阿尔茨海默症动物模型的研究进展及其评价

张　洁　龙　颖　胡昔奇　曹　萍　郑尧帆　李先辉

【摘要】随着世界人口的老龄化，阿尔茨海默症已成为严重威胁老人健康的四大疾病之一。研究并建立可靠的AD动物模型对于探明阿尔茨海默症的病因、发病机制及防治药物的研究与开发均具有重要意义。本文对AD动物模型的研究进展及其评价作一简要综述。

【关键词】阿尔茨海默症；动物模型

【中图分类号】R741.04【文献标识码】A【文章编号】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

阿尔茨海默症(Alzheimer disease ,AD) 是发生在老年期或老年前期的一种中枢神经系统慢性渐进性退行性疾病,以脑细胞内神经纤维缠结(nervefiber tangles , NFT ) 和细胞外老年斑( senileplaques ,SP) 以及大量神经元丢失为主要神经病理特征^[1]。由于阿尔茨海默症（AD）的发病机制至今不明，因此研究并建立可靠的AD动物模型对于探明阿尔茨海默症的病因、发病机制及防治药物的开发与研究具有重要的意义。虽然完全理想的AD动物模型目前尚不存在，但随着神经生物学和分子生物学的进步，许多AD动物模型相继被制作，并在研究中得到广泛的应用，这些模型为理解AD的病理机制和实验新的药物发挥了重要作用。

1损伤模型

1.1前脑胆碱能系统损害模型前脑胆碱能系统损害模型是建立在AD胆碱功能障碍假说的基础上。前脑胆碱能系统与学习记忆和认知功能有着密切的联系，因此前脑胆碱能系统的损害导致AD患者的学习记忆和认识功能的损害^[2]。

1.1.1乙酰胆碱M受体阻断剂所致的动物模型给大鼠腹腔注射胆碱能拮抗剂（如东莨菪碱、樟柳碱等），可阻断大脑皮层中的乙酰胆碱受体的结合位点，从而引起胆碱能系统功能障碍。该类药能特异性阻滞信息由第一级向第二级的传递过程从而干扰了获得新近信息（近期记忆）的能力^[3]。评价：乙酰胆碱M受体阻断剂动物模型可造成认知障碍，但缺乏AD特殊病理生理所必需的特征，且主要是可逆性阻断突触后的乙酰胆碱M受体，而AD是一种进行性不可逆的神经性疾病，突触后乙酰胆碱M受体并无明显减少，因此，只是模拟了AD的部分特征。同时，应注意乙酰胆碱M 受体阻断剂东莨菪碱慢性给药对大鼠学习记忆能力有一定损害,但对长时记忆和海马神经元结构无明显影响^[4]。

1.1.2兴奋性毒素所致的动物模型使用兴奋性神经毒素氨基酸，如红藻氨酸（KA）、鹅膏覃氨酸(IBO)、使君子氨酸(QUIS)、N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)等注入大鼠Meynert可造成动物一系列类似AD的行为改变。兴奋性神经毒素氨基酸有强烈的神经毒性作用，通过与神经元胞体或树突上的NMDA受体结合，使神经元中毒损伤而溃变。兴奋性神经毒素氨基酸可使大脑皮层和海马M受体结合量下降，突触数量减少，胆碱能的标志酶含量下降，学习记忆能力减退。评价：该模型模拟了与学习记忆有关的胆碱能神经系统损害的信息，但无神经炎斑块及NFT的组织病理学改变且神经毒氨基酸对乙酰胆碱系统的损伤可逆转。同时应注意兴奋性神经毒素氨基酸对非胆碱能神经元也有影响。

1.1.3选择性胆碱能神经毒素所致的动物模型向大鼠脑室注射特异性的胆碱毒1-乙基-1-（2-羟乙基）-氯化氮丙啶（AF64A），大鼠会出现胆碱能系统和记忆功能损害。AF64A，1-乙基-1-（2-羟乙基）-氯化氮丙啶是一种胆碱能神经元特异性的突触前损伤神经毒素。其结构与胆碱相似,能选择性地作用于高亲和力胆碱转运( HAChT)系统,同时在其体内积聚部位产生毒素作用。评价：该模型可以模拟大脑皮层、海马等脑区胆碱能神经系统损害和记忆认知行为的改变,但不能形成Aβ沉积、NFTs等组织病理学改变^[6]。

1.1.4免疫毒素所致的动物模型向大鼠脑内Meynert注射免疫毒素1921IgG-Saporin（由低亲和性神经生长因子（NGF）受体的单克隆抗体IgG与同样带有NGF受体的细胞毒性Saporin结合而成），可选择性的损伤基底前脑胆碱能细胞，从而使大鼠的学习记忆能力明显受到损害^[7.8]。评价：该模型主要用于研究胆碱能神经元选择性损害和AD认识障碍的关系机制，拟胆碱能药物治疗AD的药物筛选、疗效评价，胚胎基底前脑胆碱能细胞脑内移植治疗AD的实验。

1.1.5电损毁及外科损毁模型电损害、外科损伤如损毁穹隆海马伞通路等方法破坏基底前脑胆碱能投射纤维,造成动物一系列类似AD 的行为改变^[9]。评价：电损伤模型缺少说服力是由于大鼠脑内不同分区组织中单胺氧化酶β活性与正常组比较没有显著性升高，而单胺氧化酶作为脑组织老化相关酶已被国内外学者所证实。虽然外科手术损伤所致动物模型造模方法具有周期短的优点，但又有创伤大，邻近组织难免受到损害等不足，且无典型AD病理特征，如老年斑和神经纤维缠结等缺点，所以不是AD的理想模型。

1.2β-淀粉样多肽所致的损伤模型向大鼠大脑海马注射或向大鼠大脑侧脑室内灌注Aβ25～35可导致海马神经元减少等AD的病理改变。Aβ具有神经营养和神经毒性双重作用，注射Aβ25～35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]。评价：Aβ25～35注射模型多用于研究AD治疗药物在Aβ沉积、神经毒性作用和小胶质细胞炎症反应等方面，在一定程度上体现了AD的认知功能障碍和某些病理改变，但该模型不能体现神经纤维缠结等AD重要病理改变。应该注意在导入Aβ25～35的同时每一注射动物都有一局灶型损伤，且要使大量Aβ弥散分布到脑是该模型所需要解决的问题。另外，海马注射Aβ是一种急性单因素模型，不符合AD慢性起病的特点。

1.3铝损伤模型用AlCl3处理兔可诱发细胞损伤，神经纤维缠结等AD症状。铝具有神经毒作用，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，继而利于神经纤维缠结的形成^[11]。评价：该模型模拟了AD胆碱能神经系统功能下降及记忆力减退的特征，但此模型只是表达出AD的部分特征，形成的神经纤维缠结中tau蛋白没有磷酸化成PHF，且不能反映年龄依赖性Aβ沉积的SP形成，胆碱能系统也是正常的，造模周期也较长。

1.4脑缺血所致的损伤模型结扎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^[12]。该模型建立于脑供血不足，可引起脑损伤和一系列的AD临床症状，如神经元丢失，蛋白免疫反应增强等。评价：该模型适用于研究混合型老年性痴呆的发病机制和有关药物治疗的研究，但此模型出现的神经病理学改变广泛，不仅限于AD的表现，从而限制了他的应用。

2衰老模型

2.1自然衰老认知障碍动物模型衰老肯定是AD的危险因素。随着年龄的增长，AD患病率呈增高趋势。形态学观察可见，自然衰老鼠隔区、斜角带核及Meynert基底核神经元萎缩、丧失，同时有感觉、运动、学习记忆等多种功能下降，这些都是自然衰老AD模型的基础。评价：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。正常衰老动物只是部分模拟了AD病理改变，极少形成神经纤维缠结及淀粉样蛋白沉积。此外，老年动物价格昂贵，且健康状况差，不易得到，在一定程度上制约了该模型的研究进展。

2.2快速老化小鼠（SAM）模型竹田俊男通过对AKR/T自然变异小鼠进行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SAM-P/8可作为AD模型。SAM-P/8在2月龄就出现学习记忆功能减退，并随着年龄的增加而加重，处于一种低紧张、低恐怖的痴呆状态。同时SAM-P/8具备AD的多种特征，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（β-CIGS）广泛沉着^[13]。评价：该模型是一种比较理想的衰老模型，与自然衰老动物模型相比，其病理特征更加明显，可广泛用于增强学习记忆功能及促智药物的研究。

2.3D-半乳糖衰老模型D-半乳糖衰老模型是由我国学者首先提出的，向大鼠腹腔注射D-半乳糖，使机体细胞内半乳糖浓度增高。在醛糖还原酶的催化下，还原成半乳糖，此物质不能被细胞进一步代谢而堆积在细胞内，影响细胞的正常生理代谢^[14]，动物表现为学习记忆力下降、行动迟缓等衰老征象。评价：D-半乳糖拟衰老模拟是目前研究AD的常用工具之一，它可以得到较为真实的AD病理改变。但此D-半乳糖引起的氧化应激反应在AD的发病机制研究深度不够，同时没有资料证明D-半乳糖能产生AD的老年斑和神经缠结等病理学特征。

3以tau蛋白过度磷酸化为特征的模型

通过ALZET微型渗透泵向大鼠侧脑室灌注OA（一种磷脂酸酶抑制剂），OA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（PHF）样的磷酸化tau蛋白和Aβ淀粉样沉积斑块^[15],能造成AD模型。评价：由于OA选择的抑制蛋白磷酸酯酶1A和2A的和提高PKC的活性，并能同时表现出AD标志性的病理改变——老年斑和神经纤维缠结。该模型主要适用于：①研究AD发病的病理机制，Aβ和tau在AD病变中的相互作用；②验证现有AD治疗方法和药物的疗效。

4三倍体16鼠（Ts16鼠）模型

1991年Richard S-J等学者将双侧平衡罗伯逊易位的16染色体雄性小鼠与正常雌性小鼠交配后，把其中含有三倍体胚胎和整倍体胚胎的海马和皮层组织分离出来，经胰蛋白酶消化研磨后制成细胞悬液，种植在组织培养皿上。从psi-2源的生产细胞株中获得感染性逆转录因子和选择性抗G418新霉素基因。用逆转录因子转染Ts16和整倍体原代培养物，33℃下培养2～4天后加入G418，经3～4周筛选出克隆。将克隆的Ts16胚胎移植到小鼠体内在移植了三倍体小鼠胚胎的小鼠体内。他们用Aβ抗体，a1-抗糜蛋白抗体、tt蛋白抗体和Ubiquitin染色，可观察到类似于AD的抗原性病理变化。评价：Ts16鼠是AD与Downs综合征的理想模型，有编码APP的基因序列，Ts16鼠能较好的模拟AD的特征。但由于Ts16鼠多妊娠18～20天后死亡，极大的限制了此模型的应用。

5转基因动物模型

利用分子遗传学和胚胎学技术理论,将人体与AD有关的基因整合入小鼠的基因组中，如APP^[16]、ApoE、tau、psI及PsⅡ、R406W^[17]，该动物模型能够在分子水平上反映老年性痴呆的病理生理状况，使其脑内产生老年斑和神经元纤维缠结等阿尔茨海默症的典型病理特征，是目前老年性痴呆病药物临床前研究推荐的模型。评价:转基因动物模型的最大优点是模拟了AD的神经病学特征，包括胞外β沉淀、老年斑、突触丢失、神经胶质增生等。但目前也存在了一些问题，比如转基因动物模型难以重复、外源性基因表达不稳定、繁殖能力低、抗病能力差、成本昂贵。

6复合式模型

目前，主要有以D-半乳糖(D-galactose,D-gal)致衰老为基础的联合诱导和由Aβ与转移生长因子β联合诱导两种方法^[18]。前者D-gal是复合模型中最常用的处理因素，包括Aβ与D-gal联合诱导、鹅膏蕈(ibotenic acid,IBO)与D-gal联合诱导、喹啉酸(QA)与D-gal联合诱导、氯化铝(AlCl3)与D-gal联合诱导、亚硝酸钠(NaNO₂)与D-gal联合诱导、东莨菪碱(SCOP)与AlCl3以及D-gal联合诱导、IBO与Aβ1-40以及D-gal联合诱导、IBO与醋酸氢化可的松龙以及D-gal联合诱导等八种AD模型。后者的代表有2007年方芳等^[19]用大鼠侧脑室内连续14d注入A β1-40，连续5d注入1%氛化铝溶液，首次注射时在丘脑前背侧核注入IOngTGFβ1的多因素损伤的方法，对大鼠脑组织的病理改变同人类AD患者脑内神经元丢失、SP、NFT、和颗粒空泡变性等主要病理特征性表现相似，且淀粉样蛋白(主要为Aβ40/42)积聚和ChAT活性降低这些改变与AD患者脑组织内一致^[5]。评价：复合动物模型较单因素模型更能体现AD的复杂性和病变的广泛性,故更接近AD的病理改变。目前，D-gal与Aβ联合和D-gal与IBO联合诱导的AD模型最为常见,但存在药物注射的剂量、时间以及脑内单侧注射与双侧注射等很多不规范、不统一之处。用Aβ1-40、1%氯化铝溶液和TGFβ13种药物相互作用，能较全面的复制人类AD由复杂的多种因素引起的中枢神经系统慢性、进行性变性的病变特征，且病变持续时间长。而其他复合模型研究均尚处于探索阶段,如AlCl3与D-gal联合诱导的AD模型,有的采取灌胃方式而有的则采用皮下注射方式,孰优孰劣还难以判断。另外，复合模型动物的自愈倾向和自愈时限、是否能建立稳定性和重复性好的模型等问题都还需开展大样本的模型验证研究,尤其是对AD病理特征的研究需进一步加以探索论证。

7结语

综上所述，目前建立AD模型的方法很多，但由于AD的发病机制和病变过程复杂，目前尚无能够全力再现、模拟AD病理、生化、行为等方面全部特征的动物模型。但多数学者认为，复合动物模型会表现出更为典型老年性痴呆的病理及行为表现，为老年性痴呆的研究提出了更深入的探索方向。总之，良好的AD动物模型一定会出现，它将会对AD的研究和药物开发有着跨时代的意义。

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(收稿日期：2009.02.13)