Нажмите "Enter", чтобы перейти к контенту

Модели болезни Альцгеймера и невропатология человека: сходства и различия

Alzheimer disease models and human neuropathology: similarities and differences
Источник: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2100431/

Модели животных нацелены на повторение симптомов, поражений или причин (причин) болезни Альцгеймера. Многим трансгенным линиям мыши удалось частично воспроизвести его повреждения: внеклеточные отложения Aβ-пептида и внутриклеточное накопление тау-белка. Мутированные человеческие APP-трансгены приводят к осаждению Aβ-пептида, сходного, но не идентичного пептиду Aβ сенильной бляшки человека. Амилоидная ангиопатия распространена. Помимо отложения Aβ наблюдалась дистрофия аксона и изменение дендритов. Все мутации вызывают увеличение уровней Aβ 42, за исключением арктической мутации, которая изменяет сама последовательность Aβ. Сверхэкспрессирование APP дикого типа (как в мышиных моделях трисомии человека 21) не вызывает отложения Aβ в большинстве линий мыши. Двукратные (APP × мутированные PS1) трансгенные мыши развивают повреждения ранее. Были получены трансгенные мыши, в которых BACE1 был выбит или сверхэкспрессирован, а также линии с измененной экспрессией неприлизина, основного разрушающего фермента Aβ. Трансгенные мыши APP подняли новые вопросы, касающиеся механизмов потери нейронов, накопления Aβ в клеточном теле нейронов, воспаления и глиоза и дендритных изменений. Они позволили получить некоторое представление о кинетике изменений. Было обнаружено, что связь между симптомами, поражениями и увеличением количества олигомеров Aβ затруднительна. Нейрофибриллярные клубочки встречаются только в линиях мыши, которые сверхэкспрессируют мутированный тау или человеческий тау на мышином фоне tau — / -. Трехкратная трансгенная модель (мутированная APP, PS1 и tau) отражает изменения, наблюдаемые в AD, но ее физиологическая значимость может быть обсуждена. Были протестированы ряд модуляторов Aβ или накопления тау. Трансгенную модель можно анализировать на трех уровнях по крайней мере (симптомы, поражения, причина заболевания), и предлагается ключ чтения для обобщения этого анализа.

Внеклеточное накопление пептида Aβ в сердцевине старческой бляшки и внутриклеточного накопления тау-белка в качестве нейрофибриллярных клубок и нейропиловых нитей сегодня считается двумя молекулярными и морфологическими сигналами болезни Альцгеймера (AD), обязательными для его диагностики [16]. Потери нейронов не относятся к диагностическим критериям, но также считаются важным патологическим компонентом, который должен быть воспроизведен в хорошей модели AD. Aβ-пептид в своем нативном состоянии нестабилен в водном растворе (третья часть аминокислот -AA-последовательности является гидрофобной); он образует димеры, тримеры и вообще олигомеры. Он может, наконец, заполнить. Агрегаты Aβ-пептида могут проявлять свойства амилоидного вещества, свойства которого связаны с высоким содержанием β-плиссированных листовых структур: он окрашивается конго-красным и тиофлавином S и является фибриллярным при электронной микроскопии. Внеклеточные отложения Aβ-пептида могут быть диффузными или очаговыми; некоторые из очаговых отложений являются амилоидами. Пептид Aβ накапливается не только в сердцевине старческой бляшки, но также и в стенках сосуда (амилоидная ангиопатия).

Для освобождения пептида Aβ из белка предшественника амилоида (APP) необходимы два последовательных расщепления — см. [317]. Первый, так называемый β-расщепление, на внеклеточном N-конце пептида Aβ связан с ферментом расщепления APP-бета-сайта (BACE) [42]. Он создает терминальный фрагмент APP, состоящий из 99 AA, называемых C99. Второе расщепление, происходящее на APP C99, проводится в липидной мембране с помощью комплекса γ-секретазы (из пресенилина 1 (PS1) или пресенилина 2 (PS2), Pen 2, nicastrin и APH 1) — для обзора см. [ 340]. Α-расщепление, происходящее в Aβ-последовательности APP, предотвращает образование Aβ. Четыре изоформы APP экспрессируются в человеческом, 695, 714, 751 или 770 аминокислотных остатках. APP 751 и 770 содержат домен ингибитора протеазы, гомологичный тиану ингибитора сериновой протеазы типа Kunitz. В нескольких семьях AD передается как аутосомно-доминантный признак. Мутации, которые были признаны ответственными за эти случаи семейной болезни Альцгеймера (FAD), локализованы на генах APP, PS1 или PS2.

Тау-патология в основном внутриклеточная: накопление тау может происходить в теле клетки (нейрофибриллярный клубок = NFT), в дистрофических аксонах, окружающих амилоидное ядро ​​бляшки, и в нейропильных нитях, которые в основном являются дендритами. При электронной микроскопии тау-белок в основном накапливается в виде парных спиральных нитей (PHF).

Прежде чем подробно проанализировать многочисленные модели AD, которые были предложены в литературе, мы хотели бы в общих чертах рассмотреть цели, которые преследуются при попытке воспроизвести человеческую болезнь, а точнее, нейродегенеративное заболевание in vivo ,

Модели животных нацелены на повторение симптомов, поражений или причины заболевания. «Показательный ключ», связанный с симптомами (S), повреждениями (L) и причинами (C) с оценками 0-1, показан в таблице 1. В неврологии признаки и симптомы (например, гемиплегия) связаны главным образом с топографией (например, моторной коры) и слабо коррелируют с их природой (например, как церебральный инфаркт, так и опухоль); Другими словами, сходство клинических признаков не означает сходства в патогенных механизмах. Уничтожение холинергической системы с помощью ibotenic кислоты приведет к поведенческим симптомам, которые могут быть похожими на симптомы AD и быть поддающимися лечению, таким как антихолинэстеразы [226]. Ясно, однако, что на симптоматическом уровне (S) терапевтическое исследование не может претендовать на понимание патологических механизмов. Такая модель может помочь нам понять симптомы (ее можно назвать «S1», т. Е. Она воспроизводит признаки и симптомы), но не дает никакой информации о повреждениях, происходящих в AD (мы будем квалифицировать ее как «L0», он не дает информации о том, как появляются и взаимодействуют повреждения) или о причине заболевания («C0»): поэтому его можно классифицировать как S1L0C0.
Таблица 1 Эта таблица иллюстрирует, с примерами, ключ чтения SLC, который классифицирует модели в соответствии с их назначением

Ключ чтения не намерен каким-либо образом оценивать качество моделей, то есть их адекватность с целью достижения результата. Например, является ли холинергическое истощение отличным или плохим, модель, которая намерена имитировать признаки (независимо от фактических результатов) и не собирается воспроизводить повреждения или причину заболевания, будет иметь тип S1L0C0. Значение модели не обязательно связано с глобальной оценкой: ограниченная модель, которая идеально имитирует механизмы поражения в области, которая сохраняется в естественном заболевании (S0L1C0), может иметь высокую научную ценность

Таблица также показывает, что только семейная болезнь Альцгеймера (FAD) была правильно смоделирована; причина или причины спорадического АД неизвестны

На уровне L модель пытается имитировать повреждения: например, амилоидный пептид был введен в мозг живых мышей, пытаясь понять его нейротоксичность [262, 290]. Результаты такого эксперимента не предоставят никакой информации о причинах (-ях) накопления Aβ во внеклеточном пространстве. Модель имеет тип S0L1C0. Однако было также показано, что олигомеры Aβ могут препятствовать синаптическим функциям и непосредственно подразумеваться в дисфункции памяти [321]; это может также объяснить признаки болезни (S1L1C0). Более тонким примером, как обсуждается далее в этой статье, является моделирование NFT AD, трансгенными мышами, сверхэкспрессирующими мутированные tau. В AD нет мутации tau, поэтому модель явно недостаточна для понимания причины AD (поэтому она классифицируется как C0). Но, однако, возникают путаницы, может быть интересно понять, как они взаимодействуют с пептидом Aβ у трансгенных мышей, которые развивают амилоидные отложения (L1C0). Когда путаницы расположены в лимбической системе, симптомы могут имитировать симптомы AD (S1L1C0); в других линиях мыши выражение tau в моторных нейронах отвечало за параличи [247]: такая модель может помочь выяснить, как путаницы могут вызывать дисфункцию нейронов. Это не помогает нам понять механизмы, ответственные за образование NFT в AD, или клинических признаков деменции (S0L1C0).

Наконец, на уровне C модель пытается восстановить биологические механизмы, ответственные за болезнь, начиная с ее причины (причин). Трансфекция мутантного APP человека экспериментально воспроизводит причину семейной болезни Альцгеймера, мутации APP. Некоторые поражения, подобные тем, которые наблюдаются у людей, встречаются в этих линиях мыши, поэтому их можно классифицировать как L1C1. Связь с симптомами далека от простой, и может случиться, что эти мыши не показывают типичные клинические признаки AD (S0L1C1).

Три уровня (S, L и C) независимы: поражение коры головного мозга ишемическим поражением может, например, имитировать симптомы деменции; это будет иметь мало общего с обоими и молекулярными механизмами AD: это модель S1L0C0. Введение мутантного гена APP в мышь может имитировать семейную болезнь Альцгеймера (S1L1C1 для семейного AD), но вполне возможно, что механизм не имеет ничего общего с механизмом спорадического AD (тогда он классифицируется как S1L1C0 или даже S0L1C0 как спорадический АД). Следует подчеркнуть, что клеточные механизмы, которые приводят к накоплению Aβ и tau, и в конечном итоге к нейронной смерти, могут быть воспроизведены в нейронах, расположенных вне коры головного мозга: например, патология может быть полностью воспроизведена в моторном нейроне спинного мозга. В таком гипотетическом примере механизм был бы выяснен, хотя животные не проявляли бы симптомов и признаков заболевания (S0L1C1) и, возможно, даже не проявляли поражений, которые в настоящее время считаются обязательными стигмами заболевания (S0L0C1) См. Таблицу 1.

Какие модели животных следует рассматривать здесь? Несколько процедур, некоторые из которых перечислены ниже, были разработаны в прошлом, чтобы имитировать AD у животного. Разрушение было использовано для получения кортикальных или подкорковых симптомов AD. Мы не будем рассматривать эти модели, которые явно относятся к уровню S. Было продемонстрировано воспроизведение поражений экзогенными химическими веществами: NFT, вызванные алюминием, как было показано, фактически являются накоплением нейрофиламентов (а не тау) [185, 225]. Инъекция Aβ-пептида может вызывать некоторые клинические признаки [227, 289] или, при определенных условиях, ускорять патологический процесс у трансгенной мыши — см. Позже и [111], — но она непосредственно не воспроизводит поражения болезни [99] , Были исследованы спонтанные болезни животных, напоминающие AD: старые обезьяны [245] и старые медведи [66], например, развивают бляшки и путаницы; бляшки были замечены у многочисленных видов, заметно у старых собак [62, 69], старых кошек [68] и у лемуров мыши (Microcebus murinus) [78]. Никакая модель не оказалась достаточно практичной, чтобы ее можно было использовать в обычном режиме.

Настоящий прорыв произошел из технологии трансгенов. Трансгенезис позволил, вероятно, впервые воспроизвести специфические нейродегенеративные поражения. Мыши в подавляющем большинстве были использованы, и этот обзор будет в основном касаться трансгенных мышей. Недавно были получены трансгенные крысы [96] с целью улучшения поведенческого анализа. Пространства недостаточно для решения моделей беспозвоночных: были разработаны трансгенные дрозофилы, экспрессирующие бета-амилоидные пептиды для скрининга терапевтических мишеней [67]; естественно отсутствующая активность γ-секретазы была восстановлена ​​в дрожжах Saccharomyces cerevisiae [92]; нематод Caenorhabditis elegans также использовался для выяснения физиологической роли молекулярных героев AD [134]. Мухи, дрожжи и черви играют роль «генных фабрик», которые особенно полезны для изучения белковых взаимодействий и распутывания молекулярных путей. Они, однако, слишком далеки от невропатологической точки зрения, сосредоточенной на поражениях, чтобы быть полностью охвачены в этом обзоре.

Модели in vitro использовались для распутывания физиопатологических механизмов, участвующих в AD. Это не место для анализа исследований, основанных на гипотезе о прямой токсичности пептида Aβ на клетке. В этой парадигме эффект экспериментальной манипуляции обычно проверяется путем сравнения гибели нейронов в контрольных и экспериментальных ситуациях. Клеточные культуры также использовались для выяснения субклеточной топографии активности секретазы. BACE находится в эндосомах, а также на клеточной мембране [142]; Иммунореактивность Presenilin 1 обнаружена в эндоплазматическом ретикулуме, тогда как гамма-расщепление, по-видимому, происходит ниже по течению от ER (пресенилин «пространственный парадокс»). Получение Aβ42 (но не Aβ40), по-видимому, происходит в эндоплазматическом ретикулуме / промежуточном отделении [63], тогда как Aβ40 исключительно продуцируется в сети транс-Гольджи [114]. Первичные культуры срезов гиппокампа широко использовались для изучения влияния олигомеров Aβ на электрофизиологическом уровне (см. Ниже).

Эта статья посвящена трансгенным мышам. Литература быстро развивалась по этой теме, и мы вынуждены во многих случаях ограничивать наш предмет и наш анализ литературы. Читателю отсылаются отличные отзывы по этому вопросу [102, 129, 214, 215, 285, 313]. Мы сознательно не рассматривали влияние активной или пассивной иммунотерапии Aβ на трансгенных (Tg) мышей, поскольку этот предмет слишком обширен для этого обзора.

Трансгенезис вызывает особые трудности и вопросы. Количество трансгенов, которые были вставлены, и их сайты вставки неконтролируемы. Экспрессия гена может достигать высоких значений, которые вызывают механизмы клеточной защиты, которые не дают информации о естественной роли самого трансгена. Топография экспрессии белка и его ход во время развития во многом зависит от промотора. Некоторые дефекты могут быть связаны с аномалией развития и могут быть не связаны с избыточной экспрессией белка у взрослого человека — проблема, которая может быть решена с помощью индуцируемых систем экспрессии (см. Ниже) или с помощью нокаута экспрессии гена siRNA [274]. Генетический фон может существенно изменить патологию [46], а неконтролируемые результаты могут быть связаны с аутбредными линиями. Трансгенным животным следует, если необходимо, проходить через несколько поколений для получения инбредных линий. Частота половых различий упоминалась в нескольких исследованиях: было обнаружено, что амилоидное осаждение является более обширным у женщин-мышей APP [323]. Было обнаружено, что фармакологические методы лечения с предполагаемыми эффектами анти-Aβ имеют разные (даже противоположные) эффекты у трансгенных мышей мужского и женского пола, например [240], что подтверждает утверждение о том, что пол является переменной, которая должна учитываться при анализе мышиных моделей ,

После идентификации Aβ-пептида, первоначально в сосудах трисомии 21 пациента, а затем в старческих бляшках случаев AD [105, 208, 341] несколько команд искали «мутацию, ответственную за редкие случаи семейной болезни Альцгеймера» (FAD ) — только для того, чтобы понять, что не одна, а многочисленные мутации действительно способны вызвать болезнь. Мутации действительно расположены не только в гене APP [52, 106], из которого расщепляется пептид Aβ, но также и в генах пресенилина 1 или 2 [4, 259, 280], которые непосредственно участвуют в продуцировании Aβ из APP ,

Теперь ясно, что существует не один, а несколько Aβ-пептидов с C-концевой гетерогенностью: некоторые виды заканчиваются в AA 40, а другие — в AA 42 или даже в AA 43, 45, 46 или 48 [248]; причина этой неоднородности пока неизвестна. Несколько видов Aβ являются N-усеченными и, как было показано, являются основными видами Aβ в некоторых мутациях APP [173, 275]. Все мутации, которые были протестированы при трансфецировании в клеточных моделях, индуцируют увеличение отношения Aβ42 / Aβ40 [72], за исключением заметной исключения арктической мутации, непосредственно связанной с самой последовательностью Aβ [55]. Все мутации индуцируют перепроизводство Aβ, за исключением мутации V715M, в которой, однако, увеличивается отношение Aβ42 / Aβ40 [6]. Трансфекция гена APP вызывает избыточное продуцирование белка, а избыточное продуцирование APP может быть достаточным для увеличения секреции пептидов Aβ: как ферментативная активность β, так и γ не являются ограничивающими скорость. Однако, как мы увидим, APP, как правило, необходимо мутировать для получения количества Aβ, достаточного для возникновения видимых изменений.

Мутации гена тау-белков не связаны с АД, но с лобно-временным деменцией [284]. Поэтому логично считать, что патогенез AD связан с изменением APP, а не с метаболизмом тау. Этот вывод формализуется как «каскадная гипотеза», в которой говорится, что накопление пептида Aβ является причиной каскада реакций, которые приводят к тау-патологии и смерти нейронов [116-119].

В качестве трансгенов использовались три изоформы человеческого APP (hAPP) (695, 751 и 770 аминокислот). Мутации гена APP, которые были использованы чаще всего, помечены местом, где они были идентифицированы: шведский (который состоит из двух смежных мутаций), Лондона и Индианы (K670N и M671L, V717I и V717F, соответственно, с нумерация, соответствующая самой длинной изоформе APP). Ген hAPP был обусловлен различными промоторами-PDGF, Thy-1 или Thy-1,2 (нейроспецифическими), а хомяк PrP (не только нейронный), что позволяет использовать его исключительную или предпочтительную экспрессию в центральной нервной системе. Большой, но, безусловно, неполный список трансгенных линий, относящихся к AD, можно найти на веб-сайте Alzforum (http://www.alzforum.org/res/com/tra/).

Семнадцать аминокислот отличаются от мыши и человеческого APP; три из них расположены в последовательности Aβ (Arg 5 Gly, Tyr 10 Phe, His 13 Arg — первый AA — человеческий). Однако увеличение уровня APP мыши не вызывает осаждение Aβ. Необходима трансфекция человеческого APP [153], а модель мыши trisomy16 (где не найдено осаждение Aβ) свидетельствует о том, что hAPP необходимо мутировать, чтобы получить надежное и обильное осаждение.

Теперь, когда были созданы многочисленные линии мыши с месторождениями Aβ, интересно оглянуться на первые, в основном неудачные, попытки разработать мышей модели AD [215]. После неподтвержденных результатов патологии Альцгеймера в трансгениках, экспрессирующих С-концевую часть APP [161] или пептида Aβ под промотором APP [332], несколько линий были получены различными способами. Последовательность, ограниченная самим пептидом Аβ под промотором легкой цепи нейрофиламента, была нейротоксичной. Aβ оставался внутриклеточным и вызывал апоптозную гибель клеток [179]. Поскольку Aβ частично гидрофобно, его клеточная судьба при синтезе вне клеточной мембраны, вероятно, не является физиологической. Эти патогенные эффекты перепроизводства Aβ, вероятно, не были непосредственно связаны с патогенезом AD. Было сделано несколько попыток ввести hAPP дикого типа в трансгенных мышей. Было получено несколько трансгенных линий с трансгеном, который включал 100 АА С-концевой части hAPP [160, 228]. Слабое накопление Aβ было обнаружено в теле клетки и нейропиле; Было также обнаружено, что C100 объединяется в везикулярные структуры цитоплазмы [160]. Долгосрочное потенцирование (LTP) было нарушено [228], но внеклеточные отложения Aβ были ограничены или отсутствовали. В линии мыши APP-C99 (Tg 13592) сигнальная последовательность и концевой фрагмент 99 аминокислот C (C99) APP сверхэкспрессируются под промотором энхансера цитомегаловируса / β-актином [97]. Выражение обнаруживается во многих тканях, а отложения Aβ обнаруживаются только в мышцах у пожилых животных. Концентрация Aβ-пептида в плазме увеличивается в 17 раз. В мозгу нет отложений. Мыши проявляют гипоактивность и дефицит пространственного обучения. Эта трансгенная линия указывает на то, что увеличение концентрации пептида Аβ в плазме не приводит к амилоиду в головном мозге и настоятельно предполагает, что образование пептида Аβ происходит в мозге пациентов с ФАД, а не на периферии.

Дрожжевая искусственная хромосома (YAC), содержащая APP дикого типа, не вызывала никаких видимых изменений. YAC, содержащий ген hAPP, кодирующий APP, несущий шведскую мутацию, лондонская мутация или комбинация из двух увеличивают отношение Aβ42 / Aβ40 и уменьшают концентрацию α-секретаза-производных [184]. Отложения Aβ и нейритические аномалии были обнаружены в обонятельной коре и обонятельной луковице у 14-месячных животных, которые экспрессировали YAC, содержащую APP, со шведской мутацией, сопряженной с гомозиготностью [172]. Трансген hAPP 695 с лондонской мутацией, обусловленной нейроно-специфической энолазой (NSE), не был связан с любыми микроскопическими изменениями (вероятно, из-за недостаточности уровней Aβ) [203]. Эти первые попытки показали, что последовательность Aβ сама по себе неэффективна; должна была быть выражена вся последовательность APP, и только мутации могли вызвать значительное увеличение Aβ 42. Технология YAC была плодотворной, но поражения наблюдались в ограниченных количествах и только у старых животных. Промотор NSE не был достаточно силен, чтобы управлять секрецией Aβ до порогового уровня, необходимого для возникновения поражений.

С тех пор было выпущено большое количество одноразовых трансгенных мышей hAPP со значительными изменениями; Ниже перечислены только отдельные линии трансгенных мышей, которые были наиболее изучены в литературе.

Трансген первой линии мыши со значительным патологическим накоплением Aβ-пептида представлял собой кДНК-миниген, имеющий последовательность hAPP, несущую мутацию Индианы (V717F), с частями интронов АРР 6-8. Наличие интронов 7 и 8 допускало альтернативное сращивание экзонов 7 и 8 и экспрессию изоформ 695, 751 и 770 APP. Выражение APP было вызвано промотором PDGF [98]. Эта трансгенная линия PDAPP была широко изучена. С шестимесячного возраста гетерозиготная мышца развивает видимые внеклеточные отложения Aβ-пептида в гиппокампе и через восемь месяцев в изокортексе [98, 146]. Некоторые месторождения представляют собой амилоид (Конго красный и тиофлавин S положительный). Пептид Aβ также обнаружен в стенках сосуда.

Линия мышей Tg2576 [137] сверхэкспрессирует изоформу 695 hAPP со шведской двойной мутацией (K670N / M671L) под контролем промотора белка хомяка. Aβ диффузные и очаговые отложения обнаруживаются в возрасте 9-11 месяцев у гетерозиготного животного.

В линии мыши APP23, разработанной Novartis Pharma, изоформа 751 hAPP с двойной шведской мутацией экспрессируется под контролем мышиного промотора Thy-1.2 [292] (та же самая кДНК под контролем человеческого Thy-1-промотора не было патологии). Существует диффузное и конгофильное осаждение Aβ-пептида в паренхиме и сосудах с шестимесячного возраста.

Это также APP с шведской двойной мутацией, которая сверхэкспрессируется в этой линии мыши. Химерный мышиный / человеческий APP со шведской мутацией K670N / M671L содержит гуманизированный домен Aβ. Промотором является промотор мышиного приона. Мыши не развивают бляшки до 18 месяцев [30, 31].

Мышь Tg CRND8, несущая как шведская двойная мутация, так и мутация Индианы (hAPP695 K670N, M671L + V717F), под промотором хомяка-приона, развивает бляшки только через три месяца [57]. Высокая концентрация Aβ и повышенное соотношение Aβ42 / Aβ40 объясняют, почему эта модель особенно агрессивна.

Несколько линий Tg, экспрессирующих на разных уровнях, дикого типа или мутантного hAPP, получали с помощью промотора бета-цепи фактора роста (PDGF), полученного из тромбоцитов. Резюме наиболее часто используемых этих животных Tg приведено в [222] (стр. 4052). Мы просто упомянем здесь строки, которые мы рассмотрим позже: линии J9 и J20, такие как линия Tg CRND8, выражают hAPP со шведской и мутацией Индианы. В этих линиях человеческий трансген представляет собой изоформу 770. Линия J9 («hAPPlow») выражает умеренный уровень нейрональных APP и Aβ; уровень экспрессии высок в линии J20 [56]. Линия H6 также выражает hAPP с мутацией Индианы под контролем промотора PDGF [344].

Мутация E693Q APP индуцирует массивную амилоидную ангиопатию, как описано у голландских пациентов. Болезнь реплицируется путем генерации линии мыши, экспрессирующей hAPP751 с мутацией E693Q под промотором Thy1.2 мыши. У этих мышей наблюдалось сосудистое накопление Aβ с кровоизлияниями и воспалением [128].

Арктическая мутация (E22G) расположена в последовательности Aβ; он стимулирует фибриллизацию Aβ без изменения отношения Aβ42 / Aβ40. Трансген представляет собой миниген, содержащий APP с арктической мутацией, а также мутации Швеции и Индианы под контролем промотора PDGF [54].

Данные, полученные при сравнении различных линий мыши, показывают, что начало и тяжесть амилоидных отложений непосредственно связаны с уровнем пептида Aβ42. Sturchler-Pierrat et al., Параллельно с APP23, разработали линию, в которой была получена только двойная сверхэкспрессия hAPP, несущая мутации в Швеции и Индиане. Отложение Aβ наблюдалось позже, чем в APP23, и было небольшое образование амилоидов [292]. В серии различных линий мыши с трансгеном hAPP 751, несущим шведские и лондонские мутации, прогрессирование патологии, по-видимому, напрямую связано с концентрацией Aβ42 [257], уровень Aβ (1-40) выше в мышей, у которых не было никаких амилоидных отложений. Высокий уровень Aβ42 является необходимым условием, но этого недостаточно: Mucke et al. сгенерировали различные трансгенные линии APP под тем же промотором (PDGF); они заметили, что избыточная экспрессия hAPP дикого типа, даже если она повышала уровень Aβ42, была недостаточной для образования бляшек, что наблюдалось только тогда, когда трансген APP переносил патогенную мутацию, которая, как известно, отвечала за семейный AD [222]. Однако позднее появление отложений Aβ упоминалось в двух строках (как кратко и не полностью описано в литературе), в которых hAPP без мутации сверхэкспрессируется под контролем NSE [130] или промотора Thy-1 [128] , Только сверхэкспрессия APP751, а не APP695, способна индуцировать осаждение Aβ в первой модели.

Хромосома 21, присутствующая в тройной дозе в синдроме Дауна, содержит ген APP, который объясняет, почему поражения AD почти постоянны в относительно раннем возрасте. Исключительный пациент с частичной трисомией 21, который не включал ген APP, не развивал AD [244]. С другой стороны, недавно была идентифицирована микродупликация гена APP, индуцирующая AD с известной амилоидной ангиопатией [261]. Были созданы модели трисомии 21 (трисомия 16 у мыши) и представлены сведения о роли не только гена APP, но и его смежных генов в патологии. Две сегментные модели трисомы 16, Ts65Dn и Ts1Cje, контрастировали с последствиями. В мыши Ts65Dn [251] большой сегмент хромосомы 16, включая ген APP, имеет три копии, тогда как сегмент в трех повторениях в мыши Ts1Cje меньше и не включает ген APP или ген супероксиддисмутазы 1 ( SOD1) [264]. Повышенные уровни мРНК APP и самого белка были обнаружены у мыши Ts65Dn в полосатом теле в возрасте 6-8 месяцев, а в гиппокампе и теменной коре в возрасте 13-16 месяцев. Было установлено, что уровни Aβ42 увеличиваются через шесть месяцев. В этом возрасте базовые холинергические нейроны переднего мозга (BFCN) начинают дегенерировать [141], дегенерация, связанная с нарушением ретроградного переноса NGF [64, 265]. Ни тотальные, ни тапо-фосфорилированные на серине 199 не повышаются у мышей Ts65Dn [140]. Как и ожидалось, уровень Aβ42 является нормальным в линии мыши Ts1Cje (который имеет нормальные две копии гена APP), и нет дегенерации BFCN. Однако и совершенно неожиданно аномальное фосфорилирование тау было обнаружено на этой линии мыши без образования клубок [281]. В «трансхромосомной» модели 21 (Tc1) в геном мыши была включена почти полная человеческая хромосома [236]. В настоящее время доступно несколько данных, касающихся метаболизма APP.

Ранние эндосомальные изменения, ранняя известная патология, обнаруженная в спорадических AD и DS, развиваются до осаждения Aβ и в виде растворимого Aβ увеличивается [50]. В базальном переднем мозге мышей Ts65Dn нейроны развивают увеличенные эндосомы через два месяца. Расширение эндосом у мышей Ts1Cje (без избыточной экспрессии APP) или у трансгенных мышей, сверхэкспрессирующих APP751, не происходит с помощью шведской двойной мутации или в сочетании с лондонской мутацией [49]. Причина расширения эндосом еще должна быть полностью выяснена.

Мутированные PS1 или PS2 человека, если они выражены в одиночку, не вызывают никаких обнаруживаемых повреждений, хотя они увеличивают уровень Aβ-пептида [211, 239, 268]. Поведенческие нарушения являются скромными [154, 183]. Однако мутантный трансген PS1 нарушает гомеостаз кальция в эндоплазматическом ретикулуме [211]. Кроме того, недавно было показано, что мутантный трансген PS1 человека изменяет быстрый перенос аксонов и индуцированное гиперфосфорилирование тау [189].

APP и BACE (β-секретаза)

APP plus BACE1

BACE1 расщепляет APP на AA 1 пептида Aβ, но также и на AA 11, продуцируя N-усеченный Aβ. Трансгенные мыши BACE1 (с промотором Ca2 + / кальмодулинзависимой протеинкиназы II гена = CaMKII) имеют повышенный оборот серотонина и проявляют более смелое поведение, чем контрольные однопометники [120]. Мыши hAPP были скрещены с мышами, сверхэкспрессирующими BACE1. Трансген BACE увеличивал уровень Aβ, но также и C-концевых фрагментов APP [27]. Коэкспрессия BACE1 в трансгенной линии APP увеличивала плотность диффузных и очаговых отложений Aβ-пептида, но неожиданно резко снизила тяжесть амилоидной ангиопатии. Это считалось следствием обилия N-усеченных видов Aβ. В этой гипотезе N-усеченный Aβ-пептид накапливается преимущественно в паренхиме, тогда как полноразмерный Aβ-пептид может сливаться и накапливаться в сосудах [331]. В другом исследовании совместное выражение BACE1 (промотор мыши Thy1) с hAPP уменьшало уровень Aβ и APP, но ухудшало тяжесть нейродегенерации, что, возможно, является следствием накопления терминальных фрагментов APP C (CTF) [258 ].

APP минус BACE1

Мыши, выбитые для BACE1, жизнеспособны и плодородны и не производят Aβ [199]. Они более тревожны и менее изучены, чем органы управления [120]. Мутация участка расщепления β-секретазы (M671I) на APP также устраняет образование человеческого Aβ [223]. Снижение уровней BACE1 с использованием лентивирусных векторов, экспрессирующих siRNAs, которые нацелены на BACE1, уменьшает продукцию амилоида и нейродегенеративный и поведенческий дефицит у трансгенных мышей APP [282]. Пересечение мышей BACE1 KO с мышами PDAPP [212] или мышами TG2576 [199] предотвращало патологию. Потеря функции BACE1 спасла поведенческие изменения [212]. Эффект был даже впечатляющим у мышей PDAPP, гетерозиготных для BACE1, хотя уменьшение Aβ 42 было относительно скромным (-12%) [212]. Эти результаты свидетельствуют о том, что ингибирование BACE может быть терапевтической мишенью. К сожалению, другие результаты показывают, что мыши BACE — / — × PDAPP имеют неожиданные сенсомоторные нарушения, дефицит пространственной памяти и проявления судорог — фенотип, который может предотвратить использование ингибиторов BACE [168].

APP и пресенилины (γ-секретаза)

APP плюс пресенилин

Совместная трансфекция мутированного человека (M146L или M146V) пресенилина 1 значительно снижает возраст, при котором первые бляшки обнаруживаются [89, 131, 216], скорее всего, путем увеличения количества секретируемого Aβ42. Wild-type PS1 или PS2 не имеет эффекта [89]. У мышей C3-3, пересекающихся с мышами, экспрессирующими мутант PS1, отложения Aβ видны через девять месяцев (вместо 18) [30, 31]. Линия PSAPP была получена путем пересечения мышей Tg2576 с мышами, экспрессирующими человеческий PS1M146L. Амилоидные отложения присутствуют через шесть месяцев (девять месяцев в линии мыши Tg2576). В модели мыши APPSLPS1M146L, разработанной Санофи-Авентисом, ген hAPP751, несущий как шведские, так и лондонские мутации (K670N / M671L и V717I) под контролем промотора Thy-1, связан с человеческим мутантным геном пресенилина-1 ( PS-1 M146L) под промотором HMG-CoA-редуктазы (что позволяет использовать предпочтительную церебральную экспрессию). Через 2 месяца наблюдается внутриклеточное накопление Aβ-пептида, а бляшки Aβ появляются уже через три месяца [26, 186]. Аналогичная линия мыши с мутациями M233T / L235P, сбитыми в гене PS1 (APPSLPS1ki), развивает очень агрессивную форму заболевания с заметной потерей нейронов в секторе CA1 [48].

Совместная экспрессия hAPP со шведской двойной мутацией (K670N / M671L) и PS1 с мутацией L166P под контролем нейро-специфического промотора Thy1 (мыши APPPS1) резко снижает возраст, при котором видны первые поражения: церебральный амилоидоз начинается через 6-8 недель, а количество микроглиальных клеток увеличивается в три раза от одного до восьми месяцев. Потери нейронов кажутся минимальными [249].

Модель 5XFAD была разработана для ускорения осаждения Aβ [231]; эти двойные трансгенные мыши APP / PS1 сосуществуют с пятью FAD мутациями [APP K670N / M671L (шведский) + I716V (Флорида) + V717I (Лондон) и PS1 M146L & L286V]. Внутриклеточное накопление Aβ42 наблюдается в возрасте 1,5 месяцев, а отложение амилоида начинается через два месяца.

Удаление экзона 9 в пресенилине 1 увеличивает у человека секрецию Aβ-пептида и связано с появлением крупных и однородных старческих бляшек, которые только слабо конгофильные (так называемые «бляшки из ваты»). Возникновение поражений ускоряется у мышей, когда ген hPS1 с удаленным экзоном 9 (линия S9) коэкспрессируется геном hAPP с помощью шведской мутации APP (линия C3-3), что дает линию APPswe / PS1dE9 [100, 191 ]. Первые отложения Aβ обнаруживаются в возрасте 4-5 месяцев. Удаление E9 гена PS1, а не инактивация гена, индуцирует усиление функции.

APP минус пресенилин

Мыши PS1 с нокаутом (KO) нежизнеспособны. Они имеют скелетные и ЦНС дефициты (кровоизлияния, дефицитный нейрогенез), которые частично могут быть связаны с ролью γ-секретазы в передаче Notch [279]. Используя стратегию loxP / Cre-рекомбиназы, Dewachter et al. удалось создать постнатальную, нейроновую, мышь PS1 KO. Отсутствие пресенилина 1 предотвращало образование отложений Aβ-пептидов [77]. Однако когнитивный дефицит (тест распознавания объектов) все еще присутствовал в hAPP [V717I] × PS1 — / — мышах, дефицит, который авторы приписывали увеличению APP C99 (продукта расщепления BACE APP). Потенциальная токсичность C99 была протестирована на линии Tg 13592, в которой дефицит пространственного обучения наблюдался в отсутствие отложений головного мозга Aβ.

Α-секретаза расщепляет APP в последовательности Aβ. ADAM10-A Disintegrin And Metalloproteinase — в настоящее время является лучшим кандидатом для фермента, ответственного за активность α-секретазы [170]. Ген ADAM10 дикого типа, на линии мыши, несущей hAPP с лондонской мутацией, увеличивал альфа-расщепление APP, уменьшал концентрацию пептида Aβ и предотвращал образование отложений пептидов Aβ. Напротив, экспрессия неактивного мутанта ADAM10 ухудшила патологию [243].

неприлизина

Предполагается, что неприлизин (или нейтральная эндопептидаза 24.11 = NEP или CD10 или энкефалиназа), по меньшей мере, частично ответственен за деградацию пептида Aβ. Эта металлоэндопептидаза ингибируется фосфорамидоном и тиофеном [149]. Трансгенная экспрессия неприлизина улучшает патологию и поведение в линии мыши APP × PS1 с мутациями Швеции и Индианы [242]. Лентивирусный вектор, экспрессирующий человеческий неприлизин, уменьшает плотность бляшек наполовину [205].

Хроническая инфузия тиофена у крысы индуцирует осаждение Aβ [149]. Повышенная концентрация Aβ-пептида наблюдается у мышей NEP — / — [91, 148]. Амилоидоподобные отложения и признаки дегенерации нейронов наблюдались у пожилых неприлизин-дефицитных мышей [201]. Потеря функции НЭП у мышей APP заметно увеличивала нагрузку на гиппокампальную амилоидную бляшку и приводила к развитию амилоидной ангиопатии. Даже 50% -ное снижение активности нэпа было достаточным для увеличения амилоидной невропатологии [95]. Было показано, что мыши APP × NEP-KO развивают синаптические изменения и когнитивные дефициты, по-видимому, в связи с увеличением уровней олигомеров Aβ [138].

Трудность, связанная солюбилизирующим амилоидом, независимо от его состава, означала, что вопрос о ходе заболевания, если накопление Аβ прекращается, но амилоид остается на месте, остается открытым. Индуцируемая модель позволила изучить эволюцию бляшек после того, как трансген hAPP695 был инактивирован. Оказалось, что амилоидная патология не прогрессирует, но она не регрессирует. Амилоидное ядро ​​вызывало такое же воспаление и было окружено дистрофическими нейритами [152].

Изменения, наблюдаемые в этих различных моделях мыши, совместимы с когерентным видом метаболизма APP: APP расщепляется BACE1 и комплексом γ-секретазы для получения Aβ-пептида. Более высокие уровни Aβ наблюдаются при увеличении активности BACE или γ-секретазы. Когда концентрация Aβ является достаточной, отложения наблюдаются у мыши, но только если APP мутируется. Стимулирование пути α-секретазы (трансгенная линия ADAM10) или деградация трансгенной линии Aβ (NEP) улучшает патологию и поведение.

В следующем разделе мы рассмотрим с патологической точки зрения поражения, наблюдаемые в трансгенных линиях. Мы выделили ожидаемые изменения, изменения, которые присутствуют в человеке и отсутствуют у животного, и, наконец, поражения, которые поднимают новые вопросы или предлагают новые точки зрения.

Чтобы упростить терминологию, можно избежать как можно большего двусмысленного термина «старческая бляшка». Термин «диффузный» описывает неамилоидные (неконгофильные, нефибриллярные), большие и нерегулярные отложения Aβ; термин «фокаль» описывает небольшие сферические, интенсивно-иммунореактивные отложения Aβ; и термин «амилоид» используется для отложений, окрашенных тиофлавином-S или конго красным.

Во многих отношениях трансгенные мыши APP имитируют амилоидный аспект патологии AD.

Хотя избыточная экспрессия APP остается примерно постоянной в течение жизни трансгенных мышей APP, уровень Aβ увеличивается с возрастом. Например, в линии мыши PDAPP концентрации Aβ увеличиваются в 17 раз в гиппокампе в возрасте от четырех до восьми месяцев, а на 18 месяцев более чем в 500 раз, что через четыре месяца [158]. С данного возраста мыши, которые производят большое количество Aβ42, развивают видимые отложения сначала в гиппокампе и изокортексе и вторично в некоторых подкорковых ядрах. Хотя топография поражений зависит от трансгенного промотора, следует подчеркнуть, что осаждение имеет ламинарный рисунок, который предполагает, что Aβ42 секретируется в терминальном поле нейронов, вероятно, так же, как и у людей. В некоторых строках это особенно поражает перфорантный путь, связывающий нейроны слоя II энторинальной коры с внешним молекулярным слоем зубчатой ​​извилины [293]. Разделение перфорантного пути предотвращает образование амилоидных отложений в молекулярном слое зубчатой ​​извилины [188]. Отложения представляют собой конго красный и тиофлавин S положительный и изготовлены из амилоидных фибрилл диаметром 9-11 нм, как в AD. Процесс, с помощью которого образуются амилоидные фибриллы, не является механическим следствием увеличения избыточной экспрессии APP и концентрации Aβ-пептида. APP может выражаться на более высоких уровнях в регионах, лишенных бляшек, чем в районах, где они обильны [158]. Было показано, что осаждение Aβ можно резко ускорить путем инъекции амилоидных веществ у более старых трансгенных мышей или даже из амилоида человека. Как ни странно, несколько аналогично тому, что наблюдалось при прионных заболеваниях, фибриллы, полученные простым синтетическим пептидом, осажденным в растворе, неэффективны [218, 319].

Амилоидная ангиопатия распространена у трансгенных мышей APP [127]. Было распространено мнение, что отложение Aβ в стенках сосудов перфорирующих артерий и субарахноидальных сосудов объясняется секрецией пептида Aβ гладкими сосудистыми мышечными клетками [338]. Мышей Tg продемонстрировали, что это далеко не всегда верно. В некоторых трансгенных линиях амилоидная ангиопатия проявляется особенно заметно, как в линии, полученной Van Dorpe et al. (695 изоформа hAPP-лондоновой мутации V717I, промотор мыши Thy1) [315] и в линии APP23 (изоформа 751 APP со шведской мутацией, промотор Thy-1,2 мыши) [43]. Роль отношения Aβ42 / Aβ40 является важной детерминантой распределения Aβ в сосудах или паренхиме: мыши APPDutch (E693Q APP751) развивают выраженную амилоидную ангиопатию, связанную с повышенным уровнем Aβ40. Однако мыши APPDutch, пересекающиеся с мышами PS1G384A Tg, в основном развивают паренхиматозные отложения с увеличенным отношением Aβ42 к Aβ40 [126]. Поскольку осаждение наблюдается в трансгенных линиях, в которых пептид Aβ экспрессируется под промотором нейронов, весьма вероятно, что пептид, продуцируемый нейронами, накапливается в стенках сосуда [43, 315]. Это совместимо с теорией, выдвинутой Weller et al. что пептид Aβ слит с промежуточной жидкостью через периваскулярное пространство (в направлении, противоположном артериальному кровотоку) [328]. Недавно пептид Aβ был обнаружен в периваскулярном пространстве мышей APP23, а также в небольших количествах у животных старшего возраста дикого типа. Aβ колокализуется с помощью ApoE, предполагая, что дренаж Aβ может включать взаимодействие с ApoE [301].

Иммунореактивность синаптофизина

Потеря иммунореактивности синаптофизина (IR) считается признаком AD-патологии и наилучшим коррелятом когнитивного дефицита [298], однако мнение, которое, однако, обсуждалось [79]. Результаты у мышей Tg были противоречивыми. В некоторых исследованиях сообщалось об отсутствии изменений: например, в линии мыши APP23 не было обнаружено никакой потери синаптофизина IR, несмотря на устойчивое осаждение Aβ [28]. Потеря может быть тонкой: на линии мыши APP TG2576 потери первоначально не наблюдались, а скорее увеличение, коррелированное с дефицитом синаптической функции [165]; более исчерпывающий стереологический и ультраструктурный анализ в той же линии обнаружил уменьшение синаптической плотности внешнего молекулярного слоя зубчатой ​​извилины в тесной связи с отложениями Aβ [87]. В некоторых исследованиях сообщалось о воспроизводимой потере синаптофизина IR. Снижение плотности пресинаптических терминалов предшествует нескольким месяцам внеклеточного осаждения Aβ-пептида в линии H6 (см. Выше) [136]. Зависимое от возраста снижение ИК синаптофизина было зарегистрировано в линии мышей PDAPP [84]. Mucke et al. создали несколько линий мыши, экспрессирующих APP с диким или мутированным человеком. На том же уровне экспрессии hAPP внеклеточные отложения Aβ-пептида наблюдаются только тогда, когда APP мутируется, даже когда уровень Aβ42 высок. Плотность синаптофизина IR даже оказывается сниженной у мышей, экспрессирующих APP дикого типа без отложений Aβ. Он обратно коррелирует с уровнем Aβ42, но не обязательно связан с высокой нагрузкой на бляшку или с высоким уровнем экспрессии APP [222]. Таким образом, синаптические изменения могут наблюдаться в отсутствие внеклеточного осаждения Aβ-пептида. Более того, связанное с возрастом снижение синаптофизина IR наблюдалось у однократно трансгенных мышей PS1 [263]. Пресинаптические маркеры синаптофизина и синтаксина, а также постсинаптическая плотность-95 уменьшались с возрастом в модели 5XFAD [231].

Плотность дендритных шипов уменьшается в секторе CA1 PDAPP и Tg2576 до осаждения Aβ [187]. Было высказано предположение, что потеря дендритных шипов может быть связана с токсичностью Aβ-олигомеров. Плотность шипов пирамидальных нейронов крысы в ​​культуре уменьшалась после воздействия пикомолярных уровней растворимых олигомеров пептида Aβ. Этот эффект опосредуется глутаматным рецептором NMDA и является обратимым [278]. А-образующие олигомеры (ADDLs) избирательно связываются с постсинаптической плотностью предположительно возбуждающих нейронов (экономящих ингибирующие ГАМКергические) в культурах высокодифференцированных нейронов гиппокампа. Это связывание связано с уменьшением экспрессии мембран рецепторов NMDA и EphB2 и с появлением аномально длинных тонких шипов [177].

Хотя влияние на шипы, вероятно, вызвано Aβ-растворимыми олигомерами, более крупные изменения, наблюдаемые на дендритных деревьях, по-видимому, более прямо коррелируют с фибриллярными амилоидными отложениями. В трансгенной линии Tg2576 дендритная плотность уменьшается в границах бляшек амилоида-бета с наибольшей потерей (около 80%) в положительных сердечниках тиофлавина S. Процессы аномально изогнуты [190]. В той же строке in vivo визуализация с использованием многофотонной конфокальной микроскопии выявляет потерю спинного хребта и атрофию стволов дендритов вблизи отложений Aβ [304].

В заключение, данные в литературе указывают на регулярное снижение пресинаптического маркера синаптофизина у трансгенных мышей APP; это снижение можно наблюдать в отсутствие отложений Aβ (но с высокими концентрациями Aβ42), а также наблюдалось у трансгенных мышей PS1. С другой стороны, фибриллярные отложения Aβ-пептида изменяют дендриты.

Долгосрочное потенцирование и Aβ-олигомеры

Долгосрочное потенцирование (LTP) — это усиленная синаптическая передача, наблюдаемая в синапсах, которые ранее были стимулированы. Он изучается с помощью электрофизиологических средств ex vivo (срезы мозга) или in vivo. Было показано, что LTP, который можно рассматривать как механизм, который поддерживает функции обучения и памяти, сильно поврежден у старых мышей Tg2576 [51]. В модели мыши PDAPP аномальная нейротрансмиссия в схемах гиппокампа может быть обнаружена до образования внеклеточных отложений Aβ-пептидов [104]. Aβ-пептидные олигомеры быстро и значительно блокируют LTP [320]. Мутация PS1 сама по себе также может вызывать аномалии в синаптической передаче, которые аналогичны тем, которые наблюдаются после применения пептида Aβ42 и, вероятно, связаны с уменьшением числа синапсов [187], а не с модуляцией их функции [246].

В заключение, данные в литературе показывают, что синаптические изменения могут быть непосредственно связаны с высокой концентрацией Aβ42, конформация амилоида, вероятно, добавляет некоторые дополнительные вредные ограничения на дендриты. Они также предполагают, что электрофизиологические изменения могут присутствовать в отсутствие структурных изменений и что Aβ-олигомеры ответственны за эти изменения.

Синапсы и соединения

Уже давно известно, что нейриты, содержащие корону старческой бляшки, содержат синапсы. Происхождение аксонов, которые способствуют этой «иннервации» мемориальной доски, неизвестно, за исключением редких случаев (например, аксоны в поверхностной части молекулярного слоя зубчатой ​​извилины происходят из энторинальной коры, они, вероятно, в большой степени способствуют иннервация бляшек в этом регионе). Было возможно отслеживать кортикокортикальные связи с антероградным трассером у мышей APPxPS1 и показать, что некоторые из них вступают в контакт с ядром бляшки, тогда как таламические соединения, например, избегают бляшки, следуя кривой траектории (рис.1а, б) [74, 75]. Энторинальные аксоны образуют дистрофические бутоны, контактирующие с отложениями Aβ, расположенными в области интрахинальной проекции зубчатой ​​извилины [241]; были обнаружены аберрантные бутоны, связанные с амилоидом в эктопических местах в пределах гиппокампа, таламуса, участков белого вещества, а также окружающего сосудистого амилоида [241]. Эти данные показывают наличие глубоких изменений в нейронных связях, которые были недооценены и, вероятно, способствовали деменции. Фиг.1а-bСоединения бляшек. a Антероградный трассирующий биотинилированный декстрановый амин (BDA) вводили в медиоордальное ядро ​​таламуса. Префронтальную кору рассматривали после окрашивания в Конго красным. Антероградно маркированные волокна показаны коричневым (длинная стрелка). Обычные соединения присутствуют и избегают бляшки, сердцевина которой окрашена красным конго (маленькая стрелка). b BDA вводили в заднюю конусообразную кору. Маркированные волокна видны в зрительной коре (черный), которая обычно связана с задней корой коры. Несколько волокон (стрелки) вступают в контакт с амилоидным депонированием (коричневые, иммуноблочные из поликлонального антитела против Aβ42) и кажутся дистрофическими. Бар = 10 мкм для a и b. Этот эксперимент предполагает, что только подмножество корковых связей «иннервирует» зубной налет [75]

Амилоидные отложения вызывают массовые изменения в окружающих их нейритах (корона мемориальной доски). Они маркируются антинейрофиламентом и антителами против APP (линия мышей PDAPP, 10-12 месяцев) [207]. Иммунореактивность таунов коронных нейритов привлекла много внимания, поскольку она может составлять недостающее звено между патологией Aβ и tau. Phosphorylated tau и ubiquitin эпитопы обычно появляются поздно, спустя 14 месяцев в линии PDAPP [207]. Никаких парных спиральных нитей (PHF) не было идентифицировано при электронной микроскопии [207] (с заметным исключением Kurt et al. [176]). Дистрофические нейриты у мыши Tg2576 обогащены GSK3β, что говорит о том, что эта киназа в основном ответственна за tau-фосфорилирование [303]. В модели APPSwe / L × PS1 большинство отложений Aβ-пептидов окружено большим количеством вырождающихся нейритов, содержащих APP, убиквитин и марганец-зависимую супероксиддисмутазу. Митохондриальные маркеры (цитохром c, цитохромоксидаза 1 и Bax) также присутствуют в этих дегенерирующих нейритах. Фосфорилированная тау иммунореактивность появляется поздно и развивается медленными темпами [25].

Накопление нейрофиламентных, APP, тау и ubiquitin эпитопов связано с морфологическими изменениями нейритов. Амилоидное ядро ​​бляшек у мышей PDAPP, скрещенных с мышами, сверхэкспрессирующими желтый флуоресцентный белок (YFP) в подмножестве нейронов, окружено заметно увеличенными мечеными YFP аксональными и дендритными варикозами [36]. Геометрия нейритов в или вблизи амилоидного ядра модифицирована [190]. Наличие аномальных аксональных варикозностей вблизи фибриллярных отложений также наблюдалось in vivo транскраниальной двухфотонной визуализацией [304] (Tg2576). Одним из возможных причин этих изменений считается изменение переноса аксонов: в белом веществе спинного мозга [337] наблюдаются сфероиды и миелиновые овуиды, аксоновское накопление APP, нейрофиламент и убиквитин [337] в APP × PS1 и APP × PS1-Ki линии, разработанные Санофи-Авентисом [26, 336, 337]. Антероградное отслеживание корковых связей также выявило аномальные бутоны, контактирующие с амилоидным сердечником [75, 241] (рис.1a, b). Трассировка соединений DiI, липофильного карбоцианинового красителя, использовалась Capetillo-Zarate et al. [45]. Они обнаружили в линии мыши APP23 выборочную уязвимость комиссуральных нейронов.

Потери клеток, поражающие холинергические области базального переднего мозга (наблюдаемые у пациентов с AD [330]), не были зарегистрированы у трансгенных мышей ([125], рассмотренных в [102]), за исключением модели трисомии 21 (трисомия 16 у мыши) [141 , 265]. Дистрофические холинергические нейриты, напротив, регулярно наблюдаются при контакте с конгофильными бляшками [38, 200, 292]. В нескольких исследованиях продемонстрировано снижение холинергических терминалов у трансгенных мышей APP [103] или APP / PS1 [342] (см., Однако, [81] для смешанных результатов). Мышца Tg2576 демонстрирует значительное повышение плотности холинергических синапсов в лобной и теменной коре, но в двойном трансгенном Tg2576 × PS1M146L плотность холинергических синапсов значительно снижается в лобной коре. Размер этих синапсов меньше, чем у животных дикого типа в лобной коре и гиппокампе [342]. Также упоминается реорганизация холинергической иннервации (восстановление ацетилхолинэстераз-положительных волокон в субикулуме, увеличение плотности волокон в СА1 и в зубчатой ​​извилине) [38]. Незначительные изменения в высвобождении ацетилхолина измерялись микродиализом [121]. Снижение ферментативной активности холинергических, серотонинергических и норадренергических систем наблюдалось только в более агрессивных моделях, таких как APP23 [311]. Эти данные показывают, что изменения в нейротрансмиссии, насколько известно, ограничены у мышей APP Tg, которые поэтому плохо адаптированы к тестированию терапевтических средств, направленных на улучшение нейротрансмиссии в AD.

Несмотря на много сходства между патологией AD и его Tg-моделями, мышь APP Tg не является идеальной копией AD. Самое яркое различие заключается в отсутствии NFT. Даже если гиперфосфорилированное тау было обнаружено с помощью иммуногистохимических методов, как мы видели, PHF, насколько нам известно, так и не был найден. Связь, которая была постулирована в каскадной гипотезе между изменением метаболизма APP и накоплением тау, не была воспроизведена, и причина этой неудачи пока неизвестна. С другой стороны, большое преобладание осаждения Aβ на всех других поражениях у мышей Tg дает новую возможность изучить эффект накопления Aβ, как если бы он был изолирован, а не смешан с тау-патологией.

Трансгенные животные, позволив исследовать неизведанные территории, выявили новые патогенные возможности, хотя многие из них еще не могут быть доказаны в человеке. С другой стороны, существуют некоторые расхождения между данными, полученными у мышей и человека, которые остаются необъясненными. В этом разделе мы обсудим расхождения и открытые вопросы.

Атрофия медиальной части височной доли, в том числе энторинальной коры, гиппокампа и миндалины, вероятно, является одним из наиболее известных признаков AD. Атрофия также была обнаружена в основных трансгенных линиях APP, но с неожиданным временем. Большинство исследований, которые оценивали атрофию мозга у трансгенных мышей, были проведены в модели PDAPP [84, 109, 250, 309, 327]. В этих исследованиях сообщалось об уменьшении объема гиппокампа и острой атрофии или агенезии волоконных путей (fornix и corpus callosum). Изменения наблюдаются у молодых животных (три месяца) до накопления Aβ и не показывают дальнейшего ухудшения у более старых мышей [84, 109, 250, 309, 327]. Их следует рассматривать параллельно с трудностями, возникающими при поиске значительной потери нейронов у животных Tg (см. Следующий раздел «Потери нейронов»). Поэтому атрофия у мышей Tg может быть следствием дефекта развития [124, 202], который может быть усилен штаммами с конкретными генетическими фонами [202]. Это наблюдение указывает на возможность того, что некоторые функциональные изменения, наблюдаемые у мышей Tg, связаны с изменениями развития, а не с накоплением Aβ-пептида. Альтернативно, атрофия может быть связана с ранними изменениями, вызванными токсичностью олигомеров А до образования бляшек.

Сравнение MRI на мышах APP / PS1 Tg (Double Thy1 APP751 SL × HMG PS1 M146L, разработанное Санофи-Авентисом [26]) с бесщелевыми мышами PS1 Tg не выявило атрофии у молодых животных APP / PS1. Объем гиппокампа не зависит от избыточной экспрессии APP, независимо от возраста. Тем не менее, атрофия, связанная с возрастом, встречается у мышей APP / PS1 с участием задних областей мозга, включая средний мозг и внутреннюю капсулу, мозоль тела и сундук. Модель атрофии, которая включает белое вещество и в значительной степени избавляет от изокорта и гиппокампа, отличается от таковой у пациентов с АД [76].

В противоположность общепринятому мнению о том, что гибель нейронов является сущностью патологии Альцгеймера, потеря нейронов особенно трудно оценить, и были высказаны противоположные взгляды относительно ее курса и тяжести в AD (см., Например, [108, 254]). Грубо говоря, были высказаны два противоположных мнения. Для некоторых нейротоксичность Aβ-пептида непосредственно ответственна за гибель нейронов [348]. Многочисленные клеточные модели действительно продемонстрировали in vitro токсичность пептида (или даже части пептида) и дали количественную оценку клеточной смерти, которую он вызывает. Однако пока неясно, как эти результаты, полученные за пределами живой ткани, могут быть перенесены на весь мозг. Например, у человека большие диффузные отложения обычно встречаются у людей с нормальным старением, а также при отсутствии явной гибели нейронов; они могут окружать нормальные нейроны [73, 80]. С другой стороны, нейрофибриллярная патология часто была инкриминирована как прямая причина смерти нейронов. «Призрачные путаницы» (т. Е. Путаницы, оставленные во внеклеточном пространстве после смерти нейронов, которые содержали их) являются прямым доказательством смерти нейронов, вызванной или, по крайней мере, связанной с НТФ [33]. Наконец, другие, пока неизвестные механизмы были инкриминированы [108].

Противоречивые результаты были получены и для трансгенных мышей, и парадоксальное увеличение числа нейронов даже было замечено у молодых животных линии мыши APP23 [29]. Как правило, потери нейронов были мягкими или отсутствовали в однородных трансгенных линиях: в изокортексе или гиппокампе мышей PDAPP не было обнаружено значительной потери нейронов [146], за исключением непосредственной близости от амилоидных очаговых отложений [307] и у мышей Tg2576 [145]. Легкая потеря нейронов была описана, например, в линии мыши APP23 [44] и в секторе CA3 мышей PDAPP [136]. Напротив, потеря нейронов оказалась умеренной или тяжелой у двух трансгенных мышей (Tg2576 × PS1-M146L [307], шведские и лондонские мутации × PS1 (M146L) [271], шведские и лондонские мутации × постучали в PS1 (M146L ) [48], 5 × FAD [231]). В большинстве линий потеря нейронов включает в себя гиппокамп (за некоторыми исключениями — конусообразные коры: мыши PSAPP [307], слой V изосорки [231]). Обсуждалась причина потери нейронов: пептид Aβ42 с высокой концентрацией [231], амилоидные отложения Aβ [307]; внутриклеточный Аβ [48]. Однако существует некоторое мнение о том, что возможный токсический эффект пептида Aβ на нейронах не является прямым, так как потеря не коррелирует с амилоидной нагрузкой, может отсутствовать в регионах, богатых отложениями Aβ, и, наоборот, можно увидеть на некотором расстоянии от них [271].

Различные изоформы пептида Aβ являются основными [260] и, возможно, единственным [283], составляющим сердцевину старческой бляшки, наблюдаемой у человека. Эти изоформы включают полноразмерные Aβ-пептиды 42 и 40, а также N-усеченные молекулы, которые могут представлять до 60% всех видов Aβ. Основные усеченные варианты состоят из пептида Aβ, начиная с AA 2-5 и 8-10 [275]. Последующая модификация приводит к изменению молекулы Aβ: изомеризация, рацемизация, образование пироглутамила, окисление и ковалентная связь димеров Aβ [175]. Как следствие, Aβ-пептид человеческой старческой бляшки особенно сложно солюбилизировать.

Отложения Aβ, наблюдаемые у трансгенных мышей, напоминают те, которые изображены у пациентов-пациентов, демонстрируют классическую иммунореактивность с конкретными анти-Аβ-антителами, а также амилоидные характеристики после гистохимического окрашивания (зеленая флуоресценция с красным двулучепреломлением тиофлавина-S и Конго при поляризованном свете). Отложения пептида Aβ у мышей APP Tg содержат Aβ40 и Aβ42, как и у человека [297], но имеют разные физико-химические характеристики. В отличие от того, что наблюдается у человека, у мышей APP23 Tg [175], как и у мышей Tg2576 [159], пептид Aβ полностью растворим в буферах, содержащих SDS. Это объясняется отсутствием посттрансляционных изменений, которые наблюдаются у человека [175]. Весьма интригует слабое сродство трансгенного мышиного амилоида к соединению Питтсбурга-B (PIB), которое используется в человеке для визуализации старческих бляшек [167]. Изменения в сродстве могут быть вызваны различиями во вторичных структурах пептидов Aβ, депонированных в тканях мозга человека и мышей.

Топография отложений Aβ следует в человеке стереотипной прогрессией, которая была формализована Thal et al. [302] (изокортекс, гиппокамп, базальные ганглии, мозговой мозг, мозжечок). Эта прогрессия не реплицируется у мышей Tg, где отложения Aβ часто в основном влияют на гиппокамп и где он во многом зависит от используемого промотора.

Обилие, значимость и даже присутствие внутрипанельного Aβ-пептида (IAβ) у человека все еще обсуждается. Поскольку трудно отличить липофусцин, IAβ, вероятно, недооценивается в нейропатологии человека. Технический фактор, изменяющий IR пептида Aβ, возможно, способствовал этой недооценке: использование тепла усиливает визуализацию IAβ, но муравьиная кислота препятствует этому [70, 71, 238]. Муравьиную кислоту обычно используют для усиления IR внеклеточного Aβ. Использование антител, направленных к N- и С-концу пептида, показало, что IAβ в основном состоит из 42 изоформ и N-усечена (см., Например, [113, 325]). Таким образом, IAβ может быть продуктом расщепления α- и γ-секретаз. Существует несколько разногласий относительно обилия внутриклеточного пептида Aβ: Wegiel et al. обнаруживает его даже в глии и в молодом возрасте. Для них он не связан с патологией AD, поскольку он наблюдается в регионах, где осаждение Aβ не происходит [325]. С другой стороны, для других интранейрональное накопление Aβ, которое происходит внутри мультивезикулярных тел [294] (специализированная форма лизосом), является существенным фактором патогенеза [18, 113, 178, 294, 334]. Это наблюдалось у пациентов с синдромом Дауна до появления старческих бляшек [115, 221] и, как сообщается, присутствовало в уязвимых регионах до развития полномасштабной патологии [113].

Эта точка зрения была стимулирована анализом мышей Tg. Большие гранулы, содержащие иммунореактивность Aβ-пептида, действительно наблюдались внутри кортикальных нейронов нескольких трансгенных линий, таких как мыши Tg2576 [113, 294], APPSLPS1M146L [186, 335], APPSLPS1 M146LKI [48] и мыши 3 × Tg-AD [233 , 234]. В трансгенных моделях интраневронное накопление Aβ легко идентифицировать и гораздо проще отличить от липофусцина, чем от человека. Плотность внутрирангового пептида Aβ уменьшается, а плотность внеклеточных отложений Aβ увеличивается [186, 234, 335], что указывает на то, что секреция внутриклеточного Aβ ответственна за ее внеклеточное накопление (рис.2). Удаление внеклеточных отложений Aβ (путем иммунотерапии) вскоре сопровождается зазором внутрирангового Aβ, что указывает на динамический баланс между двумя пулами [234]. Рисунок 2 Сравнение внеклеточного осаждения и внутриклеточного накопления Aβ-пептида у мышей APPxPS1 Tg. Изучали пять иллюстративных мышей, взятых в возрасте 2, 5, 9, 11 и 15 месяцев. Разделы толщиной 25 мкм были иммунизированы антителом против Aβ8-17 (клон 6F / D3, Dako, Glostrup). Внеклеточные отложения Aβ-пептида нанесены на левую сторону зеленым; внутриклеточные гранулы Aβ-пептида показаны красным с правой стороны. Внутриклеточная Аβ видна через два месяца, до появления внеклеточных отложений. Плотность внутриклеточного Aβ уменьшается с увеличением плотности внеклеточных отложений Aβ-пептида. Шкала шкалы = 1 мм. Изменено из [186]

В заключение, частота накопления внутриклеточного Aβ-пептида и его временная связь с внеклеточными отложениями у трансгенных мышей ставят новые вопросы: внутриклеточное накопление также является постоянной стадией невропатологии AD? Если каскадная гипотеза будет соответствующим образом изменена [334]? Напротив, это связано с перепроизводством Aβ-пептида, наблюдаемым только в подмножестве AD (генетические случаи)? Является ли его легкое признание у животных Tg простым следствием искусственной сверхэкспрессии APP? Если внеклеточный Aβ возникает во внутриклеточном пуле, почему внеклеточный пул состоит только из N-усеченных видов? Ни один другой пример лучше не иллюстрирует взаимодействие между AD и его экспериментальными моделями. Акцент, сделанный на внутриклеточном Aβ, явно является следствием исследования трансгенных мышей. С другой стороны, его значение в моделях Tg привело к переоценке его роли в человеке.

Многофотонная конфокальная микроскопия, которая не индуцирует поражения, вызванные высокой энергией лазерного луча, используемого в стандартной конфокальной микроскопии, позволяет исследовать живую ткань. Этот метод был применен к живым трансгенным животным, так что кору можно визуализировать через окно, сделанное в черепе. Наблюдения, проведенные в течение нескольких месяцев, дали новое представление о кинетике отложений Aβ в паренхиме и в стенках сосуда: быстро развиваются очаговые амилоидные отложения. За ними можно было следить за периодами до пяти месяцев. Большинство из них остаются стабильными по размеру и форме. Только небольшая популяция месторождений росла или уменьшалась у мышей Tg2576 [59]. Местное применение анти-Aβ-антител очищало диффузные и очаговые отложения в течение 3-8-дневного периода [14].

Интракортикальные инъекции аденоассоциированного вируса (AAV), содержащие ген для расширенного GFP в TG2576, позволили визуализировать некоторые нейроны, процессы которых можно было наблюдать на больших расстояниях. Около 14% всех дистрофических процессов, контактирующих с амилоидным ядром, были дендритными. Нейриты не проникали в плотные амилоидные ядра, но изогнулись вокруг них. Существенный дефицит плотности позвоночника (-50%) был замечен на расстоянии 20 мкм от края бляшки. Снижение (-25%) также произошло на дендритах, не связанных с бляшками. Бляшки и дендриты оставались стабильными в течение недель наблюдения [286]. В другом исследовании, использующем ту же методологию, было обнаружено, что небольшое количество шипов (около 5%) проявляется с интервалом в один час в контрольных группах, уравновешенном аналогичным процентом шипов, которые исчезли. У мышей Tg2576 увеличение позвоночника увеличилось, что привело к потере позвоночника, особенно в непосредственной близости от бляшек [287]. В другом эксперименте дистрофические нейриты, окружающие амилоидный сердечник, были визуализированы их спонтанной флуоресценцией в модели PDAPP / YFP, упомянутой ранее, тогда как амилоидный сердечник был обнаружен in vivo-флуорофором метокси-X04, который имеет высокое сродство к амилоиду. Дистрофические нейриты оказались стабильными в течение трех дней. Антитела, нанесенные на поверхность мозга, частично очищали отложения Aβ, но также значительно улучшали нейритовую дистрофию в течение трех дней [35]. У мышей Tg2576 метокси-X04 обнаруживает, что первые сосудистые амилоидные отложения включают лептоменингиальные артерии в виде многофокальных отложений полосообразного Aβ. Новые наблюдения, проведенные с недельными интервалами, показали увеличение числа амилоидных полос и расширение уже присутствующих. Со временем распространение существующих полос настигло начало новых [255]. В заключение, эти наблюдения кинетики поражения указывают на то, что амилоидные отложения относительно стабильны и что амилоидная ангиопатия прогрессирует первоначально, инициируя новые очаги осаждения, а затем увеличивая их размер. Изучение дистрофических нейритов предполагает, что они относительно инертны, а небольшая популяция шипов непрерывно модифицируется пластическими изменениями. Увеличение числа исчезающих шипов, не сбалансированных аналогичным увеличением числа новых шипов, объясняет потерю шипов, обнаруженную в линии мыши Tg2576.

Наличие микроглии в старческом бляшке и астроцитах, окружающих амилоидное ядро, известно давно и упоминается в классических учебниках. Было показано, что эти глиальные клетки выражают многочисленные воспалительные цитокины (см. [2]). Присутствие микроглии и астроцитов вокруг очаговых отложений Aβ было в значительной степени зарегистрировано у мышей Tg. Первые воспалительные изменения наблюдаются довольно рано, перед любым видимым отложением Aβ. Они связаны с повышенной активностью BACE [123]. Однако обсуждаются цитокины, выражения которых индуцируются пептидом Aβ, особенно пептидом в его фибриллярной форме, и в литературе опубликованы противоречивые результаты [20, 209, 217]. В линии мыши Tg2576, например, IL-1β и TNF-α-иммуноположительные микроглии, а также иммуноположительные астроциты IL6 были обнаружены в тесном контакте с амилоидными Aβ-отложениями [20]; авторы делают вывод, что эти изменения аналогичны тем, которые наблюдаются у человека. Mehlhorn и др., В той же линии мыши, обнаружили только избыточную экспрессию IL-1β в реактивных астроцитах, которые окружали амилоидные отложения, и пришли к выводу, что локальный иммунный ответ в трансгенном мозге мыши Tg2576 отличается от наблюдаемого у мозга от AD пациентов [217]. Микроглиальные клетки, присутствующие в бляшке, частично получены из костного мозга, что продемонстрировано путем прививки костного мозга от мышей, выражающих усиленный зеленый флуоресцентный белок. Флуоресцентная микроглия была обнаружена вокруг амилоидных отложений, когда трансплантат был выполнен до начала патологии; они были менее многочисленны, когда трансплантат был сделан у старого животного [204]. Наличие активированных микроглиальных клеток, контактирующих с отложениями Aβ, объяснялось по-разному: для Wegiel et al. [324, 326], микроглиальная клетка является «движущей силой», ответственной за превращение нефибриллярного Aβ в конгофильные амилоидные отложения, тогда как для других он связан с воспалением, которое связано с амилоидным сердечником [20, 295]. Эффекты воспаления также обсуждались и захватывались с помощью трансгенной технологии. Следует отметить, что несколько экспериментальных данных выявили положительную роль воспаления. Сверхэкспрессия TGF-β1 способствовала очищению паренхимы Aβ микроглиальными клетками, но увеличивала амилоидную ангиопатию [343]. Уровень C3-фактора комплемента был повышен у этих мышей. Чтобы ингибировать С3, белок γ, связанный с рецептором растворимого комплемента, ингибитор комплемента, был экспрессирован с помощью hAPP. Патология амилоидов была увеличена в два-три раза, что говорит о том, что активация комплемента, которая имела место у мышей Tg, была полезной [345]. Ингибирование C1q (компонента распознавания классического пути активации комплемента) имело противоположный (хотя и менее выраженный) эффект. Отсутствие его гена у мышей Tg2576 и у мышей APP / PS1 не изменяло количества осаждения Aβ и его амилоидной трансформации. Однако это было связано с более низким уровнем глиальной активации вокруг отложений Aβ и улучшением потери синаптофизина и иммунореактивности MAP2. Отложения Aβ были уменьшены, когда двойные трансгенные мыши APPswe / PS1 delta E9 были скрещены с мышами, сверхэкспрессирующими IL-1 β [277]. Инъекция липополисахарида в гиппокамп мышей APP / PS1 стимулировала рекрутирование микроглии и снижение нагрузки Aβ [204]. Также ясно, что пассивная или активная иммунотерапия, которая приносит анти-Aβ-антитела в контакт с амилоидными отложениями, дает впечатляющие результаты в мыши PDAPP [269] и указывает, что воспаление не обязательно вредно.

Однако преимущества воспаления должны быть противопоставлены вредному эффекту, наблюдаемому после сверхэкспрессии нескольких воспалительных белков. Эти данные помогли пропагандировать противовоспалительную стратегию в AD: α1-антихимотрипсин, острый фазовый воспалительный белок, способствовали патологии амилоидов при совместном экспрессии с помощью hAPP у мышей с однократным Tg [224, 230]. Коэкспрессия Cox2, фермента, участвующего в воспалении и ингибированного классом противовоспалительных препаратов, с APPswe и PS1A246E не изменяла патологию Aβ, но индуцировала увеличение количества фосфорилированного ретинобластомы (pRb) опухолевого супрессорного белка и активной каспазы-3 иммуноположительные нейроны [346].

В заключение, присутствие астроцитов и микроглии вокруг амилоидного ядра бляшки наблюдается как у человека, так и у мышей Tg. Однако воспаление в последнем случае менее тяжелое [272]. Применяемые иммунологические механизмы, секретируемые цитокины и даже эффект (полезный или вредный) воспаления остаются источником большого обсуждения, с противоречивыми результатами, опубликованными в литературе. Однако впечатляющий эффект иммунотерапии показал, что микроглия, при правильном стимулировании, способна очищать внеклеточные отложения Aβ. Это говорит о том, что в целом инициирование адекватно ориентированного воспаления является лучшей стратегией, чем попытка заставить ее замолчать.

Было обнаружено, что нейрогенез, ограниченный зубчатой ​​извилиной и субвентрикулярной зоной у взрослого человека, усиливается при болезни Альцгеймера [157]. Большие расходящиеся результаты были получены в разных линиях мыши, экспрессирующих либо мутированный APP, либо мутированный APP с мутированным PS1. Двукратное увеличение включения BrdU у мышей PDAPP было первоначально описано Jin et al. [156]. Несколько авторов обнаружили, что пролиферация нейронных предшественников была уменьшена [86, 88, 122] с параллельным уменьшением их выживания [122] в связи с амилоидными отложениями [88] или даже до их появления [86]. Zhang et al. обнаружили, что влияние на нейрогенез связано с наличием мутантного гена PS1 [351]. Наконец, было обнаружено, что пролиферация была увеличена Verret et al., Тогда как выживаемость в течение четырех недель новорожденных нейронов была уменьшена в корреляции с отложениями Aβ [318]. Эффект также может зависеть от генотипа ApoE (см. Ниже).

В идеале, подражание поражениям мыши Tg должно вызывать клинические симптомы, сходные с теми, которые наблюдаются у человека; однако, как уже упоминалось, знаки во многом зависят от топографии изменений. Модель L1C1 может быть S0, если повреждения, хотя и являются хорошей копией того, что наблюдается у человека, не встречаются в правильном месте (см. «Знаки, повреждения, причина: ключ чтения SLC» выше). У нас будет возможность изучить такие ситуации у тау-мышей. Тем не менее, было сделано много попыток выделить конкретные признаки, которые можно было бы улучшить путем лечения, и позволили бы провести терапевтический скрининг.

Снижение терморегуляции и изменение структуры следа / сна были описаны у мышей PDAPP [139]. Изредка сообщается, что трансгенные мыши APP имеют уменьшенные массы тела и повышенную (преждевременную) летальность [57, 164, 166, 174, 220]. Эти изменения зависят от генетического фона и до сих пор плохо изучены: дефекты неврологического развития могут быть одним из факторов; острые события (такие как спонтанные эпилептические припадки) также могут сыграть свою роль.

Аномальное поведение, связанное с тревожностью, иногда отмечается у трансгенных мышей APP, принимающих форму либо неофобии, либо, наоборот, гипочувствительности и сниженного ингибирования [85, 101, 182, 237]. Анатомические корреляты этих поведенческих изменений неизвестны.

Признаки неврологических нарушений описаны как у одиночных APP, так и у трансгенных мышей с двойным APP / PS1 из разных линий (например, PDAPP, Tg2576, APP23, TgCRND8, APP / PS1). Дисфункция двигательного аппарата и трудности в координационных движениях проявляются в снижении прочности сцепления и изменении поведения на балке или ускоренном вращающемся устройстве (rotarod) [12, 164, 166, 310]. Целостность сенсорных функций не была полностью задокументирована у трансгенных мышей APP. Усиленный акустический (пусковой) рефлекс у мышей TgCRND8 может указывать на ненормальную обработку слуховых раздражителей [213]. Нарушения в визуально-ориентированной навигации (плавание в привязном месте в пространственной среде) могут отражать скомпрометированные визуальные способности [166]. Ряд исследований показывает, что трансгенные мыши APP являются гиперактивными [12, 85, 132, 166, 182, 237], но было показано, что локомоторная активность снижается в модели APP23, которая развивает тяжелую церебральную амилоидную ангиопатию в дополнение к паренхимным бляшкам Aβ [181, 310].

Основываясь на данных об амнезическом синдроме и ранней медиальной височной патологии у пациентов с АД, поведенческие исследования у трансгенных мышей APP в основном были сосредоточены на способности к обучению для задач, основанных на целостности гиппокампа. Для обзоров см. [13, 83, 129, 169].

(1) Водный лабиринт

Этот тест требует, чтобы животное находилось и плавало к невидимой платформе в резервуаре для воды. Во время обучения мышь должна строить «когнитивную карту» среды, представление, которое позволяет животному находить платформу независимо от того, куда она входит в пул. Грызуны с повреждением гиппокампа сильно повреждены. На сегодняшний день почти все трансгенные модели APP были проверены в задаче о лабиринте воды. Большинство этих исследований указывают на недостатки в навигационном поведении. Трансгенные мыши достигают цели позже, пройдя длинное расстояние; они могут испытывать трудности с запоминанием местоположения платформы при оценке в ходе пробных испытаний. Эти типы дефицита, некоторые из которых проявляют очень раннее начало [57, 310], наблюдались в PDAPP [53], Tg2576 [137, 329], APP23 [163, 181, 310], TgCRND8 [57] и пересекались Модели APP / PS1 [198]. Однако важно иметь в виду, что некоторые доклады не продемонстрировали значительного или устойчивого дефицита обучения и удержания в задаче о лабиринте воды [132, 164, 166] у трансгенных мышей APP и APP / PS1. Причины таких расхождений все еще не ясны.

(2) Пространственное чередование

Грызуны имеют естественную склонность чередовать свои посещения от уже опытных мест до новых. Такое поведение, которое может быть либо проанализировано спонтанно, либо обусловлено явным усиленным правилом чередования, требует неповрежденных возможностей рабочей памяти. Поражения гиппокампа, а также лобной коры нарушают пространственное чередование [180]. Спонтанное или усиленное пространственное чередование широко изучалось в модели Tg2576 с несколькими сообщениями, свидетельствующими о снижении производительности ([51, 65, 131, 137, 182, 237], однако [166] для смешанных результатов). Дефицит, как говорят, обнаруживается в раннем возрасте до открытого отложения Aβ и увеличивается с возрастом. Дефициты были сомнительными у женщин-мышей APP23 [181]. В дополнительных отчетах показано уменьшение пространственного чередования у двойных трансгенных мышей APPxPS1 ([131, 132, 333], см., Однако, [197]).

(3) Распознавание объектов

Визуальная память распознавания также чувствительна к гиппокампальной дисфункции. Объекты отображаются мыши во время фазы сбора. После переменной задержки (от нескольких минут до нескольких часов) мышь возвращается на тестовую арену, которая теперь содержит как знакомые (ранее показанные) объекты, так и новые. Естественной тенденцией грызунов является изучение новых объектов (притяжение новизны). Хорошая производительность в этом тесте зависит от гиппокампа, периархинальной и энторинальной коре и от их взаимосвязи. Ослабленная память распознавания была продемонстрирована у трансгенных мышей APP [77] и APPxPS1 [135]. Как упоминалось ранее, выбивание PS1 не спасло когнитивный дефицит мыши APP [77]. Получены противоречивые результаты относительно задачи распознавания объектов у мышей PDAPP (дефицит [85], который, возможно, корректируется иммунотерапией [82], отсутствие дефицита [53]).

(4) Сохранение «процедурной памяти»

Дихотомия между процедурной памятью (основанная на приобретении навыков или последовательности процедур), которая относительно пощажена в AD, и декларативная память, которая затрагивается на начальном этапе, не могут быть непосредственно применены к животным. Были предприняты некоторые усилия, чтобы проверить способность следовать процедурам стереотипным образом и противопоставить его способности создавать когнитивные карты. Мыши APP Tg по-прежнему могут применять, по крайней мере, некоторые процедурные стратегии [85, 139], особенно когда им предлагается выбор между несколькими стратегиями для решения проблем [24, 219], что предполагает селективные изменения различных систем памяти у этих мышей (экономящие процедурной памяти, в то время как реляционные «декларативные» воспоминания затронуты).

Сообщалось об обратной корреляции между когнитивным дефицитом и накоплением амилоидов в нескольких исследованиях, включающих однородные трансгенные мыши APP (например, [53, 84]) и дважды трансгенных мышей (например, [110, 267]). Хорошая корреляция между областями, где накапливается пептид Aβ, и типом когнитивного дефицита, а также эффективность иммунотерапии с точки зрения нагрузки на амилоид и поведенческие симптомы также благоприятствуют гипотезе о прямом токсическом эффекте амилоида. Однако некоторые несоответствия плохо согласуются с этой гипотезой: в некоторых случаях дефицит обнаруживается без накопления Aβ [131, 310]; иногда это наблюдается после накопления Aβ [135]; в то время как в других случаях дефицит отсутствует, несмотря на тяжелую амилоидную нагрузку [23, 24]. Cheng et al. [55], работая на мышах, несущих арктическую мутацию, которая изменяет последовательность Aβ-пептида и делает ее более склонной к осаждению в фибриллярной форме (без изменения отношения Aβ42 / Aβ40), продемонстрировала поразительную диссоциацию между образованием бляшек и функциональным дефицитом , Мыши ARC6 имели больше бляшек, чем мышей J20, но по существу не имели поведенческих дефицитов. Кроме того, мыши ARC48 имели значительно большую нагрузку на бляшку, чем мыши J20, но сравнимые или менее тяжелые функциональные дефициты. Этот набор результатов из разных линий мыши указывает на то, что секвенированный фибриллярный Aβ-пептид в бляшке не ответственен за когнитивный дефицит, а скорее некоторые другие диффундирующие виды Aβ [329] или, как было предложено совсем недавно, внутриклеточное Aβ-пептид.

В предыдущем разделе («Внутриклеточный Аβ-пептид») мы упоминали споры о роли внутриклеточного Аβ-пептида в каскаде патогенетических событий, ведущих к нейронной дисфункции. Внутриклеточный Aβ-пептид также считался непосредственно ответственным за клинические признаки: у мышей 3 × Tg-AD синаптическая дисфункция обнаруживается до развития внеклеточных отложений A и NFT, но в корреляции с внутриклеточным накоплением Aβ [233] , Дефицит в долгосрочной памяти также, по-видимому, коррелировал с накоплением внутриклеточного Аβ. Иммунотерапия спасла дефицит и была связана с очисткой внутриклеточного Aβ, который появился с когнитивным дефицитом, когда эффекты иммунотерапии уменьшились [22]. Однако, поскольку плотность нейронов, содержащих внутриклеточный Аβ, уменьшается с возрастом, тогда как когнитивный дефицит увеличивается, внутриклеточный Аβ не может быть единственным или даже решающим фактором, ответственным за дисфункцию нейронов.

Поскольку нерастворимые фибриллярные Aβ-пептиды не диффундируют и, следовательно, неспособны играть патогенетическую роль, кроме как при прямой смежности, искали другие соединения Aβ, которые могут быть активны на некотором расстоянии от бляшек. Как уже упоминалось, Aβ-пептиды легко образуют димеры, тримеры и, в общем, олигомеры, которые существовали в протофибриллярных и агрегированных отложениях Aβ. В последние годы олигомеры неоднократно считались важной патогенетической ролью, особенно в синапсах (см. Выше) — для обзора см. [322]. В ряде исследований считается, что присутствие олигомеров необходимо для объяснения экспериментальных наблюдений. Общее количество церебрального Aβ, например, не было существенно изменено с помощью иммунизации Aβ, хотя когнитивная дисфункция была улучшена в мышиной модели TgCRND8 болезни Альцгеймера, что указывает на то, что антитела действуют на растворимые виды Aβ [155]. Dodart et al. [82] вводили моноклональное m266 антитело против Aβ к мышам PDAPP. Дефицит памяти был отменен менее чем за 24 часа одной интраперитонеальной инъекцией (которая не могла модифицировать бремя амилоидов). Предполагалось, что антитела действуют непосредственно на олигомеры.

В линии мышей Tg2576 дефицит пространственного чередования (Y-лабиринт) отмечался в возрасте семи месяцев, прежде чем отложения Aβ были замечены в мозге, но в то время, когда уровни растворимого Aβ 40/42 были уже увеличены [237 ]. Потеря памяти, обнаруженная примерно в течение шести месяцев, совпала с появлением детергент-нерастворимых агрегатов Aβ, но обратная корреляция между агрегацией нерастворимых Aβ и памяти терялась при учете возраста. Авторы пришли к выводу, что нерастворимый Aβ является суррогатным маркером для небольших агрегатов Aβ-пептида, который нарушает познание и происходит как промежуточные соединения при образовании агрегатов [329]. Показано, что в той же линии мыши димерный Аβ-пептид накапливается в липидных плотах клеточных мембран в возрасте шести месяцев, когда наблюдаются первые изменения памяти. На этом этапе димеры Aβ полностью растворимы в SDS [162]. Lesné et al. выглядел для Ар видов, накопление соответствует времени курс на снижение пространственной памяти (эталонного, возникающего на шесть месяцев и остаются стабильными в течение 7-8 месяцев после этого), опять же в линии мыши Tg2576. Они обнаружили, что Aβ-пептид образует стабильные молекулярные сборки, которые предпочтительно изготавливаются из тримеров. Додекамеры (четыре тримера) молекулярного веса 56 (называемые Aβ * 56) были лучшими коррелятами дефицита памяти и наиболее вероятными кандидатами на токсичные виды, ответственные за дефицит памяти [192]. Прямой тест гипотезы Aβ-олигомеров был достигнут путем введения кондиционированной среды клеточной культуры, продуцирующей большие количества Aβ-пептидов и, в частности, олигомеров в боковой желудочек крыс, которые изучили чередующую задачу. Эта инъекция вызвала дефицит в изученной задаче, который был «быстрым, мощным и временным» [60].

Первая часть этого обзора была сосредоточена на патологии Aβ. Только дистрофические нейриты короны налета содержат гиперфосфорилированные тау-эпитопы; парные спиральные нити заметно отсутствуют в этих моделях. Таким образом, нейрофибриллярная, тау-часть патологии практически отсутствует у мышей Tg, которые мы рассматривали до сих пор.

Тау представляет собой фосфопротеин, который принадлежит к семейству связанных с микротрубочками белков; он связывается с тубулином и облегчает полимеризацию трубочек [61]. Он имеет аксоновую субклеточную локализацию в нормальном взрослом мозге. При фосфорилировании он удаляется из тубулина, который деполимеризуется — эта деполимеризация способствует росту аксонов и пластичности. Известны шесть изоформ белка [107], которые различаются наличием или отсутствием экзонов 2, 3 или 10. Альтернативное сращивание экзона 10 приводит к тау с четырьмя повторяющимися мотивами (4R tau) или tau только с 3 ( 3R tau) [107]. Гиперфосфорилированный тау является основным компонентом NFT AD, который содержит как 3R, так и 4R tau. NFT прогрессирующего супрануклеарного паралича и кортикобазальной дегенерации главным образом или исключительно сделаны из 4R tau [276], тогда как тело Пика содержит исключительно или преимущественно 3R tau [39, 40]. Присутствие тау-иммунореактивности в соматосендритном распределении в отсутствие истинного NFT определяет «предпучок» [17]. Соматодендритное распределение тау также встречается при аргирофильных заболеваниях зерен. Субклеточное распределение тау (аксональное или соматодендритное) зависит от распределения его мРНК, а не от сигналов, включенных в последовательность белка [19]. Никакое изменение экспрессии тау не было обнаружено в AD, но, как известно, интронные и экзонические мутации гена tau являются причиной лобно-височной деменции, связанной с хромосомой 17 (FTDP-17).

Физиология тау-белка различна у взрослых мышей и взрослых людей. Мышиный мозг содержит исключительно 4R тау-изоформы, тогда как уровни 3R и 4R приблизительно равны в нормальном взрослом человеческом мозге. Хотя мышиные и человеческие последовательности тау схожи, в N-концевой области существует 14 аминокислотных различий [8].

Нормальная кратчайшая 3R-тау-изоформа (3R tau без N-концевой вставки) была введена в геном мыши под промотором гена мышиной 3-гидроксиметил-глутарил-CoA-редуктазы [37]. Иммунореактивность Тау присутствовала в соматодендритном отделении. Некоторые эпитопы, известные как фосфорилированные в AD, также фосфорилировали, но не было NFT. Самая короткая изоформа тау также выражалась под промотором мышиного приона [147]. Нерастворимые, гиперфосфорилированные тау-включения присутствовали в кортикальных и мозговых нейронах, но в основном были обильными в нейронах спинного мозга. Не было парных спиральных нитей при электронной микроскопии. Линии, выражающие самую длинную четырехкратно повторяющуюся изоформу тау под промотором мышиного thy-1 (линия ALZ7) [112], развили периферическую и центральную аксонопатию [247, 288]. Разрушенные аксоны, сфероиды и преталки наблюдались без истинного образования клубок.

Другой подход состоял в выражении геномного генома человека, содержащегося в искусственных хромосомах, полученных из P1 (PAC). В строке 8c ПКК, содержащий все 14 экзонов, экзон -1 и более 7 т.п.н. 5′-фланкирующей области, которая включает в себя промотор тау, была сверхэкспрессирована у мышей. Тау распределялся в нейритах и ​​синапсах, но отсутствовал в клеточных телах. Не было значительных патологических изменений, тогда как аксонные сфероиды и соматодендритные распределения наблюдались у мышей, сверхэкспрессирующих 4R кДНК [90]. Мышей Htau получали путем скрещивания мышей tau с мышами 8c [8]. Ни у мышей, ни нокаута тау, ни у мышей 8с не обнаружено никаких признаков тау-патологии. Мыши Htau исключительно экспрессируют шесть нормальных человеческих тау-изоформ (без мышиного тау), уровень изоформ 3R значительно выше, чем у изоформы 4R [8]. NFT и обширная гибель клеток наблюдались у мышей htau, хотя они выражают более низкие уровни человеческого тау, чем мыши c8 [8]. Это говорит о том, что мышечное тау дикого типа предотвращает агрегацию сверхэкспрессированного человеческого тау. Смертность клеток у мышей htau, по-видимому, напрямую не вызвана NFT, но, по-видимому, связана с повторной экспрессией белков, участвующих в клеточном цикле и синтезе ДНК [7]. NFT наблюдались в молодом возрасте в линиях мыши, в которых была введена мутация P301L [111, 196] или мутация V337M [296]. Неапоптотическая гибель клеток и тау-филаменты наблюдались у трансгенных мышей с мутацией P301S тау-белка [3]. Выражение человеческого четыре повторного тау с мутациями G272V и P301S под Thy1.2-промотором индуцировало нейрофибриллярную патологию в головном мозге с серьезными когнитивными изменениями и отсутствием сенсомоторного дефицита [270].

В заключение, PHF и NFT обычно не наблюдаются, когда выражается какая-либо форма человеческого тау дикого типа, за исключением модели, разработанной Andorfer et al. [8], в котором ген мышиного тау выбивается. Почти во всех моделях, где экспрессия дикого типа кДНК выражена, распределение тау является соматодендритом; только конструкция Duff et al. [90] с использованием минигена сохраняет нормальное субклеточное распределение тау. Сверхэкспрессия мутированного тау регулярно производит NFT.

Влияние гиперпродукции Aβ на нейрофибриллярную патологию изучалось по-разному: инъекция фибрилл амилоида Aβ42 в мозг мутантных трансгенных мышей P301L tau вызывала пятикратное увеличение числа NFT в клеточных телах в миндалине, от которых нейроны проецируют на места инъекции [111]. У мутантных tau мышей P301L, пересекающихся с трансгенными мышами APP Tg2576, амилоидные отложения происходили в том же возрасте, что и простой трансгенный предшественник Tg2576, но нейрофибриллярная патология существенно улучшалась в лимбической системе и обонятельной коре, что свидетельствует о синергии между двумя патологиями [195].

С другой стороны, уменьшение эндогенного эффекта успокаивает или даже полностью устраняет дефицит, вызванный амилоидным бета-эффектом (у мышей hAPP Tau — / — были лучшие результаты при когнитивном тесте, чем hAPP Tau +/-, что, в свою очередь, имело лучшие результаты, чем hAPP Tau + / +). Наличие тау-белка также необходимо для получения экспериментальных экситотоксических повреждений, продуцируемых антагонистом рецептора ГАМКА пентилентетразола [256].

Трехкратная трансгенная модель тау, экспрессирующая 3R tau (без мутации), APP со шведской и лондонской мутацией и PS1 с мутацией M146L, не развивала истинных NFT; однако, в нейритическом компоненте бляшки [32] обнаружены человеческие тау-трансгены и гиперфосфорилированные тау-эпитопы.

Oddo et al., Вместо того, чтобы скрещивать одиночных трансгенных мышей, одновременно вводили мутантный Tau-трансген P301L и трансген рецептора, несущий шведскую мутацию, как под промотором мыши Thy 1,2, в одноклеточные эмбрионы из мутантных гомозиготных мышей PS1M146V. Два трансгена оказались коинтегрированными в одном и том же локусе. Эти тройные трансгенные мыши (= 3 × Tg-AD мыши), наконец, имеют мутированный постучанный ген PS1, а также мутированный APP и мутированный ген tau. На первом этапе пептид Aβ накапливается внутриклеточно. Затем Aβ осаждается во внеклеточном пространстве. Наконец, наблюдается внутриклеточное накопление тау. Как и у человека, накопление Аβ впервые наблюдается в изокортексе, тогда как тау-патология впервые появляется в лимбической системе [233]. Электрофизиологические изменения (наиболее заметно, дефицит в ЛТП) наблюдаются перед внеклеточным накоплением Aβ-пептида в то время, когда уже наблюдается внутриклеточное накопление Aβ. Более того, инъекция антител, направленных против пептида Aβ, сначала очищает внеклеточные отложения перед тем, как индуцировать исчезновение внутриклеточного накопления [234]. Нормализация электрофизиологических изменений коррелирует с исчезновением внутриклеточного Aβ-пептида [233]. Повышенные уровни тау и гиперфосфорилирование не влияют на начало и прогрессирование патологии Aβ [232]. Однако когнитивный дефицит не только связан с Aβ-пептидом; растворимые виды тау также снижаются после активной и пассивной иммунизации и могут быть вовлечены в когнитивное улучшение, вызванное иммунотерапией [235].

Какова физиологическая значимость тройной трансгенной мыши для объяснения спорадического AD или даже семейного AD (FAD), который никогда не был связан с мутацией гена тау? Понятно, что ни одна человеческая болезнь не вызвана тройной мутацией на генах PS1, APP и tau. Поэтому модель не может рассматриваться для описания причины AD, и в особенности спорадического AD (C0). Однако впервые он объединяет все поражения, которые были описаны в человеке (L1), в топографии, которая несколькими способами напоминает распределение поражений, наблюдаемых у человека (S1). Поэтому, на наш взгляд, эту модель можно рассматривать как принадлежность к типу S1L1C0. Вероятно, слишком рано делать из этой модели вывод о том, что осаждение пептида Aβ должно предшествовать тау-патологии (оно имеет место в модели, это не гарантирует, что это происходит у человека). Точно так же вывод о том, что внутриклеточный Аβ имеет решающее значение для патогенеза человека, поскольку внутриклеточный Аβ является наилучшим коррелятом электрофизиологических признаков в этой тройной трансгенной модели, на наш взгляд, нельзя сделать, без дальнейшего и тщательного анализа внутриклеточного А в человеке ,

Для анализа механизма прогрессирования NFT были получены мыши, экспрессирующие репрессируемый человеческий тау-вариант (rTg4510). Трансген-ответчик состоял из элемента, чувствительного к операнду тетрациклина, расположенного выше по потоку от кДНК, кодирующей человеческий тау с четырьмя повторами связывания микротрубочек (4R tau) и мутацией P301L. Доксициклин при введении в пищу и воду подавляет экспрессию трансгена. До введения доксициклина мыши развивали прогрессивные возрастные NFT, потерю нейронов и поведенческие нарушения; когда выражение человеческого тау было подавлено, когнитивный дефицит восстановился, и потеря нейронов оставалась стабильной, но количество NFT продолжало расти. Это наблюдение показало, что, в отличие от того, что наблюдалось при патологии Аβ, токсический эффект тау не был связан с видимыми поражениями (т. Е. NFT), а с другим тио-типом, производство которого было предотвращено репрессией гена тау [266]. Кажется, что эти сборки тау, как и в патологии Aβ, мультимеры [21]. Ядовитые tau мультимеры 140 и 170 кДа, вероятно, содержат полноразмерный тау [21]. Прогресс NFT, несмотря на глушение мутированного гена тау, может указывать на то, что NFT, когда-то присутствующие в мозге человека, будут развиваться, даже если предполагаемое лечение нацелено на их причину.

В литературе изучались эффекты сверхэкспрессирования или выбивания различных известных или предполагаемых модуляторов секреции Aβ.

Аполипопротеин E (ApoE) представляет собой белок, вовлеченный в перенос холестерина. Его основной рецептор — белок, связанный с липопротеинами низкой плотности (LRP), широко выражен в центральной нервной системе. Более того, ApoE [229, 305, 306] и LRP [10], по-видимому, связаны с Aβ в большом подмножестве старческих бляшек. Многое ожидалось от исследований с использованием мышей Tg для выяснения роли ApoE; риск развития AD действительно увеличивается у людей, несущих аллель epsilon 4 [291]. Фактически, выражение различных изоформ человеческого ApoE у мышей Tg и выбивание гена ApoE у мыши приводило к противоречивым результатам и как-то увеличивало сложность проблемы.

Сравнительное исследование временных курсов осаждения Aβ42, Aβ40 и ApoE по отношению к астроглиозу в Tg2576 показало, что Aβ42 предшествовал ApoE в бляшке, а затем Aβ40, который занимал центр осадка на более поздних стадиях. Более того, присутствие ApoE коррелировало с астроглиозом [297]. Отложения Aβ сравнивались у гетерозиготных V717F APP Tg-мышей (APPV717F +/-) с градуированной экспрессией гена ApoE мыши. У мышей не было (ApoE — / -), одного (ApoE +/-) или двух (ApoE + / +) аллелей. Амилоидные отложения, а также иммунореактивность Aβ отсутствовали в коре в отсутствие экспрессии ApoE у животных в возрасте 22 месяцев. Наблюдение Aβ наблюдалось, хотя на более низком уровне, чем у мышей ApoE + / +, когда присутствовал только один аллель (ApoE +/-). ApoE-иммунореактивность была обнаружена во всех положительных амилоидных ядрах тиофлавина S у мышей Tg с одним или двумя аллелями ApoE [15]. В более позднем исследовании с гомозиготными V717F APP Tg-мышами (APPV717F + / +) на нулевом фоне ApoE было обнаружено, что осаждение A и коры головного и зубчатого изломов было значительно уменьшено, однако плотность диффузных отложений CA1 и CA3 была увеличена даже когда не было положительных отложений тиофлавина S [144]. Сверхэкспрессия ApoE4 в мыши hAPP, выбитая для ApoE, увеличивает количество фокальных амилоидных отложений в десять раз по сравнению с мышами ApoE3 [133]. Поскольку дистрофические нейриты, обнаруженные в короне бляшек, наблюдаются только тогда, когда осадок является очаговым с амилоидом, неудивительно, что у мышей ApoE — / — нет никаких «нейритных бляшек». Обсуждается роль самого ApoE в нейритной дегенерации [133]. У гетерозиготных мышей V717F APP Tg отложение Aβ сравнивали на мышах, не экспрессирующих ApoE, мышиный ApoE или различные изоформы человеческого ApoE (ApoE2, E3 и E4). Как было показано ранее, ApoE не является необходимым, но он усиливает образование фибриллярного Aβ. Murine ApoE был самым эффективным, а затем человеческим ApoE4, E3 и E2. Другими словами, как и у человека, ApoE2 и ApoE3 задерживали образование амилоидных отложений по сравнению с мышиным ApoE и человеческим ApoE4 [94]. У мышей Tg, несущих один аллель шведской мутации (APP sw +/-), экспрессия человеческого ApoE4 (ApoE4 +/-) (под промотором трансферрина человека) ускоряла осаждение Aβ и образование амилоида [47]. Однако в другом исследовании сверхэкспрессия человеческого ApoE4 под промотором белка мышиного белка (ответственная за нейронную и глиальную экспрессию) не изменяла количества и прогрессирования отложения Aβ у мышей Tg, экспрессирующих APPswe человека или APPswe и PS1 с удалением экзона 9 [193]. Van Dooren et al. сравнивали эффекты экспрессии человеческого ApoE4 в нейронах (промотор гена thy1) или в глии (промотор гена GFAP) в однократно трансгенных и трансформированных мышах hAPP V717I и APP-V717I × PS1-A246E (промотор гена thy1 для обоих трансгенов). Все мыши были женскими и гемизиговыми для трансгена. Конструкция промотора гена thy1 практически не показана в таламусе. Наличие аллеля человека ApoE4 имело дифференциальный эффект на кору и таламус, что также зависело от его производственных клеток (нейрональных или глиальных): в коре нейроны ApoE4 увеличивали количество диффузных отложений Aβ, тогда как в таламусе плотность как диффузных, так и фокальных отложений увеличивалась с помощью нейронов и с глиальным ApoE. Neuronal ApoE способствовал кортикальной амилоидной ангиопатии, в то время как оба нейронных и глиальных ApoE оказывали аналогичный эффект на таламус. ApoE не влиял на обработку APP и не был связан с гиперфосфорилированием тау (вероятно, потому, что ApoE-трансген был гемизиговым) [314]. Поскольку APP не был получен в таламусе в этих конструкциях, накопление диффузного или очагового Aβ в этой топографии было связано с его миграцией.

ApoE может иметь более распространенные эффекты, чем предполагалось. Нейронная, но не глиальная экспрессия ApoE4 приводила к гиперфосфорилированию белка tau и вызывала заметную аксонопатию, нарушая перенос аксонов [299, 300]. В различных трансгенных линиях, в которых человеческий ApoE3 или ApoE4 экспрессировали в GFAP или нейроспецифическом энолазе (NSE)-промоторе, С-концевые фрагменты ApoE4 (и в меньшей степени ApoE3) накапливались, а тау-белок оказался гиперфосфорилированным только у мышей NSE-ApoE Tg [34].

Buttini et al. обнаружено у мышей hAPP, что синаптофизин-иммунореактивные пресинаптические терминалы, активность холин-ацетилтрансферазы (ChAT) и ChAT-положительные волокна были уменьшены у старых апогео-дефицитных трансгенных мышей, экспрессирующих APP человека. Этот эффект был предотвращен экспрессией аллеля ApoE3 [41].

Эффект ApoE на метаболизм и осаждение Аβ по-прежнему вызывает споры. Присутствие мышиного или человеческого ApoE напрямую не изменяет метаболизм APP, но увеличивает количество очаговых отложений, количество их окружающих дистрофических нейритов и уровень сосудистой ангиопатии. Он также может быть связан с транспортом Aβ, поскольку повреждения наблюдаются в таламусе в условиях, когда Aβ не продуцируется таламическими нейронами. Влияние на фосфорилирование тау интригует: они могут обеспечить связь между изменениями Aβ и tau; альтернативно, так как гиперфосфорилирование тау обнаруживается только при высокой экспрессии нейронов ApoE, они могут быть связаны с побочными эффектами трансгенеза. Важность ApoE для трофики некоторых синапсов, по-видимому, более прочно установлена, поскольку выявляется путем выбивания мышиного гена. Как ни странно, в то время как ApoE, как известно, в основном производится glia, большинство эффектов обнаруживается с помощью нейронного выражения [9], и это должно побуждать к переоценке нейронов ApoE в патологии человека.

Помимо существенной роли ApoE в осаждении Aβ, ряд данных указывает на связь между метаболизмом холестерина и патологией AD. У мышей APP Tg (линия PSAPP = TG2576 × PS1M146V) диетический холестерин, по-видимому, ускоряет осаждение Aβ, тогда как препараты, снижающие уровень холестерина, снижают его [252, 253]. Показано, что ингибирование ацил-кофермента А холестерина ацилтрансферазы (ACAT), фермента, который контролирует равновесие между свободным холестерином и холестериновыми эфирами, снижает амилоидную патологию [143].

Х-рецептор печени (LXR) регулирует метаболизм холестерина, а также играет роль в воспалении: он ингибирует экспрессию генов, участвующих в воспалении, но способствует фагоцитозу Aβ микроглии. Удаление LXRα или LXRβ у трансгенных мышей APPswe / PS1deltaE9 приводило к увеличению нагрузки на бляшку амилоида [349].

LRP является эндоцитотическим рецептором клеточной поверхности, который обилен нейронами (клеточным телом и дендритами). Он позволяет интернализировать несколько лигандов, таких как ApoE, APP (с ингибитором Kunitz) и α2-макроглобулин. Мыши LRP нокаутом нежизнеспособны. ван Уден и др. (RAP), чтобы снизить уровень LRP на 80%. Они пересекались с линией hAPP J9. Количество амилоидных отложений удвоилось на фоне RAP — / -, в то время как обработка APP не была изменена, что говорит о том, что LRP действительно помогает очистить Aβ42 [316]. С другой стороны, чрезмерная экспрессия функционального мини-рецептора LRP (LRP2) у мышей PDAPP приводила к уменьшению апоптоза ApoE, умеренному, но значительному увеличению нерастворимого, детергентного растворимого (вероятно, мембранного) Aβ42, и уменьшению общего количества Aβ в CSF. Снижение уровня ApoE объясняется ускоренной интернализацией и деградацией ApoE, когда LRP сверхэкспрессируется. Эффект на Aβ42 отменен у ApoE — / — мышей, предполагая, что он опосредуется посредством связывания Aβ42 с ApoE. В клеточной культуре клетки, сверхэкспрессирующие LRP2, быстрее очищают Aβ42, присутствующие в культуральной среде [350].

ABCA1 (АТФ-связывающий кассетный транспортер А1) является основным регулятором оттока холестерина и метаболизма липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Мутация ABCA1 у человека вызывает тяжелую гиперхолестеринемию и выраженные дефициты липопротеинов высокой плотности (HDL) и apoA-I. Уровень ApoE низкий в мозге этих пациентов. У APP23 Tg мышей, выбитых для ABCA1, увеличивается плотность положительных отложений Aβ и Конго. Амилоидная ангиопатия более тяжелая и связана с микрогеморрагиями. Уровень растворимого ApoE снижается в головном мозге [171].

Леви и патологии AD часто ассоциируются у человека и могут иметь синергический эффект. С другой стороны, некоторые редкие случаи семейной болезни Паркинсона связаны с мутациями на гене α-синуклеина. α-Synuclein-положительные нейриты были упомянуты в престарелой трансгенной линии TG2576 (APPswe) [347]. Такая патология в линии мыши без какого-либо известного изменения α-синуклеина уже намекает на сотрудничество между амилоидной и левитной патологией. Ген дикого типа или мутированного (A53T) α-синуклеина был экспрессирован у мышей под контролем регуляторной последовательности Thy1 мыши [312]. Аналогичные патологические изменения наблюдались в двух линиях мыши. Белок накапливался в нейронах и вызывал их дегенерацию. Однако по неизвестным причинам патология включала неожиданные области: нейроны мозга и моторные нейроны спинного мозга оказались особенно уязвимыми. Не было выражений трансгенов в компактах Substia nigra pars. В других линиях мыши, в которых ген дикого типа или мутантного α-синуклеина приводился в действие промотором тирозингидроксилазы [210], в субстратной нигре не наблюдалось дегенерации, несмотря на высокий уровень экспрессии. Однако избыточная экспрессия дикого типа и мутантного α-синуклеина в культурах дофаминергических нейронов вызывала значительную гибель клеток. Цитоплазматические включения наблюдались только в культурах, где мутантный ген был трансфицирован.

Накопление α-синуклеина происходило ранее у больших мышей, hAPP (линия J9) × α-синуклеина дикого типа. Некоторые включения проявлялись фибриллярными у двукратно трансгенных животных, тогда как они всегда были аморфными у одних трансгенных животных [206].

В заключение, эффекты α-синуклеина остаются спорными: несколько сообщений показывают, что даже форма дикого типа человеческого белка может вызывать патологические изменения. Однако удивительно, что в отличие от того, что наблюдается у человека, дофаминергическая система кажется устойчивой. Хотя все еще недостаточно объяснено, α-синуклеин и APP, по-видимому, взаимодействуют в трансгенных линиях так же, как и у человека.

Для выяснения влияния белка-кандидата на секрецию пептида Aβ или на патологию, которую он генерирует, были созданы многочисленные двойные или трижды трансгенные линии (только некоторые из перечисленных здесь).

Transthyretin (TTR) представляет собой сывороточный белок, который выпадает в аутосомно-доминантную семейную амилоидозную полинейропатию, семейную амилоидозную кардиомиопатию и спорадический сенильный системный амилоидоз. Также говорят, что сложный Aβ-пептид, который физиологически присутствует в CSF контролей и пациентов и может предотвратить образование амилоида [273]. Были созданы штаммы мыши, трансгенные для генов ТТР типа дикого типа или мутанта (TTR L55P), и развивают отложения ТТР в сердце и почках, только некоторые из них являются congophilic. Гемизиготная делеция его гена способствует отложению Aβ у мышей APPswe / PS1deltaE9 [58].

Гомозиготная делеция супероксиддисмутазы 2 (SOD2), митохондриального фермента, участвующего в защите от окислительного повреждения, ухудшала когнитивный дефицит и уменьшала иммунореактивность протеина 2 (MAP2), ассоциированную с микротрубочками, признак дендритной потери. Парадоксальным образом это понизило плотность отложений Aβ, но увеличило амилоидную ангиопатию [93].

Fyn, тирозин-киназа, которая изменяется в мозгу AD, находится в постсинаптической плотности глутаматергических нейронов. Он может участвовать в трансдукции сигнала, ответственной за токсический эффект Aβ на синапсах. При сверхэкспрессии в линиях JAP-мыши hAPP J9 и J20 это приводило к ухудшению пространственной памяти и изменению эмоционального поведения. Это также вызвало изменения в экспрессии белков, таких как Фос и кальбиндин [56].

Влияние обогащения окружающей среды на осаждение Aβ противоречиво. Первоначально было установлено, что он улучшает когнитивную функцию, но усиливает образование амилоидной бляшки у мышей APPswe / PS1dE9 [150, 151]. В более позднем исследовании увеличение познавательной, социальной или физической активности защищало мышей Tg от когнитивных нарушений, не влияя на отложение амилоида [11]. Было обнаружено, что физическая активность (бегущее колесо: [1]), а также обогащенная среда [5] уменьшают уровни Aβ в линии TgCRND8, в то время как другое исследование не оказало существенного влияния на осаждение Aβ у мышей APP-23 [339 ]. Было показано, что в еще одном исследовании с участием двух трансгенных мышей TG2576 × PS1M671L «полное» обогащение окружающей среды (т. Е. С точки зрения когнитивной, социальной и физической активности) значительно уменьшало амилоидную нагрузку (-28% в гиппокампе и -36 в энторинальной коре ). Противоречивые результаты в литературе свидетельствуют о том, что эффекты экологического обогащения и физической активности связаны с дополнительными, плохо контролируемыми факторами. Недавно было высказано предположение, что аллель ApoE может играть определенную роль, поскольку обогащение окружающей среды стимулировало апоптоз, когда человеческий ApoE4 экспрессировался на фоне дефицита мышиного ApoE, в то время как он стимулировал нейрогенез у мышей ApoE3 [194].

Повторная умеренная травматическая травма головного мозга увеличивала осаждение Aβ-пептида в модели мыши Tg2576. Одиночная травма мозга не имела никакого эффекта [308].

Трансгенная технология впервые позволила получить некоторые из поражений, наблюдаемых при нейродегенеративных заболеваниях человека. Его успех свидетельствует о том, насколько слабыми были другие методы, основанные на использовании уничтожения, токсичных агентов или наблюдениях за естественными заболеваниями животных.

Мы неоднократно видели в этом обзоре, что вывод, который может быть сделан из модели, зависит от объединенного анализа трансгенной линии и болезни человека. Обновленный анализ поражений у животных просвещает наш взгляд на патологию человека; незнание человеческой патологии, несомненно, приведет к ошибочной интерпретации. Это перекрестное исследование предполагает двойную компетентность — как в патологии человека, так и в животном. Невропатолог является ключевым ученым в исследовании этих новых территорий.

Комментариев нет.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *