建立Alzheimer氏病動(dòng)物模型方法的研究進(jìn)展-- 解剖學(xué)_第1頁(yè)
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1、建立Alzheimer氏病動(dòng)物模型方法的研究進(jìn)展- 解剖學(xué)     摘要 AD型癡呆占老年性癡呆50%以上,嚴(yán)重危害著老年人的健康。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了大量有關(guān)AD的研究,特別是近年關(guān)于AD疾病的研究日益受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者高度重視。建立一個(gè)可靠的模型是研究該病的關(guān)鍵。迄今為止尚無(wú)一個(gè)公認(rèn)理想的AD模型,本文綜述了六十年代以來(lái)有關(guān)AD模型建立方法的研究進(jìn)展?fàn)顩r,闡明了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。隨著人口老齡化的發(fā)展,老年性疾患已成為一個(gè)明顯影響人類(lèi)健康突出的問(wèn)題,其中老年性癡呆(Senile dementia,SD)是最常見(jiàn)的老年性疾病之一,它和惡性腫瘤、心腦血管意外并

2、列為導(dǎo)致老年人死亡的三大疾病。據(jù)國(guó)外報(bào)道,SD患病率占老年人群4-5%,其中半數(shù)以上為Alzheimer氏?。ê?jiǎn)稱(chēng)AD)。國(guó)內(nèi)報(bào)道,我國(guó)老年性癡呆患病率為4.36%,其中AD患者占2.8%1。AD是一種原發(fā)變性型老年性癡呆,其特點(diǎn)是發(fā)病年齡較早,多在65歲以前,故又稱(chēng)作早老年性癡呆,病程進(jìn)展緩慢,主要表現(xiàn)為近期記憶力明顯減退,在神經(jīng)化學(xué)方面,往往多種神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)受損。自1906年德國(guó)神經(jīng)病理學(xué)家Alois Alzheimer發(fā)現(xiàn)AD以來(lái),許多科學(xué)工作者進(jìn)行了近一個(gè)世紀(jì)的潛心探究,從形態(tài)學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)和臨床研究等方面做了大量工作,在AD的病理改變、發(fā)病機(jī)制及治療等方面都取得了可喜的成績(jī)。關(guān)于AD

3、病因有下述多種學(xué)說(shuō):遺傳學(xué)說(shuō)2;微量元素學(xué)說(shuō),其中提出最多的是鋁和硅3-4;神經(jīng)遞質(zhì)學(xué)說(shuō),AD患者神經(jīng)遞質(zhì)活動(dòng)改變主要在海馬、基底前腦核及大腦新皮質(zhì)區(qū)。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為主要與乙酰膽堿能系統(tǒng)改變有關(guān),其次為5-羥色氨能系統(tǒng)等5-6;免疫反應(yīng)學(xué)說(shuō),可能是獨(dú)立因素,也可能是與感染、遺傳和環(huán)境中毒相關(guān)的繼發(fā)因素,并提出與白細(xì)胞介素-1(IL-1)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)等有關(guān)7-8;慢病毒學(xué)說(shuō)9;雌激素水平下降10。對(duì)上述病因?qū)W說(shuō),諸多學(xué)者互有爭(zhēng)議,尚無(wú)一致認(rèn)識(shí)。臨床上AD患者主要表現(xiàn)為大腦認(rèn)知功能障礙,如健忘、記憶力和空間辨別能力減退以及反應(yīng)遲鈍等。關(guān)于AD的病理機(jī)制,目前較為明確的是:基底前腦核群

4、內(nèi)乙酰膽堿(ACh)能神經(jīng)元的變性和丟失;患者腦內(nèi)形成神經(jīng)原纖維纏結(jié);新皮質(zhì)和海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)大量的淀粉樣沉積,其數(shù)量的多寡與AD的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)11。近年已從淀粉樣沉積核心中分離和鑒別出一種肽類(lèi)物質(zhì),稱(chēng)為-淀粉樣肽(-AP或/A4蛋白)。-AP是-淀粉樣前體蛋白(-APP)的病理性裂解產(chǎn)物,正常情況下不表達(dá),在正常老年人有極少量的表達(dá)。(4)腦內(nèi)形成AMY斑塊。這一病理改變是Trojanowski等人的最新發(fā)現(xiàn),其與神經(jīng)原纖維纏結(jié)、淀粉樣沉積一起為AD病人的三大特征性病理改變12。由于AD疾病嚴(yán)重危害著老年人的健康,同時(shí)也給家庭和社會(huì)帶來(lái)巨大的財(cái)政負(fù)擔(dān),因而,關(guān)于AD疾病的研究日益受到國(guó)內(nèi)外

5、學(xué)者高度重視。建立一個(gè)可靠的AD動(dòng)物模型是研究AD的重要環(huán)節(jié)。有關(guān)AD動(dòng)物模型建立的方法較多,各有利弊,本文將有關(guān)方法比較綜術(shù)如下。1 化學(xué)損傷1.1 神經(jīng)毒氨基酸損毀基底大細(xì)胞核(nucleus basalis magnocellularis,NBM)1980年Ben-An、1985年Sofroniew等分別報(bào)道用興奮性神經(jīng)毒氨基酸,如紅藻氨酸(KA)、鵝膏蕈氨酸(IBD)、使君子氨酸(QUIS)、N-甲基-D-天門(mén)冬氨酸(NMDA)注入大鼠NBM,以損毀大鼠NBM建立癡呆模型13-15,隨后國(guó)內(nèi)外一些科研工作者采用上述方法建立了AD模型,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了關(guān)于AD的一系列研究。1987年D

6、unnett等人用這四種神經(jīng)毒氨基酸同時(shí)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明使君子氨基酸特異性最高,對(duì)非膽堿能神經(jīng)元損傷最??;KA對(duì)非膽堿能神經(jīng)元損傷最大,且毒性作用是其它三種的2-3倍。使君子氨酸毒性作用相對(duì)緩和,劑量較易掌握,動(dòng)物死亡率低,模型建立成功率高,因素基優(yōu)于其它三種16。我們采用紅藻氨酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其毒性作用較強(qiáng),很難掌握用量,動(dòng)物易死亡,這與Dunnett等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。總的來(lái)看這些神經(jīng)毒氨基酸都可導(dǎo)致NBM的膽堿能神經(jīng)元變性和減少,繼而引進(jìn)相應(yīng)大腦新皮質(zhì)區(qū)的膽堿能纖維減少,細(xì)胞變性與死亡,膽堿能的標(biāo)志酶ChAT和AChE含量下降,學(xué)習(xí)記憶行為減退,所以可以用來(lái)建立AD的模型。但有

7、以下幾個(gè)缺陷:無(wú)神經(jīng)炎斑及神經(jīng)纖維纏結(jié)的組織病理學(xué)改變17;神經(jīng)毒氨基酸對(duì)非膽堿能神經(jīng)元也有影響;ChAT的活性在海馬末受影響;據(jù)報(bào)道神經(jīng)毒氨基酸對(duì)乙酰膽堿系統(tǒng)的損傷可逆轉(zhuǎn)18;業(yè)已證明AD病的基底核膽堿能神經(jīng)元的喪失是逆行性引起的,即繼發(fā)于大腦皮層的病理變化。1993年在第23屆美國(guó)神經(jīng)科學(xué)年會(huì)上Dunbar等也提出此種方法關(guān)非為AD的理想模型19。1.2AF64A(Ethylcholine mustard aziridiniumion)AF64A是一種特異的突觸前膽堿毒。Mantione等人用AF64A注射入小鼠側(cè)腦室進(jìn)行其神經(jīng)毒性的研究,發(fā)現(xiàn)AF64A可引起小鼠乙酰膽堿能系統(tǒng)的特異性損傷

8、。如果用AF64A直接向大鼠背海馬內(nèi)注射,其對(duì)膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)的毒性較注入側(cè)腦室強(qiáng)20。另有實(shí)驗(yàn)報(bào)道用AF64A直接向NBM注射,造成膽堿能功能損害來(lái)建立AD模型21。用AF64A制做的AD模型表現(xiàn)為膽堿能系統(tǒng)和記憶功能損害,但不影響非膽堿能神經(jīng)元,這點(diǎn)優(yōu)于興奮性神經(jīng)毒氨基酸。然而,用此方法也不出現(xiàn)老年斑和神經(jīng)原纖維纏結(jié)形成的組織病理學(xué)改變。1.3 192IgG-Saporin近年Lappi和Gary等人用192IgG-Saporin向大鼠側(cè)腦室有前腦基底區(qū)注射進(jìn)行有關(guān)AD的研究22-23。192IgG-Saporin是一種抗神經(jīng)免疫毒。用其向大鼠腦內(nèi)NBM注射,可選擇性損害與基底前腦核有關(guān)的乙

9、酰膽堿系統(tǒng),如內(nèi)側(cè)隔區(qū)、斜角帶,同時(shí)出現(xiàn)記憶減退的表現(xiàn),但仍然不能出現(xiàn)AD所特有的其它組織病理學(xué)改變。1.4喹啉酸(Quinolinic acid,QUIN)喹啉酸是一種興奮性神經(jīng)毒素。1995年宋前流等人用其注入海馬CAI區(qū),通過(guò)其選擇性破壞谷氨酸(Glu)能神經(jīng)元,擬制成Glu能損毀的AD模型。本模型的制做是基于Maragos提出的AD-Glu假說(shuō)24。喹啉酸為Glu類(lèi)似物,是腦內(nèi)潛在的內(nèi)源性興奮性毒素25,當(dāng)以較高濃度應(yīng)用于細(xì)胞時(shí),產(chǎn)生與海人酸和鵝膏蕈氨酸相似的病理和生化改變,實(shí)驗(yàn)表明,其可引起大鼠空間辨別能力和學(xué)習(xí)記憶障礙。但是它能否導(dǎo)致其它組織病理學(xué)改變未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。1.5東莨菪堿(

10、Scopolamine)東莨菪堿是一種抗膽堿能藥。東莨菪堿可阻斷大腦皮層中的乙酰膽堿受體的結(jié)合位點(diǎn),從而引起膽堿能系統(tǒng)功能障礙。Caulfield等將東莨菪堿注入小鼠、大鼠、猴等哺乳動(dòng)物的側(cè)腦室進(jìn)行了有關(guān)乙酰膽堿功能及AD方面的研究26。與神經(jīng)毒氨基酸和AF64A比較,此方法建立的AD模型主要是出現(xiàn)與AD一致的記憶、認(rèn)知功能障礙,有關(guān)AD特有的組織病理學(xué)改變是否發(fā)生未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道:據(jù)文獻(xiàn)提示東莨菪堿引起的膽堿能功能損害可逆轉(zhuǎn),而AD是一種慢性、進(jìn)行性不可逆轉(zhuǎn)的神經(jīng)性疾病。所以用此方法不能完全模擬出AD的各種特征。1.6鋁元素中毒正常人腦組織鋁的含量1.8±0.8g/g(干重)或1.22

11、g/g(濕重),正常大鼠腦內(nèi)鋁含量為1.1g/g(干重)27-28。已被公認(rèn),鋁在體內(nèi)一些部位的異常蓄積可產(chǎn)生毒性作用。早在1937年Scherp和Church就提出鋁可引起神經(jīng)元退化的看法28。1965年Klatzo和Terry等提出鋁中毒可能與AD發(fā)病有關(guān),他發(fā)現(xiàn)AD病人與鋁中毒病人腦中均可見(jiàn)NFT3。此后1973年Crapper等人提出鋁可能是神經(jīng)毒素,他們給貓腦內(nèi)直接注射鋁鹽,發(fā)現(xiàn)鋁具有神經(jīng)毒素樣作用,導(dǎo)致神經(jīng)纖維變性4。國(guó)內(nèi)有學(xué)者采用給大鼠或小鼠腹腔注射及口服鋁鹽建立AD模型29,結(jié)果模型鼠出現(xiàn)大腦重量減輕,學(xué)習(xí)記憶減退的表現(xiàn)。臨床資料表明AD病人腦內(nèi)鋁含量顯著高于正常值30;血清鋁

12、的水平也明顯高于對(duì)照組31??v觀(guān)有關(guān)鋁與AD的實(shí)驗(yàn)研究,已基本肯定:AD病人腦內(nèi)鋁的含量明顯超過(guò)正常值;鋁對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有毒性損害,使神經(jīng)元變性或死亡,產(chǎn)生NFT病理性改變,繼而表現(xiàn)為大腦皮質(zhì)萎縮,腦重減輕;出現(xiàn)記憶、認(rèn)知功能障礙。至于鋁與-AP之間關(guān)系的研究尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。我們進(jìn)行了有關(guān)鋁和-AP關(guān)系的研究,結(jié)果表明鋁可以引起-AP在腦內(nèi)沉積和-APP在神經(jīng)元的過(guò)度表達(dá)32-33。因此,我們認(rèn)為,用鋁誘導(dǎo)建立AD模型的方法較好。缺點(diǎn)是此種AD模型出現(xiàn)的NFT與AD病人的略有差異,再就是用鋁造模周期長(zhǎng)(口服約三個(gè)月)。2 物理方法一斷開(kāi)穹窿海馬傘通路早在1954年,Daitz等人就采用橫斷穹窿

13、海馬傘系統(tǒng)來(lái)研究觀(guān)察神經(jīng)元的退化過(guò)程。后來(lái)人們?yōu)榱诉M(jìn)行AD方面的研究,采取了真空抽吸、橫斷或電解等方法損毀單側(cè)或雙側(cè)穹窿海馬傘通路建立AD模型34-35。此種方法主要是通過(guò)切斷隔海馬通路(如扣帶束、背穹窿海馬傘),破壞膽堿能及非膽堿能纖維傳入,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行為及神經(jīng)化學(xué)方面的缺損,造成動(dòng)物空間定向和記憶障礙及膽堿能神經(jīng)元的丟失。1994年Jeltsch等的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,切斷雙側(cè)穹窿海馬傘通路造成的AD模型在數(shù)月后,其行為及神經(jīng)化學(xué)的缺失也不能恢復(fù)36。用此方法建立AD模型,周期短(約兩周),但手術(shù)定位難以控制,很難避免手術(shù)區(qū)鄰近組織的受損。3 轉(zhuǎn)移基因小鼠 關(guān)于轉(zhuǎn)移基因小鼠的研究始于八十年

14、代末,1991年Quon等人先后進(jìn)行了有關(guān)報(bào)道37。在1993年第23屆美國(guó)神經(jīng)科學(xué)年會(huì)上Felenstein等報(bào)告了建立轉(zhuǎn)移基因大鼠模型。1995年美國(guó)Athena neurosiences Inc and Eli Lilly & Co.公司宣告用遺傳工程方法建成了AD動(dòng)物模型,即轉(zhuǎn)移基因小鼠。他們采用人體異常APP的基因向小鼠胚胎細(xì)胞插入而建立的。APP基因是編碼淀粉樣蛋白的基因,這種蛋白在體內(nèi)能釋放出-AP,-AP在AD患者腦內(nèi)老年斑中大量存在。與上述所有方法相比,此種模型能較好模擬出與AD有關(guān)的記憶損害和形態(tài)變化。但迄今為止,只證明轉(zhuǎn)移基因小鼠腦內(nèi)可見(jiàn)淀粉樣蛋白和出現(xiàn)記憶的損害,尚未觀(guān)察到淀粉樣斑塊和NFT39。但是,毫無(wú)疑問(wèn),采用基因技術(shù)是目前建立AD模型最先進(jìn)且具有廣闊前景的手段。4 老年動(dòng)物老年動(dòng)物可出現(xiàn)學(xué)習(xí)記憶減退,腦組織出現(xiàn)淀粉樣斑塊和NFT的病理改變,這與AD病人是一致

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