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【提供3xTg-AD小鼠app/ps1/tau转基因小鼠】

发布时间:2021-04-03 08:42:57  来源:提供3xTg-AD小鼠app/ps1/tau转基因小鼠  浏览:   【】【】【

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APP/PS1双转基因与APP/PS1/Tau三转基因阿尔茨海默病模型小鼠的比较研究

目的:比较研究APP/PS1双转基因(2xTg)与APP/PS1/Tau三转基因(3xTg)阿尔茨海默病模型小鼠海马、大脑新皮层及杏仁核Ap阳性神经元及p淀粉样斑块(β-amyloid plaques)的形态与分布的差异。 

方法:采用12月龄雌性2xTg与同龄3xTg,分别进行6E10Aβ单克隆抗体免疫组化染色,以显示Ap阳性神经元及Ap斑,观察其分布与形态等的差异,图像分析系统定量比较其量的变化。 

结果:在海马、大脑新皮层及杏仁核区,2xTg组Ap阳性产物位于细胞外成为细胞外Aβ(eAβ),形成大量的Ap阳性斑,Ap阳性神经元少;而3xTg Aβ阳性产物主要位于神经元细胞内,成为细胞内Aβ(iAβ),但Ap阳性斑少见。 

结论:2xTg与3xTg Aβ阳性产物分布的差异可能反映了两种AD模型小鼠神经病理等改变的不同。


3xTg-AD小鼠 2003年,Oddo等H1通过将APPs。和tauP30lL同 时显微注射进PslM。,基因敲人小鼠的单细胞胚胎 中,得到了携带APPs,tauP30lL,PSlM。46,基因的三重 转基因小鼠一3xTg—AD小鼠。相比其它AD小鼠模 型,这种小鼠具有诸多优点:利于阐明AB、神经纤维 缠结以及突触功能紊乱三者之间的关系,并且适用 于研究同时针对两种病理变化的AD疗法;作为纯 合子小鼠能得到基因型明确的后代,不需要大量的 分析,且杂合子同样发生神经病理改变(较纯合子 晚),基因表现型的外显率为100%,雌雄均同等表 达;相较于两种转基因小鼠杂交所得含有三种转入 基因的动物模型,它具有单一的基因背景,避免了 生物学差异。 

3xTg.AD小鼠的神经病理学发生的区域.时程模式十分近似地模拟了AD,相关变化随时程发展 情况:3~4月龄时在新皮质出现胞内Ap免疫反应;4月龄开始出现水迷宫测试中的长期记 忆功能障碍而学习功能未受损”1;6月龄时在海马 CAl锥体神经元出现胞内AB免疫反应,在额叶皮 质出现胞外AB沉积(主要在4—5层),并在此时出 现兴奋性突触后电位降低,提示基底神经元传导功 能损伤,长时程增强(LTP)和双脉冲易化(PPF)损 伤,表明短期记忆功能受损;氧化应激出现在AB斑 块和神经纤维缠结之前,6月龄时过氧化氢产物明 显高于非转基因小鼠,氧化应激水平显著增高,9月 龄时线粒体氧化磷酸化的关键酶cOx和PDH均表 现出活性明显降低,且12月龄时线粒体呼吸效率显 著降低’“;12月龄时在其他皮质和海马区出现明 显的胞外AB沉积呻1,此时tau蛋白在CAl锥体神 经元中出现明显增多并随后出现在皮质神经元,12 月龄时出现tau蛋白的构象变化一1;15月龄时在后 皮质区(枕叶、顶叶)出现明显AB沉积,且tau蛋白 出现高度磷酸化和构象改变,并开始出现PHF;在 18月龄时出现明显的PHF,神经突周围球状结构明 显H1。昼夜节律异常在AD病理变化前发生,并持 续至病理变化发生后,白天活动增加夜晚减少,视 交叉上核中含肠血管活性多肽和含后叶加压素的 细胞数显著降低,提示视交叉上核神经元昼夜节律 紊乱‘101。 3xTg.AD小鼠是目前最接近家族型阿尔茨海默 病的动物模型,它具有AD的主要神经病理学特 征一SP和NFT,脑中出现神经元死亡、突触丢失等 AD的重要病理变化,且该转基因动物模型由于认 知障碍出现、病理发生较早,使得研究过程更加经 济快速。随着该模型的研究报道日益增多,更多的 研究人员将了解并选择这种动物模型。 3xTg-AD小鼠随时程发生的病理变化Tab.1 Pathological changes 3xTg—ADmice 万方数据 中国比较医学杂志2015年2月第25卷第2期 chin Jcomp Med,Febnlary 2015,V01.25.No.2 63 23xTg-AD小鼠相关抗AD药物研究 2.1抗AB的药物 Ap是由p淀粉样前体蛋白(APP)经过水解产 生的39—43个氨基酸的羧基端肽段。大部分APP 经仅-分泌酶切割,产生可溶性无毒片段,除此之外 APP仍可受B一和^y-分泌酶切割产生Ap。、 Ap。州。AB。埘疏水性强易聚集,这种不可溶的AB 片段是形成老年斑的的核心成分。以AB为靶点的 药物在APP的加工、聚集、清除三方面产生作用。 3xTg-AD小鼠通过转入APP‰基因能够表现出完整 的AB病理特征,适用于以此为作用途径的药物 研究。 .2.1.1 作用于APP加工途径的药物:目前大多数 药物研究倾向于通过影响APP加工途径来抑制AB 生成,利用3xTg—AD小鼠进行这方面的药物研究也 较多。Green等u利用3xTg.AD小鼠的APP机制 发现了Azaindolizinone衍生物STl01可以在一个新 的位点上诱导APP解聚,产生17kDa的羧基端片 段。STlol能提高老年3xTg.AD小鼠记忆功能,诱 导微管蛋白片段出现,体内外试验均能减少脑内AB 水平。同样的,Baglietto—Vargas等21通过给予12月 龄的3xTg—AD小鼠糖皮质激素受体拮抗剂米非司 酮,发现也能通过诱导淀粉样前体蛋白(APP)解聚 为一种新的17kDa的片段从而显著降低了3xTg.AD 小鼠脑内AB水平,并通过新背景/地点/物体测试 以及MoHis水迷宫实验证实能够缓解病理变化诱导 的认知与记忆障碍。 利用该小鼠模型能够表达多种APP水解酶的 特点,有多种研究利用该模型探讨药物对各种水解 酶的作用。通过给予选择性5一氧合酶激活蛋白抑 制剂MK591可以通过调节1一分泌酶减少AB,具体 表现为稳定态的四种^y一分泌酶复合体(Ps-1,NcT, Pen-2和APH一1)水平降低,最终降低脑内AB。圳、 AB,埘水平和AB沉积,改善认知缺陷、记忆 障碍‘131。 有报道显示M1型乙酰胆碱受体的激活能够诱 导仅一分泌酶水解产物4|,因此,caccamo等纠选用 能够表现明显的APP水解途径的3x瞻.AD小鼠,并 给予毒草碱选择性Ml受体激动剂AF267B,探讨该 药的药理学机制。发现AF267B可以增加ERKl/2 和PKc活性,选择性激活ADAMl7,降低B分泌酶 BACEl蛋白表达水平,从而调节APP加工途径。 Peng等叫同样利用3xTg-AD小鼠该特点来研 究左旋丁苯酞(L.NBP)能否能够通过仪一分泌酶途 径影响APP加工而非生成。并证实了左旋丁苯酞 能够刺激正常水解产物0【APPs释放增多,增加 PKCd的表达,减弱神经胶质活性(使GFAP和CD5 活性降低约30%)和氧化应激损伤(显著降低MDA 水平)。最终增强3x强.AD小鼠学习能力和长期空 间记忆,降低全脑内AB水平,减少A¥沉积。 2.1.2 抑制AB聚集的药物:3xTg—AD小鼠的一大 病理特征即为以AB聚集为核心的老年斑,因此,众 多学者选择3xTg.AD小鼠作为研究针对AB聚集药 物的。根据AB假说,AB免疫治疗已经成为一种成 功清除脑内AB从而预防其造成的神经元损伤的治 疗手段1。Mamikonyan等副希望通过产生多种 AD样病变、更加接近AD的3xTg.AD小鼠来证实向 海马内注射AB,抗体的被动免疫治疗效果,发现 该抗体抑制Ap。:低聚物生成,抑制AB。:纤维化,诱 导AB。:纤维的前体成为非纤维状的无毒物质。 雄性激素缺损能加速AB聚集,加重行为缺陷, 并且有研究报道3xTg—AD小鼠脑内类固醇水平随 着年龄的增加有所变化…。Rosario等旧叫希望通过 运用具备多种AD样病理变化并存在激素增龄性变 化的3xTg-AD小鼠进行探究神经类固醇激素二氢 睾酮(DHT)对于AD的药理作用。发现DHT可以 缓解切除性腺的小鼠脑内AB聚集和行为缺陷。 研究显示选择性5一HT再摄取抑制剂(SSRIs) 有望在AD中提高认知功能、缓解氧化应激B“。 chadwick等旧引同样选择了相比较于其他动物模型 更加全面模仿AD的3xTg—AD小鼠,研究了三环类 抗抑郁药阿米替林的药理作用,发现它可以增强无 毒AB单体的同时减少毒性AB二聚体,明显改善老 化产生的空间学习记忆能力障碍和认知损害。 美金刚是现如今为数不多的被用于临床的抗 AD药物之一,它是一种NMDA受体拮抗剂,调节谷 氨酸能系统旧“。同样由于3xTg—AD小鼠更加接近 AD的病理特征,Martinez—coria等1选择该模型探 究美金刚针对AD病理的治疗效果,发现它可以修 复认知功能,降低不可溶Ap、Ap十二聚体、可溶性 纤维前体低聚物以及纤维低聚物的水平,缓解AB 诱导的海马LTP受损从而预防突触功能紊乱。 由于3xTg—AD小鼠AB病理发生、聚集产生较 早,多种药物以此为模型探究药物对于AB聚集的 影响。体外实验证明多种非甾体抗炎药(如:布洛 芬、酮洛芬、双氯芬酸、阿司匹林)呈剂量依赖性地 抑制AB纤维,并限制其延伸5|。McKee等旧叫对1 和6月龄3xTg—AD小鼠用非甾体抗炎药布洛芬进行 万方数据 中国比较医学杂志2015年2月第25卷第2期 chin Jco“p Med,Febnlary 2015,V01.25.No.2 给药,发现海马内CAl区域6E10、Nu一1阳性细胞减 少,并能够减少胞内AB低聚物,缓解认知缺陷。 2.1.3促进Ap降解的药物:相较于抑制AB生成、 聚集的药物研究,利用3xTg.AD小鼠研究促进AB 降解药物则较少,3xTg—AD小鼠仍旧适用于该类药 物的研究。Medina等旧刊发现长期在3xTg-AD饮食 中添加甲基蓝能够提高脑内胰凝乳蛋白酶和胰蛋 白酶水解酶活性,从而增加AB降解,降低可溶性 AB水平,提高学习和记忆功能。 2.2作用于ta的药物 3xTg.AD由于转入tauP301L基因能够表现出 明显的tau病理变化。由于tau蛋白的异常过度磷 酸化,使得tau蛋白与微管蛋白的结合能力下降,促 进微管组装功能减弱,进而tau蛋白从微管上脱落、 相互聚集,形成具有神经毒性的寡聚体,最终形成 双螺旋纤维丝、神经元纤维缠结。因此,以tau蛋白 为靶点的研究可以选用3XTg.AD小鼠作为工具来 探索药物的作用,主要分为三个方面:抑制tau蛋白 磷酸化;抑制t跏蛋白聚集;促进tau蛋白解聚。 2.2.1 抑制tau蛋白磷酸化的药物:3xTg—AD小鼠 能够表现出明显的tau蛋白磷酸化水平升高,并且 转基因模型小鼠在调控tau蛋白磷酸化的各类激酶 方面相较于对照小鼠有明显的病理性变化,如糖原 合成激酶.3(glycogen syntllase kinase一3,GSK-3)、细 胞周期依赖性蛋白激酶5(cyclin dependent kinase. 5,CDK-5)等。目前根据这一特征选用该模型进行 tau蛋白相关药物研究的例子较多。 利用3xTg-AD小鼠能够激活GSK3B活性产生 tau蛋白磷酸化,可以进行以GsK3B为靶点的药物 研究。以3xTg-AD小鼠为模型,Gg等口副发现黄 酮醇类天然药物桑色素可以降低该小鼠脑内 GsK3B活性,从而降低海马神经元内tau蛋白的 Ser396、Serl99/202位点高度磷酸化。 同样以3xTg-AD小鼠为模型,Caccamo等’2引发 现金属离子锂可以通过增高ser21和ser9位点的磷 酸化降低GSK-3d和GsKOB的活性,从而降低tau 蛋白Thrl81、Ser202/Thr205位点的磷酸化水平。 此外,为了进一步探究美金刚的药理学机制, 利用高度模仿AD复杂病理的3xTg.AD小鼠,能够 发现其通过提高GSK3B Sel9位点的磷酸化水平,从 而降低总tau蛋白水平和tau蛋白磷酸化位点212/ 214、199/202和231的磷酸化水平,并降低总体的 tau和过度磷酸化的tau的水平’。 2.2.2抑制tau蛋白聚集的药物:3xTg-AD小鼠能 够表现出明显的tau蛋白磷酸化、tau蛋白聚集,这 为研究抑制tau蛋白聚集的药物提供了便利条件。 Baglietto—Vargas等21发现给予3xTg—AD小鼠糖皮 质激素受体拮抗剂米非司酮后,该药物除作用于AB 外,亦能减少tau蛋白磷酸化和tau蛋白的聚集,伴 随p25的降低,并且它能够提高3xTg-AD小鼠脑内 与学习能力损伤有关的CREB和p-CREB的水平。 2.2.3 促进tau蛋白解聚:3xTg-AD小鼠脑内tau 蛋白聚集显著增加使得采用该模型研究促进tau蛋 白解聚成为可能。以此为依据,选择性5一氧合酶激 活蛋白抑制剂MK591能够显著降低3xTg—AD小鼠 tau蛋白ser396位点的磷酸化水平,并发现给药后 不可溶tau蛋白聚体水平显著降低,其机制可能是 通过降低Cdk5激酶水平“。 通过选用此动物模型,Green等m1发现水溶性 维生素烟酰胺可以通过修复泛素一蛋白酶体系统,降 低3xTg.AD小鼠特异性tau蛋白Thr231位点磷酸 化,促进tau蛋白解聚,并且能够增加乙酰化的a- tubulin微管蛋白、MAP2c,使微管结构稳定。 2.3其他 2.3.1作用于线粒体的药物:近年来关于AD发病 机制大部分研究都支持AB和tau蛋白理论,然而其 它的一些因素同样影响AD的病程,线粒体功能紊 乱便位列其中。3xTg.AD小鼠在AB斑块和神经纤 维缠结之前即出现氧化应激水平增加,提示出现线 粒体损伤,因此,该动物模型同样适用于研究以线 粒体为靶点的药物。因此,McManus等Hu选择了 3xTg.AD小鼠作为模型,检测了新型线粒体靶向抗 氧化剂MitoQ抑制脑内AD样病理变化的效果,结 果显示MitoQ能够防止认知功能下降,缓解氧化应 激,降低皮质细胞凋亡蛋白酶活性,抑制脑内AB聚 集、星形胶质细胞聚集、突触丢失,缓解AB诱导的 神经元毒性并且抑制毒性物质产生和线粒体膜电 位丢失。 corona等p21同样选取3xTg—AD小鼠通过对其 补充左旋肌肽后,检测出线粒体复合物I/Il/IV水平 增加,且AD中与年龄相关的线粒体功能紊乱得到 缓解,最终显著减少海马胞内AB聚集。 2.3.2作用于突触的药物:研究证实3xTg_AD小鼠 能够表现出基底神经元传导损伤,LTP/PPF受损, 所以可以用于探究作用于突触的药物。通过应用 3xTg—AD小鼠作为动物模型,发现美金刚能够减少 细胞体树突积聚,通过调节NMDA受体阻止AB诱 导的对LTP的抑制作用埘。;选择性5-氧合酶激活蛋 白抑制剂MK591可以在3xTg—AD小鼠产生明显神 经病理学变化之前缓解突触功能紊乱,表现为逆转 万方数据 中国比较医学杂志2015年2月第25卷第2期 chin Jco”p Med,Febnlary 2015,V01.25.No.2 65 LTP的明显降低…;MitoQ亦能够拮抗突触素降低, 减少3xTg AD小鼠皮质内突触丢失“;抗抑郁药阿 米替林能够提高3xTg—AD小鼠海马中突触前/后蛋 白(如synapsinI,PsD95)的表达,提示阿米替林能够 缓解突触损伤口…。 2.3.3抑制神经炎症的药物:神经炎症是AD的病 理特征之一,由于3xTg-AD小鼠能高度模仿AD的 病理变化,因此,仍旧有研究者使用该模型以探讨 作用于神经炎症的药物的药理学机制。Parachikova 等副研究发现,广谱四环类抗生素米诺环素能够通 过显著降低多种神经炎症因子(如TNFa、IL6等), 降低不可溶Ap和可溶性AB小纤维的水平,改善海 马、皮层、杏仁核相关的学习记忆缺陷。 

3结论 3xTg—AD小鼠模型目前主要被应用于药物的药 效学评价和药理学研究。

作为药效学评价的动物 模型,3xTg—AD小鼠在AB和tau蛋白方面病理表现 完整,适合大部分抗AD药物研究。此外,针对其它 药物作用靶点的药理学研究(如线粒体、突触损伤、 炎症)该模型也适用。AD发病机制复杂,多靶点药 物已逐渐成为研究主流,3xTg.AD小鼠能在同一模 型中表现出多种病理变化,是研究多靶点药物理想 的动物模型,将逐渐受到研究者的重视。


责任编辑:提供3xTg-AD小鼠app/ps1/tau转基因小鼠
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