建立Alzheimer氏病動物模型方法的研究進展-- 解剖學

1、建立Alzheimer氏病動物模型方法的研究進展- 解剖學     摘要 AD型癡呆占老年性癡呆50%以上，嚴重危害著老年人的健康。國內(nèi)外許多學者進行了大量有關AD的研究，特別是近年關于AD疾病的研究日益受到國內(nèi)外學者高度重視。建立一個可靠的模型是研究該病的關鍵。迄今為止尚無一個公認理想的AD模型，本文綜述了六十年代以來有關AD模型建立方法的研究進展狀況，闡明了各種方法的優(yōu)缺點。隨著人口老齡化的發(fā)展，老年性疾患已成為一個明顯影響人類健康突出的問題，其中老年性癡呆（Senile dementia,SD）是最常見的老年性疾病之一，它和惡性腫瘤、心腦血管意外并

2、列為導致老年人死亡的三大疾病。據(jù)國外報道，SD患病率占老年人群4-5%，其中半數(shù)以上為Alzheimer氏病（簡稱AD）。國內(nèi)報道，我國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，其特點是發(fā)病年齡較早，多在65歲以前，故又稱作早老年性癡呆，病程進展緩慢，主要表現(xiàn)為近期記憶力明顯減退，在神經(jīng)化學方面，往往多種神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)受損。自1906年德國神經(jīng)病理學家Alois Alzheimer發(fā)現(xiàn)AD以來，許多科學工作者進行了近一個世紀的潛心探究,從形態(tài)學、神經(jīng)生物學和臨床研究等方面做了大量工作，在AD的病理改變、發(fā)病機制及治療等方面都取得了可喜的成績。關于AD

3、病因有下述多種學說：遺傳學說2；微量元素學說，其中提出最多的是鋁和硅3-4；神經(jīng)遞質(zhì)學說，AD患者神經(jīng)遞質(zhì)活動改變主要在海馬、基底前腦核及大腦新皮質(zhì)區(qū)。多數(shù)學者認為主要與乙酰膽堿能系統(tǒng)改變有關，其次為5-羥色氨能系統(tǒng)等5-6；免疫反應學說，可能是獨立因素，也可能是與感染、遺傳和環(huán)境中毒相關的繼發(fā)因素，并提出與白細胞介素-1（IL-1）、白細胞介素-6（IL-6）等有關7-8；慢病毒學說9；雌激素水平下降10。對上述病因?qū)W說，諸多學者互有爭議，尚無一致認識。臨床上AD患者主要表現(xiàn)為大腦認知功能障礙，如健忘、記憶力和空間辨別能力減退以及反應遲鈍等。關于AD的病理機制，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的嚴重程度呈正相關11。近年已從淀粉樣沉積核心中分離和鑒別出一種肽類物質(zhì)，稱為-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，在正常老年人有極少量的表達。（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疾病嚴重危害著老年人的健康，同時也給家庭和社會帶來巨大的財政負擔，因而，關于AD疾病的研究日益受到國內(nèi)外

5、學者高度重視。建立一個可靠的AD動物模型是研究AD的重要環(huán)節(jié)。有關AD動物模型建立的方法較多，各有利弊，本文將有關方法比較綜術如下。1 化學損傷1.1 神經(jīng)毒氨基酸損毀基底大細胞核（nucleus basalis magnocellularis,NBM）1980年Ben-An、1985年Sofroniew等分別報道用興奮性神經(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，并在此基礎上進行了關于AD的一系列研究。1987年D

6、unnett等人用這四種神經(jīng)毒氨基酸同時進行對比實驗，結(jié)果表明使君子氨基酸特異性最高，對非膽堿能神經(jīng)元損傷最小；KA對非膽堿能神經(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緩和，劑量較易掌握，動物死亡率低，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行實驗證實了其毒性作用較強，很難掌握用量，動物易死亡，這與Dunnett等人的實驗結(jié)果是一致的。總的來看這些神經(jīng)毒氨基酸都可導致NBM的膽堿能神經(jīng)元變性和減少，繼而引進相應大腦新皮質(zhì)區(qū)的膽堿能纖維減少，細胞變性與死亡，膽堿能的標志酶ChAT和AChE含量下降，學習記憶行為減退，所以可以用來建立AD的模型。但有

7、以下幾個缺陷：無神經(jīng)炎斑及神經(jīng)纖維纏結(jié)的組織病理學改變17；神經(jīng)毒氨基酸對非膽堿能神經(jīng)元也有影響；ChAT的活性在海馬末受影響；據(jù)報道神經(jīng)毒氨基酸對乙酰膽堿系統(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屆美國神經(jīng)科學年會上Dunbar等也提出此種方法關非為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，其對膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)的毒性較注入側(cè)腦室強20。另有實驗報道用AF64A直接向NBM注射，造成膽堿能功能損害來建立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)注射進行有關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的乙

9、酰膽堿系統(tǒng)，如內(nèi)側(cè)隔區(qū)、斜角帶，同時出現(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24。喹啉酸為Glu類似物，是腦內(nèi)潛在的內(nèi)源性興奮性毒素25，當以較高濃度應用于細胞時，產(chǎn)生與海人酸和鵝膏蕈氨酸相似的病理和生化改變，實驗表明，其可引起大鼠空間辨別能力和學習記憶障礙。但是它能否導致其它組織病理學改變未見文獻報道。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，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、猴等哺乳動物的側(cè)腦室進行了有關乙酰膽堿功能及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、認知功能障礙，有關AD特有的組織病理學改變是否發(fā)生未見文獻報道：據(jù)文獻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，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，他發(fā)現(xiàn)AD病人與鋁中毒病人腦中均可見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，導致神經(jīng)纖維變性4。國內(nèi)有學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，學習記憶減退的表現(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照組31?？v觀有關鋁與AD的實驗研究，已基本肯定：AD病人腦內(nèi)鋁的含量明顯超過正常值；鋁對中樞神經(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、認知功能障礙。至于鋁與-AP之間關系的研究尚未見文獻報道。我們進行了有關鋁和-AP關系的研究，結(jié)果表明鋁可以引起-AP在腦內(nèi)沉積和-APP在神經(jīng)元的過度表達32-33。因此，我們認為，用鋁誘導建立AD模型的方法較好。缺點是此種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（口服約三個月）。2 物理方法一斷開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)來研究觀察神經(jīng)元的退化過程。后來人們?yōu)榱诉M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，導致實驗動物行為及神經(jīng)化學方面的缺損，造成動物空間定向和記憶障礙及膽堿能神經(jīng)元的丟失。1994年Jeltsch等的實驗研究結(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)化學的缺失也不能恢復36。用此方法建立AD模型，周期短（約兩周），但手術定位難以控制，很難避免手術區(qū)鄰近組織的受損。3 轉(zhuǎn)移基因小鼠 關于轉(zhuǎn)移基因小鼠的研究始于八十年

14、代末，1991年Quon等人先后進行了有關報道37。在1993年第23屆美國神經(jīng)科學年會上Felenstein等報告了建立轉(zhuǎn)移基因大鼠模型。1995年美國Athena neurosiences Inc and Eli Lilly & Co.公司宣告用遺傳工程方法建成了AD動物模型，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)可見淀粉樣蛋白和出現(xiàn)記憶的損害，尚未觀察到淀粉樣斑塊和NFT39。但是，毫無疑問，采用基因技術是目前建立AD模型最先進且具有廣闊前景的手段。4 老年動物老年動物可出現(xiàn)學習記憶減退，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