能够产生老年斑的病理改变，其神经元营养不良，突触缺失，反应性的引起星形胶质细胞增生，学习与记忆的能力减退［19］。Tg2576模型是用朊蛋白启动因子制作的较为理想的转基因模型，能够在时间上模拟AD的表现，随着小鼠年龄增长而病变进行性严重，且Aβ脑内的沉积也与人类的Aβ脑内沉积位置相近［20］。

2．3．2tau转基因型tau的相关基因障碍将引起神经元的退行性变，对其相关基因进行了一系列的研究。tauP301L型转基因鼠可表达最短4Rtau异构体，致使神经原纤维缠结，胶质细胞增生，以及相关的运动障碍，但该障碍能够被脊髓神经元的大量丢失所阐释；由Thy-1启动而表达的最长4Rtau变异体的转基因鼠，可形成神经原纤维缠结前期的纤维样物质结构，以及神经元凋亡与胶质细胞增生等改变，而无运动障碍表现［21］。

2．3．3多重转基因型AD是多基因控制的病变，单一基因调控的转基因动物模型还不能够全面进行AD的相关研究。tauP301L及Tg2576双重模型可以制造出神经原纤维缠结与淀粉样沉积并存的AD动物模型，并能够有效地相互协同解释；APP＆PS1＆tau的三重转基因模型更好的证实了Aβ沉积所具有的年龄相关与区域相关特点，且较易杂交繁殖，在AD 的病生领域有很广阔的研究空间［22］。

转基因动物有着重复性差、表达稳定性差、繁殖能力低、繁殖周期长等劣势，同时培育转基因动物对实验室条件、资金和研究者的理论水平和实践经验均有较高的要求，需要周密设计，且制作复杂、费用昂贵。故目前转基因动物模型的应用受到一定限制。但随着科技手段的进步，转基因动物模型有着广阔的发展前景。

3动物模型的前景

3．1复合模型的运用D-gal致衰老模型在老化型研究中最为常用，具有价格低、操作方便、重复性高等特点，在此基础上展开复合式模型研究，既能够兼顾与衰老相关的表现，又能够模拟病理改变，多角度模拟AD的情况。D-gal联合鹅膏蕈氨酸损害神经通路，可模拟出老年斑、神经原纤维缠结和tau蛋白异常磷酸化等复合病理模型［23］。给小鼠联合腹腔注射D-gal和三氯化铝或D-gal和亚硝酸钠后，小鼠脑组织内出现Aβ沉积，出现学习记忆力减退，脑内胆碱能系统功能降低等类AD症状［24］。另外D-gal联合Aβ片段注射，可使胆碱能神经元丧失功能，降低动物的空间分辨能力［25］。

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赵波等：阿尔兹海默病动物模型的研究进展