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阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是一種進(jìn)展性神經(jīng)退行性疾病，其特征是在大腦皮層和海馬區(qū)域出現(xiàn)淀粉樣斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)（NFT），這是該疾病的主要病理標(biāo)志。因此，與淀粉樣斑塊相關(guān)的Aβ和與神經(jīng)纖維纏結(jié)相關(guān)的tau是AD的指示性生物標(biāo)志物。AD常見的癥狀包括記憶喪失、學(xué)習(xí)能力受損以及智力和思維能力下降。AD潛在發(fā)生機(jī)制包括活性氧或氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、膽堿能功能障礙、神經(jīng)炎癥、葡萄糖代謝障礙以及最重要的胰島素信號(hào)通路失調(diào)或胰島素抵抗。因此，通過影響以上路徑可能減少AD相關(guān)的癥狀，并延緩神經(jīng)退行性過程和疾病進(jìn)展。能夠模擬以上機(jī)制（氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、膽堿能功能障礙、神經(jīng)炎癥和胰島素抵抗）的動(dòng)物模型適合用于尋找新的治療干預(yù)措施和針對AD的藥物治療。

 

目前批準(zhǔn)的藥物要么是乙酰膽堿酯酶抑制劑（如利斯的明、多奈哌齊和加蘭他敏），要么是NMDA受體拮抗劑（如美金剛）。然而，這些藥物只能提供有限的癥狀緩解，無法阻止AD的進(jìn)展。在過去四十年中，針對AD識(shí)別出的許多新分子通過防止大腦中淀粉樣沉積和清除現(xiàn)有淀粉樣斑塊以及其他與疾病相關(guān)的已知機(jī)制發(fā)揮作用。盡管這些化合物在臨床前AD模型中顯示出有希望的數(shù)據(jù)，但AD治療的臨床失敗率接近100%。盡管導(dǎo)致失敗的因素很多，但主要問題仍然與藥物開發(fā)階段使用的臨床前模型有關(guān)。臨床前藥效數(shù)據(jù)和臨床療效之間存在差距。所以，臨床前對AD候選藥物的評估存在缺陷和不完整，可能是這些分子在臨床試驗(yàn)中失敗的原因。

 

此外，基于淀粉樣假說和AD的遺傳學(xué)，對具有淀粉樣斑塊和tau蛋白靶點(diǎn)的轉(zhuǎn)基因AD模型的依賴不斷增加。然而，小鼠大腦產(chǎn)生的淀粉樣肽與人腦不同，即使小鼠模型出現(xiàn)淀粉樣沉積，也常常無法表現(xiàn)出顯著的神經(jīng)元丟失。盡管臨床前AD模型存在許多局限性，但這些模型還是可以在某種程度上預(yù)測病理生理學(xué)。為了模擬人類AD的發(fā)病機(jī)制，3XTg-AD和5XFAD轉(zhuǎn)基因小鼠模型是目前在AD治療研究中主要使用的動(dòng)物模型。AD的動(dòng)物模型還包括腦室內(nèi)注射鏈脲佐菌素（ICV-STZ）、淀粉樣β蛋白誘導(dǎo)、秋水仙堿誘導(dǎo)等模型，這些模型主要關(guān)注認(rèn)知衰退和癡呆等參數(shù)。下面具體看下AD動(dòng)物模型的優(yōu)缺點(diǎn)。

 

經(jīng)中樞給藥的化合物誘導(dǎo)模型

 

ICV-STZ誘導(dǎo)的模型

 

AD的發(fā)生與代謝相關(guān)。在代謝因素中，葡萄糖代謝受損和能量利用障礙在疾病早期階段就已出現(xiàn)。通過腦室內(nèi)注射（intracerebroventricular, ICV）鏈脲佐菌素（streptozotocin, STZ）誘導(dǎo)胰島素信號(hào)傳導(dǎo)受損是一種廣泛使用的動(dòng)物模型。

 

大腦的皮層、海馬、下丘腦、嗅球等區(qū)域存在大量的胰島素受體。研究顯示，在ICV-STZ誘導(dǎo)的胰島素抵抗影響下，胰島素、胰島素受體等表達(dá)下調(diào)。ICV-STZ模型還與氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、膽堿能功能障礙和神經(jīng)炎癥等現(xiàn)象相關(guān)，這些因素被認(rèn)為是神經(jīng)退行性的觸發(fā)點(diǎn)，并且與胰島素抵抗密切相關(guān)。這些與ICV-STZ模型神經(jīng)病理學(xué)相關(guān)的特征可能導(dǎo)致認(rèn)知障礙和記憶受損，這也是驗(yàn)證散發(fā)性AD模型的有力依據(jù)。此外，胰島素增敏劑二甲雙胍可以減輕疾病病理，這表明膽堿能和胰島素信號(hào)通路在ICV-STZ模型的AD中發(fā)揮了作用。

 

淀粉樣蛋白誘導(dǎo)的模型

 

作為ICV-STZ的替代方法，可以通過腦室內(nèi)或海馬內(nèi)注射淀粉樣蛋白-β-42、淀粉樣蛋白-β-40和淀粉樣蛋白-β-25−30來誘導(dǎo)模型。這些淀粉樣蛋白根據(jù)其所含氨基酸的數(shù)量被進(jìn)一步分類，并且它們在AD的發(fā)病機(jī)制中具有不同程度的致病性，其中淀粉樣蛋白-β-42的致病性最強(qiáng)。腦內(nèi)注射β淀粉樣蛋白已被證明可以驅(qū)動(dòng)神經(jīng)退行性過程，并導(dǎo)致學(xué)習(xí)和記憶障礙。由于β淀粉樣蛋白的作用，活性氧過度產(chǎn)生。在淀粉樣蛋白誘導(dǎo)的模型中，煙堿型乙酰膽堿受體的表達(dá)下調(diào)，從而導(dǎo)致膽堿能功能障礙。淀粉樣蛋白還在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中發(fā)揮作用。此外，中樞注射淀粉樣蛋白還會(huì)導(dǎo)致tau相關(guān)纏結(jié)的形成。通過氧化應(yīng)激途徑也可能引發(fā)線粒體功能障礙。目前，已有靶向淀粉樣蛋白治療AD的抗體獲批上市。

 

經(jīng)口給藥的化合物誘導(dǎo)模型

 

秋水仙堿在臨床上用于治療痛風(fēng)，它是一種從植物（秋水仙，Colchicum autumnale）中提取的天然化合物。秋水仙堿可以與微管蛋白結(jié)合，導(dǎo)致微管結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。通常通過口服途徑給藥。然而，當(dāng)以15微克的劑量給大鼠口服時(shí)，會(huì)導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙。這種認(rèn)知功能障礙與通過腦內(nèi)注射誘導(dǎo)的散發(fā)性阿爾茨海默病相似。秋水仙堿會(huì)破壞氧化平衡和膽堿能通路，并加劇導(dǎo)致突觸功能障礙和神經(jīng)退行性的神經(jīng)炎癥通路。在秋水仙堿誘導(dǎo)的模型中，COX-2、PGE2、IL-1β和TNF-α可能是引發(fā)炎癥反應(yīng)的因子。此外，微管是軸突和神經(jīng)元細(xì)胞骨架的核心組成部分，其顯著惡化會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。

 

經(jīng)腹腔給藥的化合物誘導(dǎo)模型

 

東莨菪堿誘導(dǎo)的模型

 

東莨菪堿是一種強(qiáng)效的抗膽堿能藥物，提取自黑莨菪（Hyoscyamus niger）。它通常用于預(yù)防暈動(dòng)癥，以及手術(shù)后用于控制惡心和嘔吐。東莨菪堿是一種毒蕈堿受體的競爭性抑制劑，可用于緩解許多與膽堿能相關(guān)的不適和副作用，例如增加的腸蠕動(dòng)、唾液分泌、流淚、出汗等。乙酰膽堿是記憶處理過程中最重要的神經(jīng)遞質(zhì)之一，通過增強(qiáng)突觸連接發(fā)揮作用。因此，東莨菪堿介導(dǎo)的膽堿能神經(jīng)阻斷被廣泛用作AD的動(dòng)物模型。東莨菪堿通過增加乙酰膽堿酯酶（AChE）的活性，加速乙酰膽堿的分解。

 

在AD模型中，東莨菪堿的劑量約為2 mg/kg，通過腹腔注射給藥。在此過程中，東莨菪堿會(huì)破壞多個(gè)腦區(qū)的連接性，例如空間記憶映射和功能網(wǎng)絡(luò)。東莨菪堿誘導(dǎo)模型的優(yōu)勢在于避免了腦內(nèi)注射模型（ICV模型）等復(fù)雜手術(shù)操作。此外，膽堿能藥物如多奈哌齊和利斯的明以及抗氧化劑如褪黑素已被證明可以逆轉(zhuǎn)東莨菪堿誘導(dǎo)的記憶障礙，這進(jìn)一步證實(shí)了氧化應(yīng)激途徑的參與。因此，該模型主要用于開發(fā)AD治療的預(yù)防性選擇。

 

阿托品誘導(dǎo)的模型

 

阿托品也是一種生物堿類藥物，提取自顛茄（Atropa belladonna），被用作抗膽堿能藥物來治療心動(dòng)過緩和近視。與東莨菪堿類似，阿托品會(huì)侵入膽堿能通路，導(dǎo)致毒蕈堿型乙酰膽堿受體功能低下，并在一定程度上阻斷煙堿型受體。阿托品以5 mg/kg的劑量通過腹腔注射給藥，連續(xù)21天，可產(chǎn)生淀粉樣斑塊，這是AD的病理標(biāo)志之一。這一過程可能是由于膽堿能通路與淀粉樣蛋白生成之間的關(guān)聯(lián)。此外，觀察到乙酰膽堿的釋放減少是由Aβ引起的，反之亦然。

 

氯化鋁誘導(dǎo)的模型

 

鋁是一種元素，過量會(huì)導(dǎo)致多種毒性。通過腹腔注射4 mg/kg或40 mL/kg的氯化鋁，每天一次，持續(xù)約40天，可以在大鼠或小鼠中建立AD模型。氯化鋁模型中的主要觸發(fā)因素是氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙，可能是通過抑制電子傳遞鏈中的NADH脫氫酶實(shí)現(xiàn)的。此外，氯化鋁模型中，神經(jīng)炎癥介質(zhì)（包括iNOS、NF-κB、COX-2和促炎細(xì)胞因子）發(fā)生改變，導(dǎo)致神經(jīng)退行性變。此外，1天內(nèi)給予100 mg或5天內(nèi)給予20 mg的鋁鹽也被發(fā)現(xiàn)可以誘導(dǎo)與AD相關(guān)的神經(jīng)毒性。另外，鋁鹽還會(huì)導(dǎo)致膽堿能功能障礙和氧化應(yīng)激，從而引發(fā)凋亡過程。該模型也常用于AD的預(yù)防性治療研究。

 

經(jīng)皮下給藥的化合物誘導(dǎo)模型

 

D-半乳糖是一種單糖，存在于乳制品、鱷梨、甜菜等食物中。D-半乳糖的代謝會(huì)產(chǎn)生活性氧。

 

通過皮下注射D-半乳糖（劑量為50、100和200 mg/kg），在莫里斯水迷宮測試中，小鼠的逃避潛伏期增加；在新物體識(shí)別測試中，區(qū)分指數(shù)降低，且這種變化呈劑量依賴性。這表明D-半乳糖誘導(dǎo)的空間記憶和識(shí)別記憶受損。此外，D-半乳糖還會(huì)增加海馬區(qū)的氧化應(yīng)激。

 

有研究顯示，D-半乳糖處理后免疫系統(tǒng)功能減弱，模擬了衰老大腦的特征。它還會(huì)抑制大腦海馬區(qū)和齒狀回區(qū)域的神經(jīng)發(fā)生，并破壞皮層和海馬區(qū)的鈣穩(wěn)態(tài)，從而產(chǎn)生類似于癡呆病例中的興奮毒性條件。由于D-半乳糖是一種糖，其代謝會(huì)產(chǎn)生類似胰島素抵抗的狀態(tài)，因此該模型可用于研究與胰島素抵抗相關(guān)的AD病例。

 

轉(zhuǎn)基因模型

 

三轉(zhuǎn)基因模型（Triple Transgenic Model）

 

三轉(zhuǎn)基因模型是一種模擬家族性AD的遺傳模型，涉及三個(gè)基因的突變，包括位于21號(hào)染色體的APP基因、位于14號(hào)染色體的早老素1（presenilin 1）基因以及小鼠中的p-tau基因，因此得名三轉(zhuǎn)基因模型。這些基因的突變可能導(dǎo)致AD發(fā)病，因?yàn)锳PP與淀粉樣斑塊相關(guān)，tau與神經(jīng)原纖維纏結(jié)相關(guān)，而早老素1是γ-分泌酶的蛋白水解亞單位（參與APP的裂解）。

 

該轉(zhuǎn)基因模型表現(xiàn)出腦萎縮、突觸破壞和神經(jīng)元死亡，并且在前額葉皮層、海馬和齒狀回等區(qū)域無法再生神經(jīng)元，從而導(dǎo)致認(rèn)知能力下降和記憶障礙。在轉(zhuǎn)基因小鼠中，空間記憶和識(shí)別記憶均被發(fā)現(xiàn)受損。除了認(rèn)知障礙外，突變小鼠還報(bào)告了表型改變。

 

5XAD模型

 

5XAD是另一種家族性AD的轉(zhuǎn)基因小鼠模型，表示有五個(gè)基因的突變。5XAD表達(dá)帶有S-K670N、S-M671L、F-I716V和L-V717I突變基因的APP695。這些基因是小鼠中表達(dá)的APP突變類型，這些基因的突變導(dǎo)致AD病理。這些突變導(dǎo)致APP產(chǎn)生過多的老年斑。此外，該模型還表現(xiàn)出膠質(zhì)增生、突觸破壞和神經(jīng)元死亡。與其它轉(zhuǎn)基因模型相比，該模型更早地表現(xiàn)出AD的特征。然而，與三轉(zhuǎn)基因模型相比，該模型中磷酸化tau病理較為少見。此外，該模型動(dòng)物的皮層和海馬腦區(qū)可見促炎細(xì)胞因子和免疫標(biāo)志物，表明存在神經(jīng)炎癥和由凋亡引起的神經(jīng)退行性變。

 

已上市的Aβ抗體Aducanumab和Lecanemab主要采用的Tg2576轉(zhuǎn)基因小鼠開展的主要藥效學(xué)評價(jià)，這類小鼠的特點(diǎn)是過度表達(dá)突變形式的APP (isoform 695)，其中包含瑞典型突變 (KM670/671NL)，導(dǎo)致Aβ水平升高，最終形成淀粉樣斑塊，與5XAD模型有些類似。

 

非化合物誘導(dǎo)、非轉(zhuǎn)基因模型

 

老年大鼠模型

 

與年輕大鼠相比，老年大鼠自然地在海馬、顳葉和新皮層中出現(xiàn)損傷，導(dǎo)致學(xué)習(xí)和記憶能力受損。由于該模型非侵入性，且能夠模擬晚發(fā)性/老年性散發(fā)性AD的病理癥狀，比其他化學(xué)誘導(dǎo)的模型更受青睞。用于該模型的大鼠年齡范圍通常在15到20個(gè)月之間。從疾病的臨床角度來看，這種模型更具相關(guān)性。此外，由衰老引起的癡呆表現(xiàn)出神經(jīng)炎癥細(xì)胞因子、氧化應(yīng)激、胰島素抵抗和線粒體功能障礙。該模型還產(chǎn)生了與AD其他模型相當(dāng)?shù)牡矸蹣拥鞍咨珊蛅au病理。

 

高脂飲食誘導(dǎo)模型

 

高脂飲食被廣泛用于構(gòu)建胰島素抵抗、肥胖和糖尿病的模型。然而，在最近的多項(xiàng)研究報(bào)告中，它也被推薦作為認(rèn)知功能障礙模型。給大鼠或小鼠提供高脂飲食大約10到14周，可能在一定程度上誘導(dǎo)中樞胰島素抵抗。高脂飲食的成分包括25%脂肪、20%蛋白質(zhì)和50%碳水化合物。癡呆和AD長期以來被認(rèn)為具有異常的腦胰島素信號(hào)傳導(dǎo)。該模型的核心特征是胰島素抵抗。此外，高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖會(huì)阻礙大腦區(qū)域的正常血液流動(dòng)，減少氧氣和葡萄糖的供應(yīng)，從而導(dǎo)致血管性癡呆。此外，高脂肪飲食攝入量高的情況下，也會(huì)出現(xiàn)由高血壓和糖尿病引起的認(rèn)知能力下降。脂肪相關(guān)的膽固醇通過上調(diào)APP，在老年斑的生成中發(fā)揮作用。導(dǎo)致記憶喪失的其他機(jī)制可能還包括血脂失衡和葡萄糖運(yùn)輸干擾。高脂飲食誘導(dǎo)的AD模型還會(huì)通過降低抗氧化酶和增加促炎細(xì)胞因子，加劇氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥。

 

其它非大、小鼠模型

 

除了大鼠、小鼠，還有一些利用其他種屬構(gòu)建的AD模型，比如斑馬魚模型、秀麗隱桿線蟲模型、果蠅模型、豚鼠模型和猴模型，篇幅所限，不再一一展開。另外，除了體內(nèi)模型，也有些體外模型可用，比如采用神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）衍生的細(xì)胞系進(jìn)行的研究，但體外模型的結(jié)果在人體轉(zhuǎn)化方面更具挑戰(zhàn)。

 

最后，除了以上模型外，還有些新型模型出現(xiàn)，比如STZ-APP/PS1 模型，這是一種用于治療小鼠記憶障礙的新型方法。該策略結(jié)合了之前使用的STZ誘導(dǎo)的癡呆和經(jīng)過基因改造的轉(zhuǎn)基因模型。這種模型將產(chǎn)生更多且更接近AD特征的表現(xiàn)。又如果糖誘導(dǎo)模型，類似于半乳糖，它可以干擾代謝過程，通過引發(fā)胰島素抵抗并導(dǎo)致葡萄糖代謝受損。果糖還可以刺激糖皮質(zhì)激素的釋放，從而調(diào)節(jié)食物攝入。如果通過飲食攝入過量的果糖，可能會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。與食物攝入和饑餓相關(guān)的大腦區(qū)域，如下丘腦和海馬，可能會(huì)受到影響。最終，它可能會(huì)導(dǎo)致記憶障礙和認(rèn)知功能障礙。

下表對不同AD模型的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。