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科研小努力新蟲 (小有名氣)
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阿爾茨海默癥動(dòng)物造模 已有1人參與
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阿爾茨海默病( Alzheimer’s disease,AD) 是一種在老年人中發(fā)病率極高的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,是繼癌癥、心血管疾病及腦卒中后致人類死亡的第四大病因。其癥狀往往隨著年齡的增長而惡化,從輕度記憶障礙逐漸發(fā)展為嚴(yán)重的癡呆,包括語言技能的喪失、認(rèn)知缺陷、視覺空間功能障礙、執(zhí)行功能喪失等。目前,臨床上尚無特效治療手段,其恢復(fù)期較為漫長,預(yù)后效果也并不盡理想。因此,如何實(shí)施有效措施,延長AD患者生命,提高其生活質(zhì)量是一項(xiàng)十分艱難的任務(wù)。而任何臨床治療手段的研發(fā)均需借助實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),而實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是模擬疾病的載體,因此可靠的動(dòng)物模型有助于研究者探索AD的疾病病因、發(fā)病機(jī)制。 動(dòng)物的選擇 目前,用于制備AD模型的動(dòng)物包括黑腹果蠅、秀麗隱桿線蟲、斑馬魚、小鼠、大鼠、犬、恒河猴和黑猩猩等。 造模方法 由于阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)制尚不明確,學(xué)者圍繞AD患者臨床表現(xiàn)出的衰老特征和該疾病所特有的病理特征來進(jìn)行合理推測并提出了眾多發(fā)病假說,AD模型的構(gòu)建思路即是以各種假說為依據(jù)的。目前尚未真正模擬出與AD患者所有病理特征完全相符的模型,一方面,阿爾茨海默病的病理特征呈現(xiàn)出多樣性特點(diǎn);另一方面,動(dòng)物和人類在生理上相似度雖然很高,但二者之間仍存在著一些差異。此外,動(dòng)物模型設(shè)計(jì)的充分性、合理性會(huì)極大程度的影響受試藥物效應(yīng)的可靠性,進(jìn)而影響將科學(xué)研究成果應(yīng)用于臨床。因此,選擇合適的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型是解決這一難題的前提條件。目前,可用的AD動(dòng)物模型包括:自然動(dòng)物模型、人工干預(yù)動(dòng)物模型、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。 1、自然動(dòng)物模型 1.1 自然衰老模型 該模型不需要干預(yù)因素,可自發(fā)形成,模型動(dòng)物的老化癥狀與AD患者相似。但此類動(dòng)物不會(huì)自發(fā)地形成AD典型的病理特征(如淀粉樣蛋白沉積),可以用于開展生理性老化與AD之間關(guān)系的相關(guān)研究。常用的衰老動(dòng)物為小鼠和大鼠,小鼠衰老期在12~24月齡,大鼠衰老期在21~32月齡。但是,由于造模周期較為漫長,受試動(dòng)物很可能會(huì)在衰老過程中變生其他疾病或死亡,導(dǎo)致動(dòng)物個(gè)體之間差異性增大或組內(nèi)動(dòng)物數(shù)量減少,最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。 1.2快速衰老模型 此模型最早由日本京都大學(xué)Takeda 等培育出來,并將其命名為快速老化小鼠( senescence⁃accelerated mouse, SAM) , 包括快速衰老系P系(SAMP)和正常衰老系R系(SAMR)。P系小鼠的衰老進(jìn)程明顯加快,可作為研究衰老相關(guān)機(jī)制實(shí)驗(yàn)的受試動(dòng)物。R系保留了動(dòng)物的正常衰老特性,可作為P系實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的對(duì)照樣本。SAMP系小鼠可表現(xiàn)出 AD特有的Aβ 聚集、tau蛋白異常過度磷酸化、神經(jīng)元丟失等病理改變 。SAMP系當(dāng)中的SAMP8小鼠由于老化迅速和AD病理特征性改變發(fā)生早的特點(diǎn),受到很多研究者的青睞,是較為理想的動(dòng)物模型。 2、人工干預(yù)模型 2.1物理干預(yù)模型 (1)膽堿能損傷模型 膽堿能損傷假說認(rèn)為,AD 癡呆的嚴(yán)重程度與膽堿能神經(jīng)元喪失的程度呈正相關(guān)性。并且認(rèn)知功能的正常與否依賴于足夠的膽堿能神經(jīng)傳遞,乙酰膽堿作為重要的神經(jīng)遞質(zhì)之一,其在腦內(nèi)神經(jīng)元含量的減少,會(huì)引起認(rèn)知和記憶能力的下降。一方面,在AD患者大腦中存在著廣泛的神經(jīng)元和突觸缺陷,其中基底前腦神經(jīng)元的退化在很大程度上影響了神經(jīng)遞質(zhì)傳遞的有效性,從而導(dǎo)致AD認(rèn)知能力的下降。另一方面,乙酰膽堿脂酶活性增強(qiáng),加速乙酰膽堿的分解,并且膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶活性降低導(dǎo)致乙酰膽堿合成減少,更加劇了乙酰膽堿的匱乏程度,導(dǎo)致神經(jīng)元之間的傳遞障礙,最終發(fā)展為AD。 本方法通過手術(shù)損傷海馬傘的方法,造成動(dòng)物膽堿能系統(tǒng)損壞、動(dòng)物空間定向困難和記憶缺陷,進(jìn)而制備膽堿能損傷模型。 (2)頸總動(dòng)脈結(jié)扎模型 研究表明,老年人腦血流量減少、血流減慢,腦部神經(jīng)元長期處于慢性缺血缺氧狀態(tài),隨時(shí)間延長,出現(xiàn)認(rèn)知記憶障礙等AD 病理特征表現(xiàn)。 通過結(jié)扎受試動(dòng)物頸總動(dòng)脈來建立AD模型,包括單側(cè)頸總動(dòng)脈永久性結(jié)扎法、雙側(cè)頸總動(dòng)脈永久性結(jié)扎法,另有一側(cè)頸總動(dòng)脈閉塞一側(cè)頸總動(dòng)脈的狹窄法、雙側(cè)頸總動(dòng)脈狹窄法、不對(duì)稱雙側(cè)頸動(dòng)脈狹窄法。此模型通過結(jié)扎頸總動(dòng)脈使 腦組織處于缺血狀態(tài),隨后出現(xiàn)空間學(xué)習(xí)記憶障礙。 (3)化學(xué)干預(yù)模型 化學(xué)干預(yù)模型主要以 AD 疾病發(fā)生病理假說為理論基礎(chǔ),通過向動(dòng)物腦部特定區(qū)域以及身體各部位(皮下、腹腔等) 注射不同化學(xué)物質(zhì)來模擬構(gòu)建AD疾病模型。 2.2Aβ 注射模型 β-淀粉樣蛋白沉積所形成的老年斑 ( senile plaques,SP)是 AD 病理特征主要表現(xiàn)之一。Aβ 注射模型通過向腦內(nèi)各區(qū)域注射不同長度 Aβ 多肽片段(Aβ1-42 、Aβ1-40、Aβ25-35) 來達(dá)到急性損傷,進(jìn)而模擬構(gòu)建 AD模型。此模型需要 35 ~ 42d的時(shí)間,影響因素單一,且屬于急性損傷,與AD慢性起病的特點(diǎn)不符。此外,Aβ 容易停留聚集在注射部位,而不是像AD患者腦內(nèi)的彌散狀態(tài)。 2.3鵝膏蕈氨酸注射模型 AD 病理特征之一表現(xiàn)為明顯的神經(jīng)元缺失,引發(fā)認(rèn)知和記憶的嚴(yán)重障礙。將鵝 膏蕈氨酸( Ibotenic acid,IBO )注入與學(xué)習(xí)記憶強(qiáng)相關(guān)的Meynert基底核,模型動(dòng)物表現(xiàn)為大腦內(nèi)神經(jīng)元缺失、Aβ 蛋白沉積和Tau蛋白水平增加以及膽堿能系統(tǒng)損壞。另有 Aβ 結(jié)合IBO共同使用來模擬 AD模型。 2.4鏈脲菌素注射模型 向動(dòng)物側(cè)腦室注射鏈脲菌素 ( streptozotocin,STZ)來破壞腦部能量代謝,使動(dòng)物出現(xiàn)相應(yīng)的 Aβ沉積、tau蛋白高度磷酸化、膽堿能功能異常、氧化應(yīng)激等。 STZ模型與AD許多病理特點(diǎn)相符,但此模型在注射STZ后要等待3個(gè)月后來觀察AD病理特征,且動(dòng)物死亡率較高。 2.5D-半乳糖注射模型 D-半乳糖( D⁃galactose,D⁃gal)具有還原性,會(huì)引發(fā)動(dòng)物組織的氧化應(yīng)激和炎癥,進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)的衰老。通過皮下注射 D⁃gal來建立亞急性衰老模型,導(dǎo)致認(rèn)知和膽堿能功能異常。此模型造模相對(duì)簡便,但大腦內(nèi)不出現(xiàn) Aβ 沉積等病理表現(xiàn)。 2.6三氯化鋁注射模型 金屬元素在AD的發(fā)病中占有重要的作用。此模型通過向小鼠腹腔注射三氯化鋁來建立空間學(xué)習(xí)記憶損傷模型。腦組織中高濃度的鋁使 Aβ聚集加快,神經(jīng)元變性壞死,空間學(xué)習(xí)和記憶能力遭到損害。此模型通過腹腔注射三氯化鋁造成動(dòng)物腦組織中 Aβ 增多以及神經(jīng)元的變性,進(jìn)而模擬AD病理特征。 2.7岡田酸注射模型 岡田酸(okadaic acid,OKA)是蛋白磷酸酶選擇抑制劑,在向受試動(dòng)物腦內(nèi)不同位置注射后會(huì)誘導(dǎo)Tau蛋白過度磷酸化。 模型動(dòng)物在OKA注射后可以誘導(dǎo)產(chǎn)生記憶損傷tau磷酸化的增加以及特殊腦區(qū)中的 β-淀粉樣蛋白的形成。 2.8東莨菪堿注射模型 東莨菪堿(scopolamine,SCOP)為膽堿能拮抗劑,腹腔注射后 可出現(xiàn)膽堿功能障礙和氧化應(yīng)激。此模型可以造成動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶障礙,但缺乏tau蛋白過度磷酸化和Aβ 沉積等AD典型的病理改變。 3、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型 AD轉(zhuǎn)基因模型主要包括APP轉(zhuǎn)基因模型、Tau蛋白轉(zhuǎn)基因模型、PSEN1轉(zhuǎn)基因模型、APOE轉(zhuǎn)基因模型、雙轉(zhuǎn)基因模型以及多轉(zhuǎn)基因模型等。 3.1 APP轉(zhuǎn)基因模型 Aβ 沉積是 AD 病理改變的重要特征之一,APP作為 Aβ 的上游前體蛋白,影響著 Aβ 的產(chǎn)生。過量表達(dá)Aβ 蛋白可以形成 SP,影響著 AD 病理過程的發(fā)展。此模型通過轉(zhuǎn)染或敲除 APP 基因,促進(jìn)動(dòng)物腦內(nèi) Aβ 產(chǎn)生,進(jìn)而表現(xiàn)出 Aβ 沉積的病理特征。但模型動(dòng)物大腦區(qū)域中不會(huì)出現(xiàn)神經(jīng)纖維纏結(jié)和明顯的神經(jīng)元丟失。 3.2 Tau蛋白轉(zhuǎn)基因模型 Tau蛋白是一種細(xì)胞內(nèi)被用作支架的微管相關(guān)蛋白,可以促進(jìn)微管的聚集。其主要存在于軸突中,但體細(xì)胞和樹突中也存在Tau 蛋白。在病理?xiàng)l件下,Tau 過度翻譯表達(dá)以及異常修飾,尤其是過度磷酸化修飾,會(huì)影響其與微管結(jié)合的親和力,進(jìn)而導(dǎo)致 Tau 聚集性增強(qiáng)和清除率下降。此類模型仿效了 AD 患者Tau 蛋白異常修飾而被廣泛應(yīng)用,但不能用于模擬 AD 其他病理過程。 3.3PS轉(zhuǎn)基因模型 位于14號(hào)染色體上的PS-1基因和位于1號(hào)染色體上 PS-2 基因共同控制著 APP 剪切酶之一的 γ-分泌酶復(fù)合物的形成。PS基因突變時(shí)會(huì)影響到 γ-分泌酶復(fù)合物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,進(jìn)而影響到下游APP的剪切過程。PS1中的突變是家族性 AD 的最常見原因,但它們不會(huì)在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中形成淀粉樣蛋白斑塊。因此,PS突變常與APP或其他突變結(jié)合使用,來加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因后的協(xié)同效應(yīng)。 3.4雙轉(zhuǎn)基因模型 雙轉(zhuǎn)基因模型是在單轉(zhuǎn)基因模型的基礎(chǔ)上結(jié)合另外一種單轉(zhuǎn)基因模型構(gòu)建而成。APP小鼠大腦皮層可形成老年斑,但幾乎觀察不到神經(jīng)纖維纏結(jié),為解決問題,人類的 Tau 和 PS 基因被引入到APP小鼠當(dāng)中,建立出 APP/Tau 雙轉(zhuǎn)基因小鼠。APP/PS雙轉(zhuǎn)基因小鼠通過加速表達(dá) Aβ,實(shí)現(xiàn)更快速且穩(wěn)定地形成 Aβ 增多、聚集的病理特征表現(xiàn)。但這類模型與 APP 模型一樣,無法形成 Tau 病理。而 APP/Tau雙轉(zhuǎn)基因小鼠可同時(shí)出現(xiàn) Aβ 斑塊沉積和神經(jīng)元纖維纏結(jié)。 3.5多轉(zhuǎn)基因模型 AD病理存在多種基因缺陷,單轉(zhuǎn)基因模型或雙轉(zhuǎn)基因模型難以完全契合 AD 的全部病理特征。因此,研究者創(chuàng)建了多轉(zhuǎn)基因模型來全面模擬 AD的病理特征。 多轉(zhuǎn)基因模型是根據(jù)需要將三個(gè)或三個(gè)以上易感基因結(jié)合在一起來建立基因模型。此類模型可以用于測試 AD 特定的病理分子機(jī)制或研究候選藥物對(duì)特定病理的作用和療效,也可用于比較兩類轉(zhuǎn)基因模型之間的差異。3xTg模型是典型的多轉(zhuǎn)基因模型,同時(shí)具有 APP、PS1、Tau 三個(gè)基因突變。該模型可表現(xiàn)出 Aβ 沉積形成的斑塊和 tau 病理改變,以及神經(jīng)纖維纏結(jié)。 總結(jié) AD發(fā)病機(jī)制尚不明確,未能形成定論或達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)識(shí),模擬構(gòu)建出完全符合疾病發(fā)病機(jī)制特點(diǎn)的模型似乎是遙不可及的。此外,AD 是一種復(fù)雜的慢性神經(jīng)退行性疾病,并且可能是人類所特有的,當(dāng)前單一病因途徑或單一致病因素的觀點(diǎn)限制了AD在動(dòng)物身上的模擬,以及動(dòng)物模型的發(fā)展。就此,我們一方面需要在3R原則的指導(dǎo)下嘗試開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物種類;另一方面則可以從整合醫(yī)學(xué)理念出發(fā),從整體和宏觀角度綜合判別疾病發(fā)生機(jī)制和多靶點(diǎn)治療途徑,以擬定更加完善且符合疾病本質(zhì)的研究方案和治療手段。 |
新蟲 (初入文壇)
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