老年性癡呆動物模型研究進展

摘 要 老年性癡呆（Alzheimer disease，AD）是一種中樞神經系統退行性病變。由于發病機制復雜，至今其病因不明，制約了該病動物模型的制作研究工作。但隨著社會老齡化問題日益嚴重，老年癡呆相關機制和治療成了熱點和難點，關于老年癡呆動物模型的研究也越來越多樣和深入。本文總結了近幾年來國內外對老年癡呆動物模型的研究進展發現，轉基因與復合型動物模型已逐漸成為研究趨勢。

關鍵詞 老年性癡呆 動物模型 研究進展

中圖分類號：R741 文獻標識碼：A

癡呆是由于腦功能障礙而產生的獲得性和持續性智能障礙綜合征，癡呆的發病率和患病率隨年齡增加而上升。通常引起癡呆的原因包括變性病性和非變性病性，老年性癡呆屬于變性病性疾病，也稱為阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD），是一種以進行性記憶力障礙、判斷推理能力障礙、運動障礙為主要臨床特征的老年性疾病， AD 患者整個大腦彌散性萎縮，形成以 -淀粉樣蛋白（amyloid beda protein，簡稱A ），繼而大腦皮質和海馬區出現以A 為核心老年斑（senileplaque， SP）及以異常過度磷酸化的以 tau 蛋白為核心成分的神經原纖維纏結（neurofibriltary tangle，NFT）等神經病理性病變，還會出現“AMY”斑塊，這是與A 形似的斑塊，但無淀粉樣核心。

隨著人口老齡化問題日益嚴重，AD已經成為人類第4大死亡原因，運用動物模型進行防治老年性癡呆研究已成為當今醫學研究的熱點之一。 中國由于獨生子女政策，獨居老人也與日俱增，已然進入老齡化社會，老年性癡呆人數也日益增長。而 AD涉及多種復雜的病理改變，病因不明，因此建立一種理想化的 AD 動物模型進行老年癡呆相關機制和治療方法成了熱點和難點。作者查閱近幾年來國內外對老年癡呆動物模型的各種研究文獻，總結了AD 動物模型的研究進展情況。

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

20世紀80年代，學者Takeda T， Hosokawa M等在普通的遺傳群AKR系小鼠中通過表型選擇培育出一種快速老化小鼠—SAM，6個月大的時候出現了系統性淀粉樣變。 A 是淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）的代謝產物，它是老年斑的主要成分，目前認為A 神經毒性作用是各種原因引起AD的共同通路，其在腦組織中含量的異常增加可能是誘發AD的主要因素。而SAMP增齡過程中學習記憶障礙發生機制與腦中出現大量A 沉積有關。 近年，Atsuyoshi Shimada等學者以SAMP10為模型研究免疫與年齡相關的因素干擾影響大腦組織內穩態失調如何導致老年性神經退行性病變。 SAM模型的缺點是價格較昂貴，壽命短，雖然可以應用于抗衰老及AD 治療方面的實驗研究，但不宜用作長期實驗。

2 以 D-半乳糖（D-galactose，D-gal）損害為主的動物模型

國外最早將D-gal動物模型用于白內障的研究，我國學者發展并完善了該模型。 2003年，Shih-Ching Ho等學者建立了一個D-gal誘發氧化損害模擬老化小鼠的模型。 同年，羅煥敏等學者利用D-gal和亞硝酸鈉合并制備了一種新的老年癡呆模型，造模方法是小鼠每日腹腔注射D-gal120 mg/kg和亞硝酸鈉90 mg/kg，連續60 d；空白對照組腹腔注射等體積生理鹽水。 這些模型都在一定程度上模擬了 AD 的發病特點，出現了衰老、學習認知能力減退、超氧化物歧化酶（SOD） 、過氧化氫酶（CAT）活力下降、大腦皮層和海馬神經元變性壞死等特點。2011年，Xiao F等學者利用D-gal與aluminium（AL）聯合皮下注射昆明小鼠連續10周，分別使用Morri水迷宮測試，染色及生化指標等測試模型小鼠的學習和記憶、膽堿能系統變化，以及蛋白質 淀粉樣蛋白（A ）的含量，顯示有明顯的學習和記憶缺陷，并顯示大腦乙酰膽堿（ACh）的水平減少，老年斑（SP） 形成和神經元纖維糾結結構也被觀察到， 證明聯合使用D-gal和AL也可建立一個有效的研究AD的發病機制的模型。

同時D-gal也能使動物提前衰老。研究表明，在水迷宮實驗中，D-半乳糖模型鼠較正常鼠的逃避時間顯著延長，游泳距離增加。 生化改變方面，D-gal模型組鼠較之正常鼠血液中丙二醛（MDA）含量升高，SOD、總抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX）活性下降； 肝臟組織MDA含量增高，谷氨酰胺合成酶和乳酸脫氫酶（LDH）活性降低。 組織神經改變方面，D-gal可加速caspase介導的神經元凋亡和抑制神經元的形成。采用末端脫氧核苷酸轉移酶介導的UTP 缺口末端標記法即TUNEL法檢測，結果發現齒狀回、海馬CA1區、CA3區TUNEL陽性細胞顯著增加，海馬CA1、CA3區錐體細胞層觀察到大量細胞萎縮和核固縮。 分子生物學改變方面，D-gal可以誘導大鼠內耳組織線粒體DNA4834bp缺失突變 和肝臟線粒體DNA（mtDNA）的缺失。

D-gal模型現已被國內學者廣泛應用，它的優點有：經濟且操作簡單；模擬損傷較為全面；缺點是：飼養周期長、外界干擾因素較多，免疫方面的指標與自然衰鼠還存在較大差異；D-gal用量、時間不統一也制約了該模型的發展。如何運用好D-gal模型并結合亞硝酸鈉、AL等神經毒素聯合制作模型深入研究衰老機制和抗衰老藥物，將成為今后學者研究的新方向。

3 以膽堿能損傷為基礎的AD動物模型

大腦基底前腦膽堿能細胞損傷都可導致動物出現認知障礙和學習記憶能力的損害。研究學者通過各種方法直接破壞腦膽堿能神經細胞功能，從而制作AD模型。

3.1 電損傷基底核的AD動物模型

1991年宮斌 等以電損傷大鼠右半球中縫核群（1mA，30s）造成擬癡呆模型，結果證明直接使用電損傷基底核，明顯減少動物皮質乙酰膽堿量，導致記憶障礙。2010年，宋興田等學者用電解毀損基底核法破壞腦基底核法制備SD大鼠損傷性癡呆模型，并利用電子顯微鏡觀察兩種癡呆模型的腦組織超微結構變化。結果顯示模型鼠的腦神經細胞、神經膠質細胞均出現線粒體數目減少，嵴斷裂或消失，部分線粒體出現髓樣變或呈空泡狀。粗面內質網較少并出現脫顆粒，胞漿內脂褐素顆粒增多。結果顯示腦神經細胞的退行性變是癡呆模型的病變基礎。 實驗研究證明電解損傷基底核制備的模型可用作老年癡呆的動物模型，本模型也存在不足的缺陷，有待改進。

3.2 化學損毀模型

有的學者使用化學物質注入動物腦基底核，從而破壞膽堿能神經元建立起AD模型。2000年，Sca1ic C 等學者將興奮性氨基酸如鵝膏蕈氨酸（ibotenic acid，IBO）等注入動物的基底大細胞核建立起AD模型，術后海馬神經細胞明顯減少、學習記憶能力下降。2010年， 宋興田等學者用海人酸破壞腦基底核法制備SD 大鼠損傷性癡呆模型，并利用電子顯微鏡觀察癡呆模型的腦組織超微結構變化。結果顯示模型鼠出現腦神經細胞退行性病變。

此類模型簡單雖然模擬了膽堿能神經元損傷的特征，但是模型未出現SP和NFT等病理性特征，所以在用藥劑量濃度和時間部位等問題上還需要進一步研究。

4 注射A 的AD動物模型

A 在細胞基質沉淀聚積后具有很強的神經毒性作用，是導致AD病人腦內老年斑周邊神經元變性和死亡的主要原因。A 對AD神經毒性作用主要表現在：破壞鈣的平衡；增強谷氨酸毒性；誘導一氧化氮和氧自由基的產生和神經元凋亡；導致血管機能障礙；誘導中樞神經系統炎性反應等。因此，通過注射A 的方法也可制作AD動物模型。

2004年楊杰[16]等將 A 不同的片段注入大鼠腦內，術后動物學習記憶能力明顯減退，膽堿能神經元死亡、突觸結構減少，凋亡相關基因表達增加，并出現 A 沉積。2006年，楊曉娟等將 A 25-35 5 l 注射于鼠側腦室基本模擬了 AD病理學特征。 2012年，Marcello E等通過實驗證明，A 不足可能會導致突觸失去正常功能，而A 過剩可能導致突觸功能障礙，從而導致AD的發生。

實驗證明，注射A 可模擬A 聚集或沉積學習記憶能力損害、海馬神經元破壞等病理改變的AD動物模型。該模型適用于研究藥物對A 神經毒性及AD的治療等方面的作用研究。

5 鋁元素慢性中毒模型

已有研究 證明，鋁是一種慢性神經毒性物質，血液中多余的鋁進入腦內后可損傷神經元并誘導形成神經元纖維纏結和老年斑。2005年，楊勇等向大鼠脊髓蛛網膜下腔埋管多次注射三氯化鋁（aluminium trichloride，AlCl3）建立的 AD 動物模型 獲得成功。2011年，Xiao F等學者 利用D-gal與aluminium（AL）聯合皮下注射昆明小鼠連續10周，成功建立了一個學習記憶能力衰退并出現老年癡呆典型病理改變的模型，顯示利用鋁中毒制作老年癡呆模型已經向復合模型方向發展了。

6 轉基因AD動物模型

隨著分子生物學方法及基因工程的發展，學者開始借助轉基因技術將與 AD 相關的人類突變基因轉入動物中，通過改變動物遺傳學性狀來達到建立AD動物模型的目的。學者研究發現APP （myloid beta （A4） precursor protein）基因突變會導致AD 發生。

1999年，Chen KS等初步的行為實驗發現PDAPP轉基因鼠學習和記憶受損。光線迷宮空間辨認PDAPP轉基因鼠3～10月齡，表現出嚴重的缺損，而自發的物體辨認行為表現為年齡依賴性下降，與淀粉沉積相關。 從2000至今十幾年間，Holtzman、Brion、Nilsson、Van der Haute、Lewsis、Oddo ～ 等學者利用不斷完善的轉基因技術建立一個又一個轉基因AD動物模型，并從單轉基因向雙轉甚至三轉基因邁進，這些轉基因模型可以在同一轉基因鼠內同時表達AD的兩大特征性病理變化A 和NFT及AD其他的病理性特征。2012年，Zhang QL等學者利用APP/PS1轉基因小鼠和AL建立了一種更新的老年癡呆模型，實驗結果表明，動物模型的認知能力的減少和神經細胞的損失比野生組（WT）加鋁和單獨的APP/PS1轉基因小鼠更明顯， 表明了APP/PS1轉基因小鼠注入AL建模對老年癡呆病因與藥物治療研究有一定的潛在價值。2012年，Filali M等 利用APP， PS1和 Mapt （3xTg-AD）建立三重轉基因小鼠來測試認知和非認知行為差異，這一模型將對臨床前期干預非常有幫助。

雖然轉基因動物模型在技術上仍有許多困難，但AD的多重轉基因模型日趨完善，獲得了能較完全體現AD兩大病理特征的小鼠品系。由于AD受遺傳及環境共同影響，因此在轉基因模型的基礎上，再施加中樞膽堿能損害、自身免疫損傷等其他致病因素，將產生更接近人類AD病理及發病過程的模型，從而將對AD治療及藥物的篩選開發起到推動作用。

7 與免疫有關的AD動物模型

近年來的研究 表明，老年人隨著年齡的增大AD患病率明顯增高，與自身免疫系統衰退有關，如老年斑中A 標記和免疫球蛋白鏈相似，因而可以利用提取抗原-抗體復合物沉積形成淀粉樣核心導致神經變性和老年斑形成，從而制備AD動物模型。此類模型的發展為AD的免疫調節治療開創了新的途徑。2010年， 等通過免疫具有聚合性淀粉樣變性（pABri）相關的肽序列同源性，蛋白質構象改變引起的體液免疫應答減少了A 低聚物的水平從而減少AD的病理改變。

綜上所述，越來越多學者運用可造成氧化損傷或神經損傷的物質聯合D-gal建立老年癡呆模型，對實驗可起到事半功倍的效果。如前文提到的D-gal聯合亞硝酸鈉、AL、鐵等元素進行造模，可以預見，將來會有更多這樣的復合模型會運用到老年癡呆動物模型的實驗中。

老年癡呆動物模型是多樣化的，各個模型驗證有關AD病因、發病機制等各種假說，都有其優缺點，這些模型都有助于AD發病機制研究和治療藥物的篩選。其中D-gal為基礎的動物模型是最普遍的動物