阿尔茨海默症动物模型培训课件.ppt
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1、阿尔茨海默症动物模阿尔茨海默症动物模型型 阿尔茨海默病(AlzheimerS disease,AD)是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病。主要表现为进行性认知功能障碍、记忆力减退、运动行为失常和人格改变等;其主要组织病理学特征是神经元胞外出现 淀粉样蛋白(A)聚集形成的神经炎性斑NPs,亦称老年斑(SPs)、胞内tau蛋白异常磷酸化形成的神经原纤维缠结(NFTs)、神经元凋亡或缺失、突触缺失等。随着我国近年来人口老龄化越来越严峻,AD发病率显著提高,在阿尔茨海默病相关研究中,建立理想的动物模型颇受关注,这有利于促进阿尔茨海默病病因、发病机制、病理过程,以及寻找和筛选预防与治疗药物等研
2、究的深入。背背景景2阿尔茨海默症动物模型AD模型大鼠的研究方案模型大鼠的研究方案目录目录CATALOGAD动物模型学习评价动物模型学习评价AD动物模型研究进展动物模型研究进展3阿尔茨海默症动物模型AD动物模型研究进展动物模型研究进展014阿尔茨海默症动物模型代 许多动物都可以成为模拟阿尔茨海默病病理学特征的模型,包括鼠、猫、犬、兔、山羊、绵羊、北极 熊和非人类灵长类动物等。其中,小鼠和大鼠相对于其他动物价格便宜、繁殖力强、生存率高、易饲养,有利于进行大样本实验研究,而且具有较强的快速学习能力,生理过程接近人类,因此小鼠和大鼠是目前最广泛用于制备阿尔茨海默病模型的动物。5阿尔茨海默症动物模型 自
3、然衰老的动物模型自然衰老的动物模型 快速老化小鼠模型以衰老为基础的以衰老为基础的AD模型模型 APP 转基因模型转基因模型 PS1 转基因模型转基因模型tau 相关模型相关模型 多重转基因模型多重转基因模型 转基因转基因AD模型模型 化学损伤化学损伤物理损伤物理损伤饮食诱导饮食诱导 各种因素诱发各种因素诱发的的AD模型6阿尔茨海默症动物模型 AD 是一个与年龄密切相关的疾病,衰老因素在AD 发病过程中起着重要作用。以衰老为 AD 发病基础的动物模型成为实验研究中不可或缺的部分 自然衰老自然衰老AD模型模型 自然衰老动物模型脑内神经元萎缩,胆碱能功能低下,同时表现为感觉、运动以自然衰老动物模型脑
4、内神经元萎缩,胆碱能功能低下,同时表现为感觉、运动以及学习记忆力等多种功能的减退,这符合及学习记忆力等多种功能的减退,这符合 AD 患者的临床表现。患者的临床表现。造模方法:将造模方法:将12月龄小鼠或月龄小鼠或35月龄大鼠,雌性或雄性,饲养在屏障环境的动月龄大鼠,雌性或雄性,饲养在屏障环境的动物实验室,直至饲养所需的年龄。常用老年动物的年龄为小鼠物实验室,直至饲养所需的年龄。常用老年动物的年龄为小鼠1224月龄,大鼠衰月龄,大鼠衰老早期老早期2126 月龄,衰老晚期月龄,衰老晚期 3032 月龄。月龄。此模型的优点:动物脑内的神经递质及形态学改变是自然发生的,与此模型的优点:动物脑内的神经递
5、质及形态学改变是自然发生的,与 AD 真实的真实的病理生理改变更为接近,不需要人为损伤、干预。病理生理改变更为接近,不需要人为损伤、干预。缺点:只是模拟了部分与人类正常衰老相关的神经改变,缺乏缺点:只是模拟了部分与人类正常衰老相关的神经改变,缺乏 AD 相关相关 A沉积沉积及及 NFT,并不能全面模拟并不能全面模拟 AD 的变化。且动物饲养周期和实验周期长、病死率高。的变化。且动物饲养周期和实验周期长、病死率高。7阿尔茨海默症动物模型快速老化小鼠模型快速老化小鼠模型 1975年日本京都大学年日本京都大学Take-da 教授培养出快速老化小鼠(教授培养出快速老化小鼠(senescence acc
6、elerated mouse/prone,SAMP)。此后,根据小鼠衰老程度、寿命和病。此后,根据小鼠衰老程度、寿命和病理表现进行选择性繁殖,其中理表现进行选择性繁殖,其中 SAMP8 作为作为 AD 动物模型被广泛认可。动物模型被广泛认可。此模型优点:此模型优点:SAMP8 既有自然衰老小鼠特征,又有类似既有自然衰老小鼠特征,又有类似 AD 脑部病理改变及脑部病理改变及学习记忆障碍,已被广泛应用于研究与年龄相关的学习记忆障碍的机制及相关的学习记忆障碍,已被广泛应用于研究与年龄相关的学习记忆障碍的机制及相关的药物研发中药物研发中 缺点:该模型成本较高,小鼠寿命短,不适合用于长周期实验。缺点:该
7、模型成本较高,小鼠寿命短,不适合用于长周期实验。8阿尔茨海默症动物模型010203 A注射诱导模型注射诱导模型东莨菪碱诱导的模型东莨菪碱诱导的模型侧脑室注射链脲菌素诱导侧脑室注射链脲菌素诱导模型模型 化学化学高脂饮食诱导模型高脂饮食诱导模型硫胺素缺乏诱导模型硫胺素缺乏诱导模型饮食饮食物理物理 剥夺动物供氧的模型剥夺动物供氧的模型9阿尔茨海默症动物模型 A注射诱导模型注射诱导模型 脑内脑内A代谢产物的沉积是代谢产物的沉积是 AD 发病机制中最重要的一点。发病机制中最重要的一点。A的沉积可引起神经元的局的沉积可引起神经元的局灶性坏死、神经元缺失和神经胶质细胞增生,最终引起相应的胆碱能神经元功能的丧
8、失和灶性坏死、神经元缺失和神经胶质细胞增生,最终引起相应的胆碱能神经元功能的丧失和学习记忆减退的损害。学习记忆减退的损害。造模方法:大多数是通过注射造模方法:大多数是通过注射A到实验动物海马区来实现,剂量范围在到实验动物海马区来实现,剂量范围在510g 之间,之间,体积多为体积多为5L。方法有单侧海马内注射、双侧海马内注射等,注射后应留针。方法有单侧海马内注射、双侧海马内注射等,注射后应留针 10 min,以保,以保证溶液充分弥散。证溶液充分弥散。此模型的优点:动物脑内的神经递质及形态学改变是自然发生的,与此模型的优点:动物脑内的神经递质及形态学改变是自然发生的,与 AD 真实的病理生真实的病
9、理生理改变更为接近,不需要人为损伤、干预。理改变更为接近,不需要人为损伤、干预。缺点:只是模拟了部分与人类正常衰老相关的神经改变,缺乏缺点:只是模拟了部分与人类正常衰老相关的神经改变,缺乏 AD 相关相关 A沉积及沉积及 NFT,并不能全面模拟并不能全面模拟 AD 的变化。且动物饲养周期和实验周期长、病死率高。的变化。且动物饲养周期和实验周期长、病死率高。10阿尔茨海默症动物模型 东莨菪碱诱导的模型东莨菪碱诱导的模型 乙酰胆碱乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)是一种重要的中枢神经递质,在学习、记忆方面起是一种重要的中枢神经递质,在学习、记忆方面起着非常重要的作用。着非常重要的作用。
10、AD患者基底前脑胆碱能神经元大量损伤或死亡、突触前乙酰胆碱的患者基底前脑胆碱能神经元大量损伤或死亡、突触前乙酰胆碱的合成、合成、Ch AT的活性及对胆碱的摄取能力都明显下降。这些变化的程度与患者认知功能损的活性及对胆碱的摄取能力都明显下降。这些变化的程度与患者认知功能损害的程度呈正相关。害的程度呈正相关。造模方法:东莨菪碱为造模方法:东莨菪碱为M胆碱受体阻断剂,胆碱受体阻断剂,3mgkg-1东莨菪碱腹腔注射东莨菪碱腹腔注射60d,可阻断小鼠大脑皮层中乙酰胆碱受体的结合位点,小鼠出现胆碱能神经系统障碍的可阻断小鼠大脑皮层中乙酰胆碱受体的结合位点,小鼠出现胆碱能神经系统障碍的一系列行为学改变,如记
11、忆力下降、认知障碍等。一系列行为学改变,如记忆力下降、认知障碍等。此模型的优点:简便易行、不需手术、费用较低,是应用广泛的此模型的优点:简便易行、不需手术、费用较低,是应用广泛的 AD 模型建立模型建立方法之一,主要用于考察胆碱能系统与方法之一,主要用于考察胆碱能系统与 AD 的关系及相关药物临床前评价。的关系及相关药物临床前评价。缺点:只模拟了胆碱能功能减退的特征,缺乏缺点:只模拟了胆碱能功能减退的特征,缺乏 AD 典型病理特征,如神经元变典型病理特征,如神经元变性、性、A沉积等。沉积等。11阿尔茨海默症动物模型 侧脑室注射链脲菌素诱导模型侧脑室注射链脲菌素诱导模型 链脲菌素(链脲菌素(st
12、reptozotocin,STZ)是一种烷基化物,腹腔注射可通过破坏胰腺)是一种烷基化物,腹腔注射可通过破坏胰腺细细胞引起糖尿病。胞引起糖尿病。1998年年 Lannert和他的同事首次建立侧脑室注射和他的同事首次建立侧脑室注射 STZ 动物模型,动动物模型,动物出现类似物出现类似 AD 的记忆障碍。的记忆障碍。方法:将大鼠固定于脑立体定位仪上,在前卤后方法:将大鼠固定于脑立体定位仪上,在前卤后 1.5 mm,矢状缝侧方,矢状缝侧方 1.5 mm处处钻孔,微量进样器注射钻孔,微量进样器注射 STZ 3 mgkg-1,于手术的第,于手术的第 1天和第天和第 3 天分别二次向侧脑天分别二次向侧脑室
13、注射。小剂量室注射。小剂量 STZ 侧脑室注射可以制备痴呆模型。侧脑室注射可以制备痴呆模型。此模型优点:模拟了散发性老年痴呆病的许多重要的特点。此模型优点:模拟了散发性老年痴呆病的许多重要的特点。缺点:造模过程中动物的死亡率较高。缺点:造模过程中动物的死亡率较高。12阿尔茨海默症动物模型冈田酸诱导的损伤模型冈田酸诱导的损伤模型 tau 蛋白过度磷酸化是引起蛋白过度磷酸化是引起AD病理改变的重要机制。调节病理改变的重要机制。调节tau去磷酸化的蛋白磷酸酶主要有去磷酸化的蛋白磷酸酶主要有蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶-2A(PP2A)、)、PP2B、PP2C 和和PP1冈田酸(冈田酸(OA)是一种海洋生物提
14、取物,对)是一种海洋生物提取物,对 PP2A和和 PP1 有有 选选 择择 性性 抑抑 制制 作作 用。用。方法:大鼠侧脑室注射方法:大鼠侧脑室注射OA0.4mmolL1,1.5 L,可引起神经细胞的变性、坏死,同时促,可引起神经细胞的变性、坏死,同时促进脑内异常磷酸化进脑内异常磷酸化tau蛋白的形成,还能造成蛋白的形成,还能造成 A聚积,产生类似聚积,产生类似 AD 样病理特征。样病理特征。兴奋性毒素损伤模型兴奋性毒素损伤模型 在在AD患者中,兴奋性毒素过度刺激谷氨酸受体导致神经元死亡。患者中,兴奋性毒素过度刺激谷氨酸受体导致神经元死亡。造模方法:将溶于人工脑脊液的造模方法:将溶于人工脑脊液
15、的IBO注入大鼠注入大鼠Meynert基底核(基底核(nucleus basalis of meynert,NBM),每只),每只 10 g,通过损毁大鼠单侧,通过损毁大鼠单侧NBM来建立来建立AD模型,动物表现出明显模型,动物表现出明显的学习记忆障碍。的学习记忆障碍。秋水仙碱诱导模型秋水仙碱诱导模型 秋水仙碱可选择性破坏海马神经元,破坏胆碱能神经通路,使动物出现短期学习记忆障碍。秋水仙碱可选择性破坏海马神经元,破坏胆碱能神经通路,使动物出现短期学习记忆障碍。方法:侧脑室注射秋水仙碱(大鼠方法:侧脑室注射秋水仙碱(大鼠 15g、小鼠、小鼠2.8g)可导致动物在)可导致动物在2 周后出现明显的周
16、后出现明显的学习记忆障碍。学习记忆障碍。13阿尔茨海默症动物模型 重金属诱导模型重金属诱导模型 AD脑组织内铝的含量明显高于正常人,高浓度铝对神经系统有毒害作用,促进大脑内脑组织内铝的含量明显高于正常人,高浓度铝对神经系统有毒害作用,促进大脑内 NFT 和和 A聚集,使神经元变性或死亡,表现为大脑皮质萎缩,出现记忆,认知功能障碍。聚集,使神经元变性或死亡,表现为大脑皮质萎缩,出现记忆,认知功能障碍。方法:利用这一机制,小鼠侧脑室注射方法:利用这一机制,小鼠侧脑室注射0.5%Al Cl3 2 L,每天,每天 1 次,连续次,连续 5 d,末次,末次注射注射 15 d 后,小鼠表现出明显的空间学习
17、障碍。此外小鼠连续腹腔注射后,小鼠表现出明显的空间学习障碍。此外小鼠连续腹腔注射 Al Cl3 100 mgkg-1,周期,周期 50 d,隔日,隔日 1 次,也可造成记忆损伤模型。次,也可造成记忆损伤模型。叠氮钠诱导模型叠氮钠诱导模型 有研究表明,有研究表明,AD 患者线粒体功能存在明显异常。叠氮钠(患者线粒体功能存在明显异常。叠氮钠(Na N3)通过抑制线粒体呼吸链,)通过抑制线粒体呼吸链,产生自由基,抑制能量代谢,造成线粒体损伤,导产生自由基,抑制能量代谢,造成线粒体损伤,导 致致 一一 系系 列列 类类 似似 AD 的病的病 理理 改改 变。变。方法:大鼠皮下长期给予方法:大鼠皮下长期
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