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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)展為嚴重的癡呆，包括語言技能的喪失、認知缺陷、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，如何實施有效措施，延長AD患者生命，提高其生活質(zhì)量是一項十分艱難的任務(wù)。而任何臨床治療手段的研發(fā)均需借助實驗基礎(chǔ)，而實驗動物是模擬疾病的載體，因此可靠的動物模型有助于研究者探索AD的疾病病因、發(fā)病機制。 動物的選擇 目前，用于制備AＤ模型的動物包括黑腹果蠅、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；另一方面，動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，動物模型設(shè)計的充分性、合理性會極大程度的影響受試藥物效應(yīng)的可靠性，進而影響將科學(xué)研究成果應(yīng)用于臨床。因此，選擇合適的實驗動物模型是解決這一難題的前提條件。目前，可用的ＡＤ動物模型包括：自然動物模型、人工干預(yù)動物模型、轉(zhuǎn)基因動物模型。 1、自然動物模型 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，模型動物的老化癥狀與ＡＤ患者相似。但此類動物不會自發(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，受試動物很可能會在衰老過程中變生其他疾病或死亡，導(dǎo)致動物個體之間差異性增大或組內(nèi)動物數(shù)量減少，最終導(dǎo)致實驗失敗。 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系小鼠的衰老進程明顯加快，可作為研究衰老相關(guān)機制實驗的受試動物。Ｒ系保留了動物的正常衰老特性，可作為Ｐ系實驗動物的對照樣本。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，受到很多研究者的青睞，是較為理想的動物模型。 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 膽堿能損傷假說認為，ＡＤ 癡呆的嚴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，會引起認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認知能力的下降。另一方面，乙酰膽堿脂酶活性增強，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，造成動物膽堿能系統(tǒng)損壞、動物空間定向困難和記憶缺陷，進而制備膽堿能損傷模型。 （２）頸總動脈結(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)，隨時間延長，出現(xiàn)認知記憶障礙等ＡＤ 病理特征表現(xiàn)。 通過結(jié)扎受試動物頸總動脈來建立ＡＤ模型，包括單側(cè)頸總動脈永久性結(jié)扎法、雙側(cè)頸總動脈永久性結(jié)扎法，另有一側(cè)頸總動脈閉塞一側(cè)頸總動脈的狹窄法、雙側(cè)頸總動脈狹窄法、不對稱雙側(cè)頸動脈狹窄法。此模型通過結(jié)扎頸總動脈使 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） 來達到急性損傷，進而模擬構(gòu)建 ＡＤ模型。此模型需要 ３５ ～ ４２ｄ的時間，影響因素單一，且屬于急性損傷，與ＡＤ慢性起病的特點不符。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)認知和記憶的嚴重障礙。將鵝 膏蕈氨酸（ Ｉｂｏｔｅｎｉｃ ａｃｉｄ，ＩＢＯ ）注入與學(xué)習(xí)記憶強相關(guān)的Ｍｅｙｎｅｒｔ基底核，模型動物表現(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 向動物側(cè)腦室注射鏈脲菌素 （ ｓｔｒｅｐｔｏｚｏｔｏｃｉｎ，STZ）來破壞腦部能量代謝，使動物出現(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許多病理特點相符，但此模型在注射STZ后要等待３個月后來觀察AD病理特征，且動物死亡率較高。 ２.５Ｄ－半乳糖注射模型 Ｄ－半乳糖（ Ｄ⁃ｇａｌａｃｔｏｓｅ，Ｄ⁃ｇａｌ）具有還原性，會引發(fā)動物組織的氧化應(yīng)激和炎癥，進而導(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)致認知和膽堿能功能異常。此模型造模相對簡便，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物腦組織中 Ａβ 增多以及神經(jīng)元的變性，進而模擬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，在向受試動物腦內(nèi)不同位置注射后會誘導(dǎo)Tau蛋白過度磷酸化。 模型動物在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，促進動物腦內(nèi) Ａβ 產(chǎn)生，進而表現(xiàn)出 Ａβ 沉積的病理特征。但模型動物大腦區(qū)域中不會出現(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蛋白是一種細胞內(nèi)被用作支架的微管相關(guān)蛋白，可以促進微管的聚集。其主要存在于軸突中，但體細胞和樹突中也存在Ｔａｕ 蛋白。在病理條件下，Ｔａｕ 過度翻譯表達以及異常修飾，尤其是過度磷酸化修飾，會影響其與微管結(jié)合的親和力，進而導(dǎo)致 Ｔａｕ 聚集性增強和清除率下降。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號染色體上的ＰＳ－１基因和位于１號染色體上 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基因突變時會影響到 γ－分泌酶復(fù)合物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進而影響到下游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 Ａβ，實現(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)需要將三個或三個以上易感基因結(jié)合在一起來建立基因模型。此類模型可以用于測試 ＡＤ 特定的病理分子機制或研究候選藥物對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，同時具有 ＡＰＰ、ＰＳ１、Ｔａｕ 三個基因突變。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)病機制尚不明確，未能形成定論或達成統(tǒng)一認識，模擬構(gòu)建出完全符合疾病發(fā)病機制特點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，當前單一病因途徑或單一致病因素的觀點限制了ＡＤ在動物身上的模擬，以及動物模型的發(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)新的實驗動物種類；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)生機制和多靶點治療途徑，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。 |
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