關(guān)于阿爾茲海默癥(AD)
阿爾茨海默癥(Alzheimer's disease,AD)是誘發(fā)進行性癡呆的主要原因之一徙融,屬于神經(jīng)退行性疾踩髯骸(NDD)瑰谜。其主要病理改變?yōu)?nbsp;β-淀粉樣前體蛋白(β-amyloid precursor protein欺冀,APP)異常代謝而導致β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein,Aβ)合成異常萨脑、代謝水平降低和轉(zhuǎn)運失衡隐轩,形成老年斑以及Tau蛋白過磷酸化形成神經(jīng)原纖維纏結(jié)和神經(jīng)元凋亡。現(xiàn)臨床上用以治療AD的藥物主要包括乙酰膽堿酯酶抑制劑渤早、谷氨酸受體拮抗劑等职车。年齡增長、遺傳鹊杖、環(huán)境污染等因素也是誘發(fā)AD的主要原因悴灵。目前,與AD發(fā)病機制相關(guān)的假說主要包括Aβ級聯(lián)假說骂蓖、Tau蛋白假說积瞒、膽堿能假說、神經(jīng)免疫炎癥登下、線粒體功能障礙等茫孔。
現(xiàn)有的治療阿爾茨海默病的藥理學方法發(fā)展不完善叮喳,大多數(shù)方法都不能完全復制疾病的病理特征。開發(fā)一種具有成本效益且可靠的實驗動物模型將填補這一研究空白缰贝。與AD小鼠模型相比馍悟,斑馬魚AD模型同樣表現(xiàn)出Aβ的沉積及行為學的改變,人類AD的主要基因在斑馬魚中有同源對應物剩晴,具有保守功能锣咒,同時其造模時間短、繁育成本低赞弥、適用于高通量篩選宠哄,是作為研究阿爾茨海默癥早期藥物發(fā)現(xiàn)和臨床前研究的良好工具。
圖1 AD研究中斑馬魚和嚙齒動物模型的比較
Aβ誘導:當腦內(nèi)Aβ的生成率高于清除率時嗤攻,過多Aβ在腦內(nèi)沉積毛嫉,從而誘發(fā)神經(jīng)毒性。同時妇菱,Aβ 還能造成線粒體產(chǎn)能障礙承粤,引起線粒體自噬、突觸丟失和細胞死亡闯团,進而加快AD的進程辛臊。Aβ誘導AD模型一般通過在實驗動物腦內(nèi)海馬體、側(cè)腦室等部位注入Aβ片段獲得房交。
截至目前彻舰,斑馬魚內(nèi)源性Aβ還未被發(fā)現(xiàn),其體內(nèi) APP 的處理過程是否與人類相似尚不明確候味,但對野生型和轉(zhuǎn)基因斑馬魚進行Aβ功能和毒性分析是可能的∪谢剑現(xiàn)多將Aβ直接加入斑馬魚幼魚的養(yǎng)殖水中進行造模,或?qū)唏R魚麻醉后直接向側(cè)腦室注射Aβ蛋白白群。2022年尚胞,Prabesh Bhattarai等通過腦室顯微注射將Aβ42注射到成年斑馬魚大腦中,在斑馬魚中建立了急性淀粉樣變性模型帜慢,通過電鏡觀察笼裳,該模型顯示出與人腦相似的淀粉樣蛋白聚集、小膠質(zhì)細胞激活和炎癥反應粱玲、突觸變性躬柬、神經(jīng)元細胞死亡和學習記憶缺陷。該研究還發(fā)現(xiàn)抽减,在斑馬魚中發(fā)現(xiàn)的再生相關(guān)分子程序可以誘導類似人腦的體外3D培養(yǎng)系統(tǒng)的神經(jīng)源性輸出允青,這表明這些分子程序可能是AD藥物發(fā)現(xiàn)干預策略的潛在目標。
圖2 Aβ42誘導斑馬魚AD模型在疾病機制研究胯甩、早期藥物開發(fā)和臨床前研究中的應用
氯化鋁誘導:維持大腦正常認知功能離不開金屬離子穩(wěn)態(tài)昧廷,金屬離子穩(wěn)態(tài)失衡是神經(jīng)退行性疾病發(fā)生的關(guān)鍵因素之一堪嫂。鋁(Aluminum,A1)木柬、銅皆串、鋰、鋅眉枕、鉛恶复、二氧化硅、氟化物速挑、汞和鐵都會引起神經(jīng)毒性谤牡。
有研究發(fā)現(xiàn),用氯化鋁浸泡斑馬魚96h可表現(xiàn)出明顯的AD樣行為姥宝。此外2020年翅萤,顧曉群等,用六水合氯化鋁配制成100 μg/mL的染毒液腊满,持續(xù)浸泡斑馬魚30d套么,每日更換一半染毒液,可見斑馬魚端腦神經(jīng)細胞數(shù)量明顯減少碳蛋,腦組織Aβ生成相關(guān) appb胚泌、bace1、aph1 基因表達明顯增高肃弟。該研究證明了補腎益智方能夠有效地改善AD斑馬魚的學習記憶能力玷室,減少Aβ生成,減輕氧化應激反應笤受,改善AD內(nèi)環(huán)境穷缤,從而達到改善AD癥狀的作用。目前氯化鋁誘導的斑馬魚AD模型使用較為廣泛感论。
岡田酸(okadaic acid绅项,OA)誘導:OA是分布最廣泛的海洋毒素之一,極易在貝類和部分魚類中積累比肄,被人類食用后引起食物中毒。OA 本身是多種絲氨酸/蘇氨酸磷酸酯酶抑制劑囊陡,使用后可引起全身磷酸酯酶的升高芳绩,使磷Tau蛋白在腦內(nèi)大量堆積,常用于制作體外Tau 蛋白過磷酸化的AD模型撞反。2018年妥色,Daniel Koehler等通過給斑馬魚施用岡田酸建立了AD模型。對一種新型藥物——硫代氨酸氯胺酮-5-乙酯進行了藥效試驗遏片,并闡明了其作用機制嘹害。使用OA誘導斑馬魚AD模型操作便捷且較為有效撮竿。
目前確定的AD相關(guān)基因有APP基因、早老素1(presenilin-1笔呀,PSEN-1)基因幢踏、早老素2(presenilin-2,PSEN-2)基因等许师,其致病的主要機制為影響 APP的正常代謝而導致患者腦內(nèi) Aβ1-42 的堆積房蝉。基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)微渠,擴大了利用斑馬魚模型對AD的病理搭幻、分子機制和藥物靶點的研究。
圖3 家族性AD(FAD)中人類基因突變的斑馬魚同源物
圖4 斑馬魚基因編輯技術(shù)及其在AD病因研究中的應用
APP轉(zhuǎn)基因斑馬魚AD模型:斑馬魚有2個APP的同源基因逞盆,分別為APPa和APPb檀蹋。斑馬魚APPa類似于人類 APP770 亞型,是人類 APP 的直系同源物云芦,與aplp2一樣都是Aβ前體蛋白家族成員续扔。而APPb類似于人類 APP695 亞型,敲除該基因后可導致家族性 AD焕数,不僅可能參與AD的發(fā)病機制纱昧,且可能影響AD前的發(fā)育。有實驗通過向斑馬魚插入人APP瑞典型突變基因(APPsw)制作斑馬魚AD模型堡赔,在12月齡時可見線粒體缺失识脆、神經(jīng)元數(shù)量減少、Aβ 沉積等病理現(xiàn)象善已。有研究A152T-tau 的轉(zhuǎn)基因斑馬魚模型灼捂,可見明顯的發(fā)育障礙和運動缺陷。還有研究發(fā)現(xiàn) UCP2换团、Δ133p53等基因也可影響AD的發(fā)病進程丝格。目前盛杰,使用較多的仍為AD相關(guān)的雙轉(zhuǎn)基因或多轉(zhuǎn)基因小鼠模型。
PSEN1轉(zhuǎn)基因斑馬魚AD模型:PSEN1 被認為是一個家族性AD相關(guān)的基因,該基因的突變會影響 γ-分泌酶對APP的切割和Aβ的產(chǎn)生瞒御,進而參與AD的進程。有實驗采用刪除2個密碼子的方式導致斑馬魚 PSEN1 基因突變艇炎,誘導斑馬魚早發(fā)性家族性AD病變模型耸成,可見斑馬魚腦中出現(xiàn)ATP合成障礙及溶酶體功能紊亂。
PSEN2轉(zhuǎn)基因斑馬魚AD模型:PSEN2也是目前已知的導致家族性AD的致病基因之一舌厨,但該基因的突變概率較低岂却,目前相關(guān)研究也較少。有研究利用MO抑制斑馬魚胚胎PSEN2基因制作AD模型,可見 γ-分泌酶活性降低及嚴重的發(fā)育缺陷和神經(jīng)元丟失躏哩,并通過 p53 途徑誘導細胞凋亡署浩。也有研究利用同樣的方法制作了相關(guān)模型,發(fā)現(xiàn)PSEN2活性的降低會明顯減弱斑馬魚胚胎的Notch 信號并導致神經(jīng)發(fā)育紊亂扫尺。
斑馬魚AD模型評價指標
行為檢測:30min自主行為(斑馬魚軌跡圖筋栋、游動距離、游動速度)器联、光/暗(L/D)轉(zhuǎn)換行為
Aβ蛋白沉積:切片二汛、硫黃素S染色
腦部細胞凋亡:AO染色
ELISA:AchE、Ach拨拓、p-Tau
qRT-PCR:標志基因(pla2g12a)肴颊、小膠質(zhì)細胞標志物(Hexb)、星形膠質(zhì)細胞標志物(GFDP)
斑馬魚作為一種良好的模式動物 ,與人類基因高度相似渣磷,擁有主要的神經(jīng)電生理系統(tǒng)婿着,包括神經(jīng)遞質(zhì)受體、轉(zhuǎn)運蛋白和酶的合成代謝等醋界,能模擬AD等復雜神經(jīng)系統(tǒng)疾病竟宋,已成為 AD研究中的新載體,具有簡便形纺、高效等優(yōu)點丘侠。未來隨著斑馬魚的廣泛應用,將進行更為廣泛和深入的研究逐样。
木芮生物具有完善的斑馬魚實驗平臺蜗字,并建立起了上百種的臨床疾病模型,利用遺傳脂新、行為挪捕、細胞、生化分子等實驗技術(shù)争便,深入探索疾病發(fā)生的機制级零,進而為臨床治療疾病提供可行的治療方案或藥物篩選機制。我們依托成熟的科研技術(shù)滞乙,可以為廣大客戶提供基礎(chǔ)科研奏纪、毒理測試、藥物篩選等服務酷宵,助力生物醫(yī)學領(lǐng)域發(fā)展亥贸。
參考文獻 [1]Kizil C, Bhattarai P. Is Alzheimer's Also a Stem Cell Disease? - The Zebrafish Perspective. Front Cell Dev Biol. 2018 Nov 23;6:159. doi: 10.3389/fcell.2018.00159. PMID: 30533414; PMCID: PMC6265475. [2]Bhattarai P, Turgutalp B, Kizil C. Zebrafish as an Experimental and Preclinical Model for Alzheimer's Disease. ACS Chem Neurosci. 2022 Oct 19;13(20):2939-2941. doi: 10.1021/acschemneuro.2c00583. Epub 2022 Oct 4. PMID: 36194560. [3]顧曉群,余黎,武相,等.補腎益智方治療阿爾茨海默病斑馬魚模型的作用及機制研究[J].南京中醫(yī)藥大學學報,2020,36(01):56-62.DOI:10.14148/j.issn.1672-0482.2020.0056. [4]Koehler D, Williams FE. Utilizing zebrafish and okadaic acid to study Alzheimer's disease. Neural Regen Res. 2018 Sep;13(9):1538-1541. doi: 10.4103/1673-5374.237111. PMID: 30127109; PMCID: PMC6126137. [5]Kiper K, Freeman JL. Use of Zebrafish Genetic Models to Study Etiology of the Amyloid-Beta and Neurofibrillary Tangle Pathways in Alzheimer's Disease. Curr Neuropharmacol. 2022 Mar 4;20(3):524-539. doi: 10.2174/1570159X19666210524155944. PMID: 34030617; PMCID: PMC9608233.