ApoE4转基因小鼠在阿尔茨海默病研究中的应用进展_贺云.pdf

2022 年 12 月第 30 卷 第 8 期中国实验动物学报ACTA LABORATORIUM ANIMALIS SCIENTIA SINICADecember 2022Vol.30 No.8贺云,赵宏伟,齐冬梅,等.ApoE4 转基因小鼠在阿尔茨海默病研究中的应用进展 J.中国实验动物学报,2022,30(8):1128-1140.He Y,Zhao HW,Qi DM,et al.Progress in application of ApoE4 transgenic mice in research into Alzheimers disease J.Acta Lab Anim Sci Sin,2022,30(8):1128-1140.Doi:10.3969/j.issn.1005-4847.2022.08.016基金项目国家自然科学基金青年基金(82205078)。Fund by the National Natural Science Foundation Youth Fund(82205078).作者简介贺云(1996),女,在读硕士研究生,神经药理学。Email:hy2020110070 通信作者程肖蕊,博士,博士生导师,研究方向:中药药理研究。Email:cxr916 ;刘西建,博士,硕士生导师,研究方向:方剂效用机制及针药结合研究。Email:liuxijian6500 。共同通信作者ApoE4 转基因小鼠在阿尔茨海默病研究中的应用进展贺云1,赵宏伟2,齐冬梅2,程肖蕊2,刘西建1(1.山东中医药大学中医学院,济南 250355;2.山东中医药大学中医药创新研究院,济南 250355)【摘要】载脂蛋白 E(apolipoprotein E,ApoE)在脑中参与胆固醇和脂质代谢,将胆固醇输送到神经元,并清除脂质碎片以促进髓鞘修复。ApoE4 是 ApoE 三种亚型之一,为散发型阿尔茨海默病(sporadic Alzheimers disease,SAD)最主要的遗传危险因素。其发病机制可能涉及增加脑内-淀粉样蛋白(-amyloid,A)沉积并减少其清除率、Tau 蛋白过度磷酸化、脂质代谢异常和血脑屏障损伤。ApoE4 转基因小鼠最早在 2 4 月龄出现 A 相关病理表型,4 月龄时海马总 Tau 蛋白和磷酸化 Tau 蛋白含量增加,且发生神经元丢失、树突损坏及突触减少,9 月龄空间学习记忆能力下降。ApoE4 转基因小鼠广泛用于 AD 防治药物的研究,如胆碱酯酶抑制剂利斯的明、谷氨酰胺酶拮抗剂 JHU-083、GABA 能神经元受体增强剂戊巴比妥、改善脑血管功能障碍的表皮生长因子、二十二碳六烯酸、菊粉和姜黄素等。本综述可为 ApoE4 转基因小鼠在 AD 研究中的应用提供参考与借鉴作用。【关键词】阿尔茨海默病;载脂蛋白 E;ApoE4 转基因小鼠;学习记忆;脂质代谢【中图分类号】Q95-33 【文献标识码】A 【文章编号】1005-4847(2022)08-1128-13Progress in application of ApoE4 transgenic mice in research into Alzheimers diseaseHE Yun1,ZHAO Hongwei2,QI Dongmei2,CHENG Xiaorui2,LIU Xijian1(1.School of Chinese Medicine,Shandong University of Chinese Medicine,Jinan 250355,China.2.Chinese Medicine Innovation Research Institute,Shandong University of Chinese Medicine,Jinan 250355)Corresponding author:CHENG Xiaorui.E-mail:cxr916 ;LIU Xijian.E-mail:Liuxijian6500 【Abstract】The apolipoprotein E(ApoE)is involved in cholesterol and lipid metabolism in the brain,transporting cholesterol to neurons and removing lipid debris to facilitate myelin repair.ApoE4,one of three subtypes of ApoE,is the most important genetic risk factor for sporadic Alzheimers disease(AD).ApoE4 increases the deposition and reduces the clearance rate of A,enhances hyperphosphorylation of Tau protein,induces abnormal lipid metabolism in the brain,and impairs the brain and blood-brain barrier.ApoE4 transgenic mice were used to study AD pathogenesis and prevention.ApoE4 transgenic mice showed decreased abilities in spatial learning and memory at the age of 9 months and a pathological phenotype related to-amyloid at 2 4 months.At 4 months,total Tau and phosphorylated Tau levels increased,and a loss of neurons and damage to dendrites and synapses occurred in the hippocampus.ApoE4 transgenic mice have been used to study the prevention and treatment of AD drugs such as the GABA neuronal receptor agonist pentobarbital,the glutamine antagonist JHU-083,epidermal growth factor,inulin,and curcumin.This review provides a reference for those applying ApoE4 transgenic mice in AD research.【Keywords】Alzheimers disease;ApoE4;ApoE4 transgenic mice;Learning and memory;Lipid metabolismConflicts of Interest:The authors declare no conflict of interest.中国实验动物学报 2022 年 12 月第 30 卷第 8 期 Acta Lab Anim Sci Sin,December 2022,Vol.30,No.8 阿尔茨海默病(Alzheimers disease,AD)是一种常见的神经退行性疾病,主要表现为渐进性认知功能退化、记忆丧失、人格和行为改变等,AD 患者占 AD 及其他痴呆者的 63%70%1-2。脑内 A沉积导致的斑块和 Tau 蛋白过度磷酸化形成的神经纤维缠结及神经元丢失是该病的主要病理特征3。AD 发病机制复杂,迄今尚不明确,临床亦无有效治疗药物。大量临床和实验研究结果表明,ApoE4 等位基因是散发型 AD 最强、最主要的遗传危险因素4-5,但 ApoE4 诱导 AD 发病机制尚不清楚。ApoE4 转基因小鼠也被广泛用于 AD 发病机制和防治药物的研究。本文对 ApoE4 转基因小鼠的 AD 样性状及其在 AD 研究中的应用进行系统综述,为 AD相关研究提供借鉴。1 ApoE4 转基因小鼠1.1 载脂蛋白 E 与 AD 发生的关系ApoE 是一种由 299 个氨基酸残基组成的糖蛋白,分子量约为 34 103,主要在肝合成,通过介导肝清除脂蛋白颗粒而在血浆胆固醇稳态中发挥关键作用6,同时也在大脑中产生,过去认为主要是在星形胶质细胞中产生7,近期发现小胶质细胞及神经元中的表达量也增多8-10。在大脑中主要是参与胆固醇和脂质代谢,主要作用是将胆固醇输送到神经元,并且清除脂质碎片以促进髓鞘修复11。ApoE 具有 3 种主要亚型:ApoE2、ApoE3 和ApoE4(表 1)。ApoE2 参与脂蛋白代谢、激活水解脂肪的酶类、免疫调节及神经组织的再生,ApoE2 降低胆固醇,运转脂质到神经胶质细胞;ApoE3 参与脂质和脂蛋白代谢,促进清除循环中残留的富含甘油三酯的脂蛋白,通过促进巨噬细胞胆固醇外排,在脂蛋白代谢中发挥关键作用,降低血浆脂质水平12,ApoE3 还能促进 神 经 元 突 起 的 生 长13;ApoE4 则可以优先富集甘油三酯脂蛋白,在体外培养中,表达 ApoE4 的星形胶质细胞、神经元胆固醇和磷脂的分泌减少,脂质结合能力下降,并且细胞内 ApoE4 降解增加12。ApoE4 在体外和体内均有抑制神经元突起生长和脊柱发育的功能14,ApoE4激活血管周细胞中亲合素 A 介导的促炎症通路,该通路可导致脑血管完整性丧失和血脑屏障破坏15。与 ApoE3 相比,ApoE4 促进了更多的生长素反应因子(ARF6)表达,在晚期内涵体中捕获 ATP 结合盒转运 体 A1(ATP-binding cassette transporter A1,ABCA1),并阻碍其在细胞膜上的循环,脂质性差的ApoE4 更倾向于聚集,降低了 ABCA1 膜的循环利用及其脂化 ApoE 的能力16。并且,ApoE4 等位基因以剂量依赖的方式增加 AD 的风险,每增加一个拷贝的 4,其携带者的 AD 患病风险将会增加 2 6倍,AD 的发病年龄提前 7 9 年17。ApoE2 则是一种保护性等位基因,即使存在 ApoE4 等位基因也可以降低约 50%的 AD 发生风险18。ApoE4 女性携带者相比男性患 AD 风险更高,研究发现ApoE4 基因对女性认知能力影响更大19。通过对5 万多名参与者的分析发现,年龄在 65 75 岁之间、携带 ApoE4 基因的人群中,女性患 AD 的风险是男性的 4 倍20。1.2 ApoE4 转基因小鼠的生物学特性目前,已经建立了几个表达人类 ApoE3 或ApoE4 的转基因小鼠品系(表 2),主要有:NSE-ApoE3、NSE-ApoE4、ApoE4、ApoE3、GFAP-ApoE4 和GFAP-ApoE3 品 系,其 中 NSE-ApoE4 和 GFAP-ApoE4 转基因小鼠在 12 月龄时出现空间学习记忆能力的障碍,而 ApoE4 转基因小鼠则在 9 月龄表现出空间学习记忆缺陷21。在这些品系中,ApoE4 转基因小鼠是最常用的,本文主要综述该品系小鼠在AD 中的应用研究进展。1.2.1 ApoE4 转基因小鼠的学习记忆功能Kim 等30通 过 Morris 水 迷 宫(morris water maze,MWM)实验对 5 月龄雌性小鼠进行检测发现,ApoE4 转基因小鼠与野生型(wild type,WT)即C57BL/6J 小鼠空间学习记忆能力无差异,而 Kou等21发现 9 月龄雌、雄性 ApoE4 转基因小鼠相较于WT 小鼠,其学习期逃避潜伏期延长,检测期穿环次数减少、目标象限停留时间和目标象限运动距离均缩短。Hartman 等31、Chouinard-