老年痴呆动物模型研究进展2016年11212003版

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1、AD动物模型研究进展及其发病机制 药理学 第一部分老年痴呆发病机制 老年痴呆是继肿瘤 心脏病 脑血管病之后引起老年人死亡的第四大病因 它是一种严重的 退行性脑疾患 多起病于老年期 潜隐起病 病程缓慢且不可逆 临床特征是进行性认知功能障碍 至疾病后期 患者生活不能自理及卧床不起 不能说话甚至连自己的近亲都不认识 病理改变包括广泛的神经元丢失 脑内出现无数神经元纤维缠结 NFT 和老年斑 老年痴呆 病理改变 阿尔茨海默病主要表现为脑细胞的广泛死亡 特别是基底节区的脑细胞 正常情况下 基底节区发出的纤维投射到大脑与记忆和认知有关的皮质 它释放乙酰胆碱 短期记忆的形成必须有乙酰胆碱的参与 患者与正常人

2、相比乙酰胆碱转移酶的含量比正常人减少90 经解剖发现 患者脑中有广泛的神经元纤维缠结 轴突缠结形成老年斑 老年斑中含有坏死的神经细胞碎片 铝 异常的蛋白 脑内 淀粉样蛋白过度积聚 发病机制 目前公认的发病机制主要有 1 淀粉样肽假说2 与载脂蛋白E APO E4 的基因有关3 中枢胆碱能损伤4 兴奋性氨基酸毒性学说 1 淀粉样肽假说 由于淀粉样前蛋白的异常导致蛋白成分漏出细胞膜 导致神经元纤维缠结和细胞死亡 基因位于21号染色体 凝聚态A在脑实质的沉积启动病理级联 导致NFT形成 神经元丢失和痴呆表现 在AD患者脑内 Tau蛋白异常过度磷酸化 并聚集成双螺旋丝形式 与微管蛋白的结合力降低 失去

3、了促进微管形成和维持微管稳定的作用 异常磷酸化Tau蛋白的病理性沉积 导致了神经原纤维缠结 NFTs 的形成 而NFT可作为大脑早老化的标志 淀粉样肽假说示意图 淀粉样肽假说强调A凝聚而非已成熟的淀粉样纤维在AD发病中的作用 具有神经毒性的A参与了NFT的形成 但前脑额叶痴呆与17号染色体有关联 细胞内tau的凝聚也可由tau基因突变直接引起 微管是重要的细胞骨架成分 与有丝分裂 细胞内转运等多种功能有关 微管由管蛋白 tubulin 和微管相关蛋白 tau含量最高 组成 Tau蛋白是一种含量最高的微管相关蛋白 淀粉样肽假说 AD患者较正常老年人脑内NFT数目更多 分布更广 NFTs随AD的发

4、展而增多 并与临床痴呆的程度相关 早老素1 PS1 和早老素2 PS2 突变参与了AD老年斑和NFT的形成 PS在AD发病中的作用是 促进A的沉积 损伤线粒体 产生自由基 造成钙稳态失调和释放凋亡因子引起细胞凋亡 提高GSK3活性 增加tau蛋白的磷酸化 2 与载脂蛋白E APO E4 的基因有关 载脂蛋白E apolipoprotienE APOE 基因定位于19号染色体 人类的APOE基因有三个等位基因即APOE2 APOE3 APOE4 APO E4的增多能对抗APO E2或APO E3的功能 APO E4使神经细胞膜的稳定性降低 导致神经元纤维缠结和细胞死亡 APOE4在AD发病中的作

5、用是 促进A的形成 减少A清除 促进tau高度磷酸化和形成双股螺旋细丝以及使乙酰胆碱合成减少 3 中枢胆碱能损伤 胆碱能神经递质是脑组织中的重要化学物质 发生阿尔茨海默病时脑内的胆碱能神经元减少 导致乙酰胆碱 Ach 合成 储存和释放减少 进而引起以记忆和识别功能障碍为主要症状的一系列临床表现 在阿尔茨海默病的发病机制中 此学说也是目前较为公认的阿尔茨海默病的发病机制 神经化学 AD患者脑部乙酰胆碱明显缺乏 乙酰胆碱酯酶和胆碱乙酰转移酶活性降低 特别是海马和颞叶皮质部位 此外 AD患者脑中亦有其他神经递质的减少 包括去甲肾上腺素 5 羟色胺 谷氨酸等 4 兴奋性氨基酸毒性学说 尤其是谷氨酸 G

6、lu 谷氨酸是中枢神经系统的主要兴奋性神经递质 具有重要生理功能 如大量释放可以造成组织损伤 现有研究提示 AD患者脑内谷氨酸功能亢进 造成神经元损伤 从而产生认知功能缺陷 第二部分AD动物模型 1 快速老化小鼠 Senescence AcceleratedMouseSAM 模型 20世纪80年代 学者TakedaT HosokawaM等在普通的遗传群AKR系小鼠中通过表型选择培育出一种快速老化小鼠 SAM 6个月大的时候出现了系统性淀粉样变 近年 AtsuyoshiShimada等学者以SAMP10为模型研究免疫与年龄相关的因素干扰影响大脑组织内稳态失调如何导致老年性神经退行性病变 SAM模

7、型缺点 价格较昂贵 寿命短 虽然可以应用于抗衰老及AD治疗方面的实验研究 但不宜用作长期实验 2 以D 半乳糖 D galactose D gal 损害为主的动物模型 小鼠每日腹腔注射D gal120mg kg和亚硝酸钠90mg kg 连续60d 空白对照组腹腔注射等体积生理盐水 2011年 XiaoF等学者利用D gal与aluminium AL 联合皮下注射昆明小鼠连续10周 分别使用Morris水迷宫测试 染色及生化指标等测试模型小鼠的学习和记忆 胆碱能系统变化 以及蛋白质淀粉样蛋白 A 的含量 显示有明显的学习和记忆缺陷 并显示大脑乙酰胆碱 ACh 的水平减少 老年斑 SP 形成和神经

8、元纤维纠结结构也被观察到 证明联合使用D gal和AL也可建立一个有效的研究AD的发病机制的模型 同时D gal也能使动物提前衰老 该模型优点 经济且操作简单 模拟损伤较为全面 缺点 饲养周期长 外界干扰 3 以胆碱能损伤为基础的AD动物模型 大脑基底前脑胆碱能细胞损伤都可导致动物出现认知障碍和学习记忆能力的损害 研究学者通过各种方法直接破坏脑胆碱能神经细胞功能 从而制作AD模型 3 1电损伤基底核的AD动物模型 用电解毁损基底核法破坏脑基底核法制备AD大鼠损伤性痴呆模型 并利用电子显微镜观察两种痴呆模型的脑组织超微结构变化 结果显示模型鼠的脑神经细胞 神经胶质细胞均出现线粒体数目减少 嵴断裂

9、或消失 部分线粒体出现髓样变或呈空泡状 粗面内质网较少并出现脱颗粒 胞浆内脂褐素颗粒增多 3 2化学损毁模型 兴奋性毒素损伤Meynert基底核 NBM 所致的AD动物模型NBM主要由中枢胆碱能神经元组成 同时NBM发出纤维投射到大脑皮质广泛区域及嗅球 NBM损伤被广泛用于制作AD模型 有的学者使用化学物质注入动物脑基底核 从而破坏胆碱能神经元建立起AD模型 如鹅膏蕈氨酸 ibotenicacid IBO 海人酸 结果显示模型鼠出现脑神经细胞退行性病变 化学损毁模型 此类模型简单虽然模拟了胆碱能神经元损伤的特征 但是模型未出现SP和NFT等病理性特征 所以在用药剂量浓度和时间部位等问题上还需要

10、进一步研究 基底前脑胆碱能神经元变性在AD神经病理改变中占重要地位 它可引起某些认知障碍 基底前脑神经元可表达神经生长因子 nervegrowthfactor NGF 的受体 实验表明 NGF及其受体的改变在神经元退行性疾患胆碱能功能障碍中有作用 因此可以通过NGF受体的介导作用制备AD模型 白喉毒素结合的NGF可以导致前脑胆碱能神经元损伤模型 3 3选择性损伤基底前脑 basalforebrain BF 胆碱能神经元的AD动物模型 4 注射A 的AD动物模型 通过实验证明 A 不足可能会导致突触失去正常功能 而A 过剩可能导致突触功能障碍 从而导致AD的发生 注射A 可模拟A 聚集或沉积建立

11、学习记忆能力损害 海马神经元破坏等病理改变的AD动物模型 5 Trisomy16模型 Down s综合征以21号染色体三体型为特点 而小鼠第16号染色体上含有与人类第21号染色体长臂上相同的编码APP的基因 基于这个发现 许多学者就尝试用16三体鼠作为研究AD的模型 实验结果可以看出 Trisomy16模型可以出现AD的部分病理改变 但是对于此种模型的研究也只是刚刚开始 还有许多工作有待完成 6 铝元素慢性中毒模型 2005年 杨勇等向大鼠脊髓蛛网膜下腔埋管多次注射三氯化铝 aluminiumtrichloride AlCl3 建立的AD动物模型获得成功 2011年 XiaoF等学者利用D g

12、al与aluminium AL 联合皮下注射昆明小鼠连续10周 成功建立了一个学习记忆能力衰退并出现老年痴呆典型病理改变的模型 7 转基因AD动物模型 学者研究发现APP myloidbeta A4 precursorprotein 基因突变会导致AD发生 学者利用不断完善的转基因技术建立转基因AD动物模型 现阶段 利用APP PS1和Mapt 3xTg AD 建立三重转基因小鼠来测试认知和非认知行为差异 这一模型将对临床前期干预非常有帮助 由于AD受遗传及环境共同影响 因此在转基因模型的基础上 再施加中枢胆碱能损害 自身免疫损伤等其他致病因素 将产生更接近人类AD病理及发病过程的模型 从而将

13、对AD治疗及药物的筛选开发起到推动作用 8 与免疫有关的AD动物模型 近年来的研究表明 与自身免疫系统衰退有关 如老年斑中A 标记和免疫球蛋白链相似 因而可以利用提取抗原 抗体复合物沉积形成淀粉样核心导致神经变性和老年斑形成 从而制备AD动物模型 9 自然衰老的动物模型 一般采用老年啮齿类及非人灵长类动物 实验结果显示 老年小鼠和大鼠脑中AchE活性比对照组显著升高 ChaT活性明显降低 M受体结合容量也显著降低 说明老年小鼠和大鼠脑内胆碱能系统活性较低 类似于AD患者脑内胆碱能系统的表现 缺点 只是部分模拟与正常衰老有关的神经生化改变 10 实验性自动免疫痴呆 EAD 模型 从神经 内分泌 免疫网络的理论出发 认识到免疫应答可以反馈调节神经系统功能 因此用SRBC免疫老年大鼠 观察到SRBC通过免疫应答的负反馈作用 明显降低了老年大鼠的记忆力 并且SRBC免疫可使老年大鼠皮层 海马和纹状体中的M和 受体结合容量显著降低 且明显低于老年对照组 11 其他 剥夺睡眠 应激反应及电休克等也可产生记忆缺失 THANKYOU