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老年性痴呆动物模型

老年性痴呆(Alzheimer diseaseAD)是一种**神经系统退行性病变。由于发病机制复杂,至今其病因不明,制约了该病动物模型的制作研究工作。但随着社会老龄化问题日益严重,老年痴呆相关机制和**成了热点和难点,关于老年痴呆动物模型的研究也越来越多样和深入。近几年来国内外对老年痴呆动物模型的研究进展发现,转基因与复合型动物模型已逐渐成为研究趋势。

痴呆是由于脑功能障碍而产生的获得性和持续性智能障碍综合征,痴呆的发病率和患病率随年龄增加而上升。通常引起痴呆的原因包括变性病性和非变性病性,老年性痴呆属于变性病性**,也称为阿尔茨海默病(Alzheimer diseaseAD),是一种以进行性记忆力障碍、判断推理能力障碍、运动障碍为主要临床特征的老年性**, AD 患者整个大脑弥散性萎缩,形成以 -淀粉样蛋白(amyloid beda protein,简称A ),继而大脑皮质和海马区出现以A 为核心老年斑(senileplaque SP)及以异常过度磷酸化的以 tau 蛋白为核心成分的神经原纤维缠结(neurofibriltary tangleNFT)等神经病理性病变,还会出现“AMY”斑块,这是与A 形似的斑块,但无淀粉样核心。

随着人口老龄化问题日益严重,AD已经成为人类第4大死亡原因,运用动物模型进行防治老年性痴呆研究已成为当今医学研究的热点之一。 中国由于独生子女政策,独居老人也与日俱增,已然进入老龄化社会,老年性痴呆人数也日益增长。而 AD涉及多种复杂的病理改变,病因不明,因此建立一种理想化的 AD 动物模型进行老年痴呆相关机制和**方法成了热点和难点。作者查阅近几年来国内外对老年痴呆动物模型的各种研究文献,总结了AD 动物模型的研究进展情况。

1、快速老化小鼠(Senescence-Accelerated Mouse SAM)模型

20世纪80年代,学者Takeda T Hosokawa M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―SAM6个月大的时候出现了系统性淀粉样变。 A 是淀粉样前体蛋白(amyloid precursor proteinAPP)的代谢产物,它是老年斑的主要成分,目前认为A 神经毒性作用是各种原因引起AD的共同通路,其在脑组织中含量的异常增加可能是诱发AD的主要因素。而SAMP增龄过程中学习记忆障碍发生机制与脑中出现大量A 沉积有关。 近年,Atsuyoshi Shimada等学者以SAMP10为模型研究**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模型的缺点是价格较昂贵,寿命短,虽然可以应用于抗衰老及AD **方面的实验研究,但不宜用作长期实验。

2、以 D-半乳糖(D-galactoseD-gal)损害为主的动物模型

国外早将D-gal动物模型用于白内障的研究,我国学者发展并完善了该模型。 2003年,Shih-Ching Ho等学者建立了一个D-gal诱发氧化损害模拟老化小鼠的模型。 同年,罗焕敏等学者利用D-gal和亚硝酸钠合并制备了一种新的老年痴呆模型,造模方法是小鼠每日腹腔注射D-gal120 mg/kg和亚硝酸钠90 mg/kg,连续60 d;空白对照组腹腔注射等体积生理盐水。 这些模型都在程度上模拟了 AD 的发病特点,出现了衰老、学习认知能力减退、超氧化物歧化酶(SOD) 、过氧化氢酶(CAT)活力下降、大脑皮层和海马神经元变性坏死等特点。2011年,Xiao F等学者利用D-galaluminiumAL)联合皮下注射昆明小鼠连续10周,分别使用Morri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) 形成和神经元纤维纠结结构也被观察到, 证明联合使用D-galAL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。研究表明,在水迷宫实验中,D-半乳糖模型鼠较正常鼠的逃避时间显著延长,游泳距离增加。 生化改变方面,D-gal模型组鼠较之正常鼠血液中丙二醛(MDA)含量升高,SOD、总抗氧化能力(T-AOC)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性下降; 肝脏组织MDA含量增高,谷氨酰胺合成酶和乳酸脱氢酶(LDH)活性降低。 组织神经改变方面,D-gal可加速caspase介导的神经元凋亡和抑制神经元的形成。采用末端脱氧核苷酸转移酶介导的UTP 缺口末端标记法即TUNEL法检测,结果发现齿状回、海马CA1区、CA3TUNEL阳性细胞显著增加,海马CA1CA3区锥体细胞层观察到大量细胞萎缩和核固缩。 分子生物学改变方面,D-gal可以诱导大鼠内耳组织线粒体DNA4834bp缺失突变 和肝脏线粒体DNAmtDNA)的缺失。

D-gal模型现已被国内学者广泛应用,它的优点有:经济且操作简单;模拟损伤较为;缺点是:饲养周期长、外界干扰因素较多,**方面的指标与自然衰鼠还存在较大差异;D-gal用量、时间不统一也制约了该模型的发展。如何运用好D-gal模型并结合亚硝酸钠、AL等神经**联合制作模型深入研究衰老机制和抗衰老**,将成为今后学者研究的新方向。

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

1991年宫斌 等以电损伤大鼠右半球中缝核群(1mA30s)造成拟痴呆模型,结果证明直接使用电损伤基底核,明显减少动物皮质乙酰胆碱量,导致记忆障碍。2010年,宋兴田等学者用电解毁损基底核法破坏脑基底核法制备SD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。结果显示脑神经细胞的退行性变是痴呆模型的病变基础。 实验研究证明电解损伤基底核制备的模型可用作老年痴呆的动物模型,本模型也存在不足的缺陷,有待改进。

3.2 化学损毁模型

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。2000年,Sca1ic C 等学者将兴奋性氨基酸如鹅膏蕈氨酸(ibotenic acidIBO)等注入动物的基底大细胞核建立起AD模型,术后海马神经细胞明显减少、学习记忆能力下降。2010年, 宋兴田等学者用海人酸破坏脑基底核法制备SD 大鼠损伤性痴呆模型,并利用电子显微镜观察痴呆模型的脑组织超微结构变化。结果显示模型鼠出现脑神经细胞退行性病变。

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SPNFT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进一步研究。

4、注射AAD动物模型

A 在细胞基质沉淀聚积后具有很强的神经毒性作用,是导致AD病人脑内老年斑周边神经元变性和死亡的主要原因。A AD神经毒性作用主要表现在:破坏钙的平衡;增强谷氨酸毒性;诱导一氧化氮和氧自由基的产生和神经元凋亡;导致血管机能障碍;诱导**神经系统炎性反应等。因此,通过注射A 的方法也可制作AD动物模型。

2004年**等将A不同的片段注入大鼠脑内,术后动物学习记忆能力明显减退,胆碱能神经元死亡、突触结构减少,凋亡相关基因表达增加,并出现 A 沉积。2006年,杨晓娟等将 A 25-35 5 l 注射于鼠侧脑室基本模拟了 AD病理学特征。 2012年,Marcello E等通过实验证明,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。

实验证明,注射A可模拟A聚集或沉积学习记忆能力损害、海马神经元破坏等病理改变的AD动物模型。该模型适用于研究**对A 神经毒性及AD的**等方面的作用研究。

5、铝元素慢性中毒模型

已有研究 证明,铝是一种慢性神经毒性物质,血液中多余的铝进入脑内后可损伤神经元并诱导形成神经元纤维缠结和老年斑。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(aluminium trichlorideAlCl3)建立的 AD 动物模型 获得成功。2011年,Xiao F等学者 利用D-galaluminiumAL)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,显示利用铝中毒制作老年痴呆模型已经向复合模型方向发展了。

6、转基因AD动物模型

随着分子生物学方法及基因工程的发展,学者开始借助转基因技术将与 AD 相关的人类突变基因转入动物中,通过改变动物遗传学性状来达到建立AD动物模型的目的。学者研究发现APP myloid beta A4 precursor protein)基因突变会导致AD 发生。

1999年,Chen KS等初步的行为实验发现PDAPP转基因鼠学习和记忆受损。光线迷宫空间辨认PDAPP转基因鼠310月龄,表现出严重的缺损,而自发的物体辨认行为表现为年龄依赖性下降,与淀粉沉积相关。 从2000至今十几年间,HoltzmanBrionNilssonVan der HauteLewsisOddo ~ 等学者利用不断完善的转基因技术建立一个又一个转基因AD动物模型,并从单转基因向双转甚至三转基因迈进,这些转基因模型可以在同一转基因鼠内同时表达AD的两大特征性病理变化A NFTAD其他的病理性特征。2012年,Zhang QL等学者利用APP/PS1转基因小鼠和AL建立了一种更新的老年痴呆模型,实验结果表明,动物模型的认知能力的减少和神经细胞的损失比野生组(WT)加铝和单独的APP/PS1转基因小鼠更明显, 表明了APP/PS1转基因小鼠注入AL建模对老年痴呆病因与****研究有的潜在价值。2012年,Filali M等 利用APP PS1 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。

虽然转基因动物模型在技术上仍有许多困难,但AD的多重转基因模型日趋完善,获得了能较体现AD两大病理特征的小鼠品系。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**胆碱能损害、自身**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,从而将对AD**及**的筛选开发起到推动作用。

7、与**有关的AD动物模型

近年来的研究 表明,老年人随着年龄的增大AD患病率明显增高,与自身**系统衰退有关,如老年斑中A 标记和**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。此类模型的发展为AD的**调节**开创了新的途径。2010年, 等通过**具有聚合性淀粉样变性(pABri)相关的肽序列同源性,蛋白质构象改变引起的体液**应答减少了A 低聚物的水平从而减少AD的病理改变。

综上所述,越来越多学者运用可造成氧化损伤或神经损伤的物质联合D-gal建立老年痴呆模型,对实验可起到事半功倍的效果。如前文提到的D-gal联合亚硝酸钠、AL、铁等元素进行造模,可以预见,将来会有更多这样的复合模型会运用到老年痴呆动物模型的实验中。

老年痴呆动物模型是多样化的,各个模型验证有关AD病因、发病机制等各种假说,都有其优缺点,这些模型都有助于AD发病机制研究和****的筛选。


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