老年痴呆动物模型研究进展

浙江中西医结合杂志 2000年第10期第10卷 综　述

作者：丁正明　宫斌　莫启忠

单位：（上海中医药大学基础医学院中医基础学科实验室　上海 200032）

　　老年痴呆(Alzheimer Disease，简称AD)是一种病因不明的原发性脑部退行性疾病，是老年人的多发病和常见病，占整个痴呆症的2/3，已经成为人类的第四号杀手^［1］。病人临床表现为进行性精神状态衰变，包括远近期记忆力障碍，分析判断能力衰退，情绪改变，行为失常，甚至发生意识模糊等。脑内病理特征为神经元缺失，细胞外淀粉样蛋白沉淀和神经元纤维缠结。这些损伤主要发生于前脑基底、海马和大脑皮质。迄今为止AD的发病机制尚未明确。建立理想的AD动物模型对探明AD的病因、病机和病理过程以及筛选防治AD新药至关重要。本文就AD动物模型研究进展进行介绍。

　　1　与中枢胆碱能神经系统有关的AD动物模型

　　1.1　兴奋性毒素损伤Meynert基底核(NBM)所致的AD动物模型　NBM主要由中枢胆碱能神经元组成，同时NBM发出纤维投射到大脑皮质广泛区域及嗅球^［1］。1993年Muir JL指出AD相关的记忆和学习障碍是由于NBM的大细胞胆碱能神经元变性所引起^［2］。故NBM损伤被广泛用于制作AD模型。

　　大鼠单侧注射鹅膏覃氨酸，损毁NBM的胆碱能神经元，表现为学习记忆能力下降，大脑皮层和海马ChAT活性降低，大脑皮层和海马M受体结合容量下降，大脑基底核大细胞性神经团面积变小，细胞数量减少，突触数量显著减少^［3］。1991年Farooqui等的研究表明，注射鹅膏覃氨酸后10天，前脑皮层的胆碱乙酰化转移酶活性下降^［4］。1996年马涤辉等观察到，单侧注射鹅膏覃氨酸损伤NBM的大鼠海马及丘脑组织中5-HT含量明显下降，与临床AD患者脑内5-HT变化类似^［5］。海人藻酸破坏NBM模型应用也较广。1997年李琳的实验结果证实^［6］，海人藻酸毁损NBM的大鼠学习和记忆能力下降，Aβ和τ蛋白样免疫神经元增多，细胞水肿、溶解，溶酶体和微管增加，突触密度减少，变性坏死细胞形成与人AD相似的老年斑。

　　兴奋毒素损伤可以造成皮层胆碱能缺失，也能引起学习和记忆能力减退，但并不能产生AD的组织病理学特征。如：神经炎斑块和神经纤维缠结。因此，尽管此种动物模型应用非常广泛，它也存在一定的缺陷，使用时应多加注意。

　　1.2　选择性损伤基底前脑(basal forebrain,BF)胆碱能神经元的AD动物模型　基底前脑胆碱能神经元变性在AD神经病理改变中占重要地位，它可引起某些认知障碍。基底前脑神经元可表达神经生长因子(nerve growth factor,NGF)的受体，而NGF对基底前脑胆碱能神经元的发育和存活起重要作用，现在普遍认为在前脑基底NGF低亲和力受体仅存在于胆碱能神经元，NGF受体有结合NGF并入胞转运作用。实验表明，NGF及其受体的改变在神经元退行性疾患胆碱能功能障碍中有作用^［1］。因此可以通过NGF受体的介导作用制备AD模型。

　　白喉毒素结合的NGF可以导致前脑胆碱能神经元损伤模型。1989年Kudo等将白喉毒素结合的NGF注入基底前脑胆碱能神经元终末，通过NGF受体的入胞作用将毒素带入胞体内，引起同侧胆碱能神经元(含有NGF受体)受损，而其他胆碱能神经元(如多巴胺能神经元)及通过基底前脑的纤维通路并未受损^［7］。1991年Kudo等进一步的研究指出：小鼠双侧皮质注入白喉毒素结合的NGF，小鼠出现被动学习及记忆功能减退^［1］。

　　1.3　电解损伤基底核的AD动物模型　电解损伤NBM，皮质乙酰胆碱量明显减少，动物记忆障碍^［3］。1992年宫斌^［8］等以电损伤大鼠右半球中缝核群(1mA,30s)造成拟痴呆模型，结果显示：拟痴呆大鼠大脑皮层，海马和小脑组织中α₁受体结合容量较正常对照组显著降低。同时拟痴呆大鼠脑组织中的M及γ-氨基丁酸受体也显著降低，尤其是拟痴呆大鼠也有行动迟缓，记忆力减退等症状。1997年POPOVIC等通过双侧电解损伤基底核(NBM)导致许多行为缺陷，如：主动回避功能下降，抑郁性行为等^［9］。所有的结果都显示电解损伤基底核制备的模型可用作老年痴呆的动物模型。但是电解损伤的拟痴呆模型大鼠脑不同分区组织中单胺氧化酶B活性较青年组没有升高，而单胺氧化酶作为脑组织老化相关酶已被国内外学者证实，因此本模型也存在不足的缺陷，有待改进。

　　2　与β淀粉样蛋白(Aβ)有关的AD动物模型

　　2.1　Aβ灌注模型

　　2.1.1　Aβ的神经毒性作用　1989年Yanker等证实：Alzheimer病患者的淀粉样前体蛋白的碎片具有神经毒性作用^［10］。1991年Kowall等发现成年大鼠脑皮层Aβ沉积可以引起神经元及其轴突相应的病理改变^［11］。同年Richard等一些学者也证实：含有淀粉样蛋白最初40个氨基酸残基的合成多肽对培养的胎鼠海马成熟神经元具有毒理作用^［11］。由此看来Aβ具有神经毒性作用。

　　2.1.2　Aβ灌注模型　鉴于Aβ的神经毒性作用，研究者将思路转向了Aβ的脑内灌注，并在脑内沉积，以观察是否能复制出痴呆模型。1991年Kowall将Aβ注入动物脑中，导致神经元变性。1992年Kowall又报道了他们的实验结果，在实验动物脑注射部位可见局灶性坏死，神经元缺失和胶质增生^［11］。1991年Sally A Ffrautschy等将Aβ注射入海马以造成痴呆模型，刚果红染色检验发现注射部位有染色阳性物质沉淀，比尔肖夫斯基法银染阳性显示有营养不良性轴突出现，注射Aβ 1个月后，海马中肉眼可见明显的神经元丢失，尤其在齿状回^［12］。1995年至1996年，Nabeshima-T等用微型渗透压泵给大鼠大脑脑室内灌注Aβ，经水迷宫和被动回避试验证实大鼠认知功能受到损害，并且大脑前端皮层和海马内胆碱乙酰转移酶活性明显下降，这些结果显示Aβ灌注导致了中枢神经系统功能障碍^{［13～15］}。1996年Giancalo Pepeu等给大鼠基底核(NB)注射Aβ(1～40)多肽，经Nissl染色及Aβ免疫反应确定注射部位有斑块形成，同时伴随胆碱能功能减退，基底核胆碱能神经元减少，Ach释放减少^［16］。1997年Alvarez等单侧和双侧海马注射Aβ　1～28片段(2μl,5nmol/μl)，行为实验结果表明：注射后Aβ降低精神运动协调能力(psychomotoar coordination,PMC)，同时被动回避实验显示：Aβ注射后损伤了学习获得能力，降低了被动回避次数。以上的结果显示Aβ灌注与学习记忆功能损伤和神经元变性及缺失有关。

　　2.2　转基因动物模型　尽管AD与人体第21号、19号和14号染色体有关，但目前研究最多并且利用于制备动物模型的基本定位于第21号染色体上。自从1991年美国3个实验室几乎同时报道用转基因技术诱发鼠脑淀粉样病变获得成功^［1］，在美国AD界引起极大震动以来，用转基因动物模型来研究AD获得极大发展。

　　1991年Higgins小组用的基因为编码APP C端100个氨基酸序列(包括Aβ蛋白在内)，在海马和皮层发现老年斑、神经缠结及变性神经元^［1］。同年Wirak等用来自人类APP基因5’区域一个4.2Kb片段(即编码42个氨基酸序列的Aβ基因片段)制备转基因小鼠，在1年龄时，一部分海马神经元的树突中出现Aβ沉积，并形成类似于淀粉样蛋白状纤维，这种纤维极其类似于AD患者大脑中的纤维^［17］。1995年Games等^［18］报道了高度表达人类突变APP(717位的颉氨酸由苯丙氨酸代替)的转基因小鼠。这种小鼠逐渐出现了包括大量硫磺素染色阳性的Aβ沉积，神经炎斑块，突触丧失，星型细胞及小神经胶质细胞增生等AD病理特征。Paula M.Moran等制备了过度表达β-APP-751的转基因小鼠，结果显示学习和记忆能力下降，并且这种下降只有在12月龄小鼠出现，提示这可能与鼠龄相关^［19］。

　　转基因动物的最明显的优点是模拟了AD样神经病理学特征，包括细胞外Aβ的沉积，营养不良性神经炎成分，神经胶质增生。转基因小鼠可能提供一个分析Aβ沉积机制和验证AD的治疗药物的动物模型。但目前该模型也存在许多不足，有待进一步研究。

　　2.3　Trisomy16模型　在研究Down’s综合征时，发现大多数Down’s综合征患者在35～40岁后，脑内容易产生淀粉样蛋白沉积和出现神经炎斑等AD病理改变^［10］。Down’s综合征以21号染色体三体型为特点，而小鼠第16号染色体上含有与人类第21号染色体长臂上相同的编码APP的基因^［1］。基于这个发现，许多学者就尝试用16三体鼠作为研究AD的模型。但16三体鼠在怀孕后18～20天就胎死腹中，因此阻碍了此种模型的发展。1991年Richard S-J等学者在移植了三体小鼠胚胎细胞后的小鼠内用Aβ抗体，α₁-抗糜蛋白抗体，τ蛋白抗体和Ubiquitin抗体染色，可观察到类似于AD的抗原性病理变化^［20］。1992年HOLTZMAN等通过将三体小鼠胚胎细胞移植到二体小鼠海马中来观察神经元的变性情况，移植的神经元存活后都出现了神经炎症，并且在移植的神经元中观察到选择性的胆碱能神经元萎缩，但是并未发现含有β淀粉样蛋白的斑块^［21］。

　　从上面的结果可以看出：Trisomy16模型可以出现AD的部分病理改变，但是对于此种模型的研究也只是刚刚开始，还有许多工作有待完成。

　　3　铝造成的AD动物模型

　　铝与AD有关的理论来自许多实验研究，其中最有意义的证据就是：AD患者脑组织铝含量水平较高及近年来发现的铝可导致脑组织神经元纤维缠结和老年斑的形成。动物实验结果表明，无论经何种方式给以铝化物，都可见到动物脑铝含量明显升高，并且在行为学上出现一系列的行为异常，动物出现记忆和认知障碍^［22］。

　　给家兔脑内注射铝可产生神经纤维缠结和被动学习障碍^［9］，并可产生迟发性的记忆和认知损伤^［23］。1996年莫启忠、宫斌等^［28］的三氯化铝拟痴呆模型显示：拟痴呆小鼠大脑皮层中胆碱酯酶活性比正常青年组小鼠明显提高，而M-受体结合容量值明显降低。1998年秦红友等^［24］通过小鼠三氯化铝灌胃制备了拟痴呆模型，避暗法显示小鼠逼暗反应记忆能力明显下降。结果显示本模型部分模仿了老年痴呆的胆碱能神经系统功能下降及记忆力减退的特征。但有报道称：用铝造成的动物模型形成的神经纤维缠结与AD患者有明显的不同，且中枢胆碱能活性正常^［19］。因此，用铝是否能造成AD模型还需进一步研究。

　　4　自然衰老的动物模型

　　由于AD与正常衰老之间有一定联系，而且老年动物学习和记忆减退明显。因此可用自然衰老的动物作为老年痴呆模型，一般采用老年啮齿类及非人灵长类动物。

　　1991年Price-DJ等通过对老年猴的大脑观察，显示有神经元的变性改变，并且在老年斑内和血管周围有Aβ沉积^［25］。1996年Cummings-BJ等用老年犬研究Aβ沉积与认知功能之间的关系显示：随着Aβ沉积增加，分辨学习能力，反向学习能力及空间学习能力下降越明显^［26］。宫斌、莫启忠等在1996年采用昆明种老年小鼠，1998年使用22月龄的老年大鼠实验，结果显示：老年小鼠和大鼠脑中AchE活性比对照组显著升高，ChaT活性明显降低，M受体结合容量也显著降低，这些结果显示老年小鼠和大鼠脑内胆碱能系统活性较低，类似于AD患者脑内胆碱能系统的表现^［27］。但是，这一模型只是部分模拟与正常衰老有关的神经生化改变。

　　5　实验性自动免疫痴呆(EAD)模型

　　阿尔茨海默病(AD)及其它一些年龄相关的认知功能缺陷都与免疫现象有关。1997年莫启忠、宫斌等从神经-内分泌-免疫网络的理论出发，认识到免疫应答可以反馈调节神经系统功能，因此用SRBC免疫老年大鼠，观察到SRBC通过免疫应答的负反馈作用，明显降低了老年大鼠的记忆力，并且SRBC免疫可使老年大鼠皮层、海马和纹状体中的M和β受体结合容量显著降低，且明显低于老年对照组。本实验模仿了胆碱能功能低下型痴呆模型的部分特征。

　　至今为止尚无理想的AD动物模型。上述各种模型都是模拟AD的某些方面和特征，其中以损伤胆碱能神经元模型研究得最多，但它也只是部分模拟AD行为记忆方面的改变，脑内未出现Aβ沉积等病理改变。转基因动物模型为近年来的重点进展，它能模拟AD特有的脑内病理改变，但在行为实验方面仍需完善。相信随着AD研究的不断进展，更为理想的AD动物模型将会问世。

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收稿日期：1999-12-22