老年癡呆動物模型研究進展 20161121 2003版

1、 藥理學 老年癡呆是繼腫瘤、心臟病、腦血管病之后引起老年人死亡的第四大病因老年癡呆是繼腫瘤、心臟病、腦血管病之后引起老年人死亡的第四大病因, 它它是一種嚴重的、退行性腦疾患是一種嚴重的、退行性腦疾患,多起病于老年期，潛隱起病，病程緩慢且不可逆。多起病于老年期，潛隱起病，病程緩慢且不可逆。 臨床特征是臨床特征是進行性認知功能障礙進行性認知功能障礙, 至疾病后期至疾病后期, 患者生活不能自理及臥床不起患者生活不能自理及臥床不起, 不能說話甚至連自己的近親都不認識。不能說話甚至連自己的近親都不認識。 病理改變包括病理改變包括廣泛的神經(jīng)元丟失廣泛的神經(jīng)元丟失、腦內(nèi)出現(xiàn)無數(shù)、腦內(nèi)出現(xiàn)無數(shù)神經(jīng)元纖維纏結神

2、經(jīng)元纖維纏結(NFT) 和和老年老年斑斑。病理改變病理改變 阿爾茨海默病主要表現(xiàn)為腦細胞的廣泛死亡，特別是基底節(jié)區(qū)的腦細胞。（正常情況下，阿爾茨海默病主要表現(xiàn)為腦細胞的廣泛死亡，特別是基底節(jié)區(qū)的腦細胞。（正常情況下，基底節(jié)區(qū)發(fā)出的纖維投射到大腦與記憶和認知有關的皮質，它釋放乙酰膽堿。短期記憶的基底節(jié)區(qū)發(fā)出的纖維投射到大腦與記憶和認知有關的皮質，它釋放乙酰膽堿。短期記憶的形成必須有乙酰膽堿的參與，患者與正常人相比形成必須有乙酰膽堿的參與，患者與正常人相比乙酰膽堿轉移酶乙酰膽堿轉移酶的含量比正常人減少的含量比正常人減少90%。 ） 經(jīng)解剖發(fā)現(xiàn)，患者腦中有廣泛的經(jīng)解剖發(fā)現(xiàn)，患者腦中有廣泛的神經(jīng)元纖維

3、纏結神經(jīng)元纖維纏結，軸突纏結形成，軸突纏結形成老年斑老年斑。老年斑中含有。老年斑中含有壞死的神經(jīng)細胞碎片、鋁、異常的蛋白，壞死的神經(jīng)細胞碎片、鋁、異常的蛋白，腦內(nèi)腦內(nèi) 淀粉樣蛋白過度積聚淀粉樣蛋白過度積聚。發(fā)病機制發(fā)病機制目前公認的發(fā)病機制主要有：目前公認的發(fā)病機制主要有：1.淀粉樣肽假說淀粉樣肽假說2.與載脂蛋白與載脂蛋白E（APO-E4）的基因有關）的基因有關3.中樞膽堿能損傷中樞膽堿能損傷 4.興奮性氨基酸毒性學說興奮性氨基酸毒性學說 1.淀粉樣肽假說淀粉樣肽假說由于淀粉樣前蛋白的異常導致蛋白成分漏出細胞膜，導致神經(jīng)元纖維纏結和細胞死亡，由于淀粉樣前蛋白的異常導致蛋白成分漏出細胞膜，導致

4、神經(jīng)元纖維纏結和細胞死亡，基因位于基因位于21號染色體。號染色體。 凝聚態(tài)凝聚態(tài)A在腦實質的沉積啟動病理級聯(lián)在腦實質的沉積啟動病理級聯(lián), 導致導致 NFT 形成形成, 神經(jīng)神經(jīng)元丟失和癡呆表現(xiàn)。元丟失和癡呆表現(xiàn)。在在AD患者腦內(nèi)，患者腦內(nèi)，Tau蛋白蛋白異常過度磷酸化，并聚集成雙螺旋絲形式，與微管蛋白的結異常過度磷酸化，并聚集成雙螺旋絲形式，與微管蛋白的結合力降低，失去了促進微管形成和維持微管穩(wěn)定的作用。異常磷酸化合力降低，失去了促進微管形成和維持微管穩(wěn)定的作用。異常磷酸化Tau蛋白的病理蛋白的病理性沉積，導致了性沉積，導致了神經(jīng)原纖維纏結（神經(jīng)原纖維纏結（NFTs）的形成，而的形成，而NFT

5、可作為大腦早老化的標志?？勺鳛榇竽X早老化的標志。淀粉樣肽假說強調 A 凝聚而非已成熟的淀粉樣纖維在AD 發(fā)病中的作用。具有神經(jīng)毒性的A 參與了NFT 的形成。但前腦額葉癡呆與 17 號染色體有關聯(lián)。細胞內(nèi) tau 的凝聚也可由 tau 基因突變直接引起.微管是重要的細胞骨架成分, 與有絲分裂、細胞內(nèi)轉運等多種功能有關。微管由管蛋白( tubulin) 和微管相關蛋白( tau 含量最高) 組成。Tau蛋白是一種含量最高的微管相關蛋白.淀粉樣肽假說淀粉樣肽假說: AD患者較正常老年人腦內(nèi)患者較正常老年人腦內(nèi)NFT數(shù)目更多、分布更廣。數(shù)目更多、分布更廣。NFTs隨隨AD的發(fā)展而增多，并與臨床癡呆的

6、程度的發(fā)展而增多，并與臨床癡呆的程度相關。相關。 早老素早老素 1( PS 1) 和早老素和早老素 2 (PS 2) 突變參與了突變參與了AD 老年斑和老年斑和NFT 的形成。的形成。 PS 在在 AD 發(fā)病中的作用是發(fā)病中的作用是:促進促進 A 的沉積的沉積, 損傷線粒體損傷線粒體, 產(chǎn)生自由基產(chǎn)生自由基, 造成鈣穩(wěn)態(tài)失調和釋放凋亡因子造成鈣穩(wěn)態(tài)失調和釋放凋亡因子引起細胞凋亡引起細胞凋亡, 提高提高 GSK 3 活性活性, 增加增加 tau 蛋白的磷酸化蛋白的磷酸化。2與載脂蛋白與載脂蛋白E（APO-E4）的基因有關）的基因有關 載脂蛋白載脂蛋白 E (apolipoprotien E, A

7、POE) 基因定位于基因定位于 19 號染色體號染色體, 人類的人類的 APOE 基因有三個等位基因基因有三個等位基因即即 APOE2, APOE3, APOE4。 APO-E4的增多能對抗的增多能對抗APO-E2或或APO-E3的功能。的功能。APO-E4使神經(jīng)細胞膜的穩(wěn)定性降低，導致神經(jīng)元使神經(jīng)細胞膜的穩(wěn)定性降低，導致神經(jīng)元纖維纏結和細胞死亡。纖維纏結和細胞死亡。 APOE4 在在 AD 發(fā)病中的作用發(fā)病中的作用是是: 促進促進 A 的形成的形成, 減少減少 A 清除清除, 促進促進 tau 高度磷酸化和形成雙股螺旋細高度磷酸化和形成雙股螺旋細絲以及使乙酰膽堿合成減少。絲以及使乙酰膽堿合成

8、減少。3.中樞膽堿能損傷中樞膽堿能損傷 膽堿能神經(jīng)遞質膽堿能神經(jīng)遞質是腦組織中的重要化學物質，發(fā)生阿爾茨海默病時腦內(nèi)的膽堿是腦組織中的重要化學物質，發(fā)生阿爾茨海默病時腦內(nèi)的膽堿能神經(jīng)元減少，導致乙酰膽堿（能神經(jīng)元減少，導致乙酰膽堿（Ach）合成、儲存和釋放減少，進而引起以記）合成、儲存和釋放減少，進而引起以記憶和識別功能障礙為主要癥狀的一系列臨床表現(xiàn)。憶和識別功能障礙為主要癥狀的一系列臨床表現(xiàn)。 在阿爾茨海默病的發(fā)病機制中，此學說也是目前較為公認的阿爾茨海默病的發(fā)在阿爾茨海默病的發(fā)病機制中，此學說也是目前較為公認的阿爾茨海默病的發(fā)病機制。病機制。神經(jīng)化學神經(jīng)化學 AD患者腦部乙酰膽堿明顯缺乏，

9、乙酰膽堿酯酶和膽堿乙酰轉移酶活性降低，特別是海馬和顳葉皮質部位。此外，AD患者腦中亦有其他神經(jīng)遞質的減少，包括去甲腎上腺素、5羥色胺、谷氨酸等。4.興奮性氨基酸毒性學說興奮性氨基酸毒性學說 尤其是尤其是谷氨酸（谷氨酸（Glu） 谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要興奮性神經(jīng)遞質，具有重要生理功能，如大量釋谷氨酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要興奮性神經(jīng)遞質，具有重要生理功能，如大量釋放可以造成組織損傷。放可以造成組織損傷。 現(xiàn)有研究提示，現(xiàn)有研究提示，AD患者患者腦內(nèi)谷氨酸功能亢進，造成神經(jīng)元損傷，從而產(chǎn)生認知腦內(nèi)谷氨酸功能亢進，造成神經(jīng)元損傷，從而產(chǎn)生認知功能缺陷功能缺陷。 1、快速老化小鼠、快速老化小鼠（Sen

10、escence-Accelerated Mouse SAM）模型模型20世紀世紀80年代，學者年代，學者Takeda T,Hosokawa M等在普通的遺傳群等在普通的遺傳群AKR系小系小鼠鼠中通過表型選擇培育出一種快速老化小鼠中通過表型選擇培育出一種快速老化小鼠SAM，6個月大的時候出現(xiàn)個月大的時候出現(xiàn)了系統(tǒng)性淀粉樣變。了系統(tǒng)性淀粉樣變。近年，近年，Atsuyoshi Shimada等學者以等學者以SAMP10為模型研究免疫與年齡相為模型研究免疫與年齡相關的因素干擾影響大腦組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)失調如何導致老年性神經(jīng)退行性病變關的因素干擾影響大腦組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)失調如何導致老年性神經(jīng)退行性病變。 SAM模型缺

11、點：模型缺點： 價格較昂貴，壽命短，雖然可以應用于抗衰老及AD治療方面的實驗研究，但不宜用作長期實驗。2、以、以D-半乳糖半乳糖（D-galactose，D-gal）損害為主的動物模型損害為主的動物模型 小鼠每日腹腔注射D-gal120 mg/kg和亞硝酸鈉90 mg/kg，連續(xù)60 d；空白對照組腹腔注射等體積生理鹽水。2011年，Xiao F等學者利用D-gal與aluminium（AL）聯(lián)合皮下注射昆明小鼠連續(xù)10周，分別使用Morris水迷宮測試,染色及生化指標等測試模型小鼠的學習和記憶、膽堿能系統(tǒng)變化，以及蛋白質淀粉樣蛋白（A）的含量，顯示有明顯的學習和記憶缺陷，并顯示大腦乙酰膽堿（

12、ACh）的水平減少，老年斑（SP）形成和神經(jīng)元纖維糾結結構也被觀察到，（證明聯(lián)合使用D-gal和AL也可建立一個有效的研究AD的發(fā)病機制的模型。同時D-gal也能使動物提前衰老。） 該模型優(yōu)點：經(jīng)濟且操作簡單、模擬損傷較為全面。缺點：飼養(yǎng)周期長、外界干擾。 3、以膽堿能損傷為基礎的、以膽堿能損傷為基礎的AD動物模型動物模型 大腦基底前腦膽堿能細胞損傷都可導致動物出現(xiàn)認知障礙和學習記憶能力的損害。研究學者通過各種方法直接破壞腦膽堿能神經(jīng)細胞功能，從而制作AD模型。 3.1電損傷基底核的電損傷基底核的AD動物模型動物模型用電解毀損基底核法破壞腦基底核法制備AD大鼠損傷性癡呆模型，并利用電子顯微鏡觀

13、察兩種癡呆模型的腦組織超微結構變化。結果顯示模型鼠的腦神經(jīng)細胞、神經(jīng)膠質細胞均出現(xiàn)線粒體數(shù)目減少，嵴斷裂或消失，部分線粒體出現(xiàn)髓樣變或呈空泡狀。粗面內(nèi)質網(wǎng)較少并出現(xiàn)脫顆粒，胞漿內(nèi)脂褐素顆粒增多。3.2化學損毀模型化學損毀模型興奮性毒素損傷Meynert基底核(NBM)所致的AD動物模型NBM主要由中樞膽堿能神經(jīng)元組成,同時NBM發(fā)出纖維投射到大腦皮質廣泛區(qū)域及嗅球。NBM損傷被廣泛用于制作AD模型。有的學者使用化學物質注入動物腦基底核，從而破壞膽堿能神經(jīng)元建立起AD模型（如鵝膏蕈氨酸（ibotenic acid,IBO）、海人酸），結果顯示模型鼠出現(xiàn)腦神經(jīng)細胞退行性病變。 化學損毀模型化學損毀

14、模型 此類模型簡單雖然模擬了膽堿能神經(jīng)元損傷的特征，但是模型未出現(xiàn)SP和NFT等病理性特征，所以在用藥劑量濃度和時間部位等問題上還需要進一步研究?；浊澳X膽堿能神經(jīng)元變性在基底前腦膽堿能神經(jīng)元變性在AD神經(jīng)病理改變中占重要地位神經(jīng)病理改變中占重要地位,它可引起某些認知障礙。基底前腦神經(jīng)元可表達它可引起某些認知障礙。基底前腦神經(jīng)元可表達神經(jīng)生長因子神經(jīng)生長因子(nerve growth facto r,NGF)的受體的受體。實驗表明實驗表明,NGF及其受體的改變在神經(jīng)元退行性疾患膽堿能功能及其受體的改變在神經(jīng)元退行性疾患膽堿能功能障礙中有作用。因此可以通過障礙中有作用。因此可以通過N G F受體

15、的介導作用制備受體的介導作用制備AD模模型。白喉毒素結合的型。白喉毒素結合的NGF可以導致前腦膽堿能神經(jīng)元損傷模型?？梢詫е虑澳X膽堿能神經(jīng)元損傷模型。3.3選擇性損傷基底前腦(basal for ebrain,BF)膽堿能神經(jīng)元的AD動物模型4、注射、注射A的的AD動物模型動物模型 通過實驗證明，A不足可能會導致突觸失去正常功能，而A過?？赡軐е峦挥|功能障礙，從而導致AD的發(fā)生。 注射A可模擬A聚集或沉積建立學習記憶能力損害、海馬神經(jīng)元破壞等病理改變的AD動物模型 。5、Triso my16模型模型Downs綜合征以21號染色體三體型為特點,而小鼠第16號染色體上含有與人類第21號染色體長臂上

16、相同的編碼APP的基因。基于這個發(fā)現(xiàn),許多學者就嘗試用16三體鼠作為研究AD的模型。實驗結果可以看出:T riso my 16模型可以出現(xiàn)A D的部分病理改變,但是對于此種模型的研究也只是剛剛開始,還有許多工作有待完成。 6、鋁元素慢性中毒模型、鋁元素慢性中毒模型 2005年，楊勇等向大鼠脊髓蛛網(wǎng)膜下腔埋管多次注射三氯化鋁（aluminium trichloride，AlCl3）建立的AD動物模型獲得成功。2011年，Xiao F等學者利用D-gal與aluminium（AL）聯(lián)合皮下注射昆明小鼠連續(xù)10周，成功建立了一個學習記憶能力衰退并出現(xiàn)老年癡呆典型病理改變的模型。7、轉基因、轉基因AD

17、動物模型動物模型 學者研究發(fā)現(xiàn)APP（myloid beta（A4）precursor protein）基因突變會導致AD發(fā)生。 學者利用不斷完善的轉基因技術建立轉基因AD動物模型，現(xiàn)階段，利用APP,PS1和Mapt（3xTg-AD）建立三重轉基因小鼠來測試認知和非認知行為差異，這一模型將對臨床前期干預非常有幫助。 由于AD受遺傳及環(huán)境共同影響，因此在轉基因模型的基礎上，再施加中樞膽堿能損害、自身免疫損傷等其他致病因素，將產(chǎn)生更接近人類AD病理及發(fā)病過程的模型，從而將對AD治療及藥物的篩選開發(fā)起到推動作用。 8、與免疫有關的、與免疫有關的AD動物模型動物模型 近年來的研究表明，與自身免疫系統(tǒng)衰退有關，如老年斑中A標記和免疫球蛋白鏈相似， 因而可以利用提取抗原-抗體復合物沉積形成淀粉樣核心導致神經(jīng)變性和老年斑形成，從而制備AD動物模型。9、自然衰老的動物模型、自然衰老的動物模型一般采用老年嚙齒類及非人靈長類動物。實驗結果顯示:老年小鼠和大鼠腦中Ach E活性比對照組顯著升高,Cha T活性明顯降低,M受體結合容量也顯著降低,說