科学研究 - 日本培育出呈现阿尔茨海默病早期症状的模式小鼠

日本产业技术综合研究所（以下简称“产综研”）与植草学园和顺天堂大学合作，培育出了仅在神经细胞内表达阿尔茨海默病（AD）致病因子之一β-淀粉样蛋白（Aβ）的寡聚体、并表现出发病初期症状的新AD模式小鼠。

此前的研究认为，阿尔兹海默病是由于Aβ聚集形成老年斑，并在大脑神经细胞周围积聚而引起的。不过，最近越来越多研究显示，神经功能障碍在老年斑形成之前就已经出现。引起神经功能障碍的，是少量Aβ分子聚合形成的Aβ寡聚体。

产综研此前发现，Aβ与绿色荧光蛋白GFP（Green Fluorescent Protein）融合表达时会在细胞内形成三聚体前后的寡聚体。研究团队此次即培育了表达该融合蛋白，并在神经细胞内特异性积聚的AD模式小鼠。该小鼠显示出AD发病初期因寡聚体毒性而引起的神经功能障碍症状。该小鼠模型有望为AD发病原因探索、AD预防以及在发病初期抑制病情恶化的新药开发做出贡献。相关研究已于2019年11月22日发表在《科学报告》（Scientific Reports）期刊的网络版上。

图1 概要图

培育出表达Aβ-GFP融合蛋白质（示意图左）的寡聚体的AD模式小鼠（Aβ-GFP小鼠）。Aβ寡聚体在大脑海马体和大脑皮层的神经细胞内过表达（右图）。

此次培育的AD模式小鼠是表达Aβ-GFP融合蛋白的转基因小鼠（Aβ-GFP小鼠）。Aβ-GFP小鼠并非表达淀粉样前体蛋白( amyloid precursor protein，APP) ，而是仅表达高毒性Aβ 1-42与GFP的融合蛋白，因此无需考虑因APP过表达而产生Aβ以外生理活性肽的作用。由于没有胞外分泌信号序列，因此仅在细胞内积累Aβ寡聚体，只会在大脑内海马体和大脑皮层等神经细胞中过表达。如图2A所示，与仅表达GFP的对照小鼠（右）相比，在Aβ-GFP小鼠（左）的神经细胞中发现大量Aβ-GFP小颗粒，表明Aβ在细胞内形成了寡聚体。

AD的主要病理特征为：以Aβ为主要成分的老年斑在神经细胞周围沉积，过度磷酸化的Tau蛋白在神经细胞内积聚形成神经原纤维缠结、脑萎缩。Aβ-GFP小鼠仅形成Aβ寡聚体，没有胞外分泌，因此不会形成老年斑，也不发生脑萎缩；但随着年龄的增加，Tau蛋白的磷酸化会加剧。

研究团队在对记忆和学习至关重要的大脑“海马体” 区域，评估了突触的可塑性。发现模式小鼠与正常小鼠相比，突触传递在刺激下的长时程增强作用（LTP）显著降低（图2B）。研究人员认为这与细胞水平的记忆形成有关，表明记忆形成功能出现异常。另外，树突棘的数量和部分突触蛋白的量也变少。这些现象与此前利用从死亡AD患者大脑中提取的Aβ寡聚体和合成的寡聚体进行的研究结果一致，表明Aβ-GFP具有与人类的Aβ寡聚体相同的高毒性。