阿尔茨海默病（AD）动物模型全解析：大小鼠是如何“患上”阿尔茨海默病的？

如果要问当前神经科学领域最热门的疾病研究方向是什么，阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease，AD）一定榜上有名。

据统计，AD是全球常见的神经退行性疾病，也是导致老年痴呆的主要原因。随着人口老龄化加剧，其发病率仍在持续上升。令人遗憾的是，尽管科学家已经研究了数十年，目前仍然没有真正意义上的治愈方法。

那么问题来了：既然无法直接在人类大脑中研究疾病发生过程，科学家是如何探索AD发病机制和筛选药物的呢？

答案就是：建立阿尔茨海默病动物模型。

今天，我们就从科研人员的视角出发，详细解析AD动物模型的发展逻辑，以及大小鼠究竟是如何被“制造”成阿尔茨海默病模型的。

1为什么需要建立阿尔茨海默病模型？

AD并不是一种突然发生的疾病。

研究发现，当患者出现明显记忆力减退时，大脑内的病理变化可能已经持续了10～20年。

在这一漫长过程中，大脑会逐渐出现β-淀粉样蛋白（Aβ）异常沉积；Tau蛋白异常磷酸化；神经炎症反应；突触损伤；神经元死亡；认知功能下降。

然而，人类脑组织获取困难，且无法动态观察疾病全过程。

因此科研人员需要借助实验动物：模拟疾病发生发展过程；研究发病机制；寻找治疗靶点；筛选候选药物；评价治疗效果。这便催生了各种AD动物模型。

2阿尔茨海默病到底要“模拟什么”？

在了解造模方法之前，我们首先要知道AD究竟有哪些核心病理特征。

1. β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积

目前最经典的理论之一是“Aβ级联假说”。正常情况下，APP（淀粉样前体蛋白）会被酶切产生少量Aβ。但在AD患者中Aβ42等片段异常聚集。最终形成老年斑（Amyloid Plaques）,这是AD最典型的病理标志之一。

2. Tau蛋白异常磷酸化

Tau蛋白原本负责维持神经元微管稳定。当Tau发生过度磷酸化后，会逐渐聚集形成神经原纤维缠结（Neurofibrillary Tangles，NFT），进而影响神经元功能甚至导致神经元死亡。

3. 神经炎症反应

随着病情发展，小胶质细胞激活；星形胶质细胞增殖；炎症因子释放，最终加剧神经损伤。

4. 认知功能障碍

这是临床最直观的表现。患者通常出现学习能力下降；空间记忆受损；工作记忆障碍；执行功能下降。因此在动物实验中，行为学评价是判断造模成功的重要依据。

3理想的AD模型应该具备什么？

一个理想的AD动物模型应该同时具备Aβ沉积、Tau病理、神经炎症、神经元损伤、认知障碍。

但现实情况是目前尚不存在能够完全复制人类AD全部病理过程的动物模型。不同模型往往只能模拟其中某几个特征。

因此科研人员需要根据研究目的选择合适模型。

4目前最常用的AD造模方法有哪些？

目前主流AD模型大致可以分为五大类：转基因模型、Tau模型、Aβ注射模型、STZ诱导模型、药理学认知障碍模型，下面逐一介绍。

5转基因模型：当前应用较为广泛的AD模型

APP/PS1双转基因小鼠

这是目前使用相对广泛的经典AD模型之一。科研人员将APP Swedish突变、PS1突变，同时导入小鼠基因组。由于PS1参与γ-分泌酶活性调控，因此会促进Aβ生成。结果导致脑内Aβ持续积累。

病理特点：

6～8月龄：出现明显Aβ斑块。

8～12月龄：出现学习记忆损伤。

优势：文献基础丰富；模型稳定；重复性好

局限性：Tau病理较弱；神经元丢失不典型。

5×FAD小鼠

如果说APP/PS1是经典款，那么5×FAD就是当前热门的“升级版”。

该模型同时携带：

APP三个突变：Swedish、Florida、London

PS1两个突变：M146L、L286V

共计5个致病突变。

病理进展速度：

2月龄：开始形成Aβ沉积。

4～5月龄：出现大量斑块。

6月龄：认知障碍明显。

优势：病理发展快。适合药物筛选、机制研究、抗Aβ药物评价

因此目前大量抗Aβ治疗研究均采用5×FAD模型。

APP Knock-in模型

近年来兴起的新一代模型。传统转基因模型往往存在APP过表达问题。因此研究人员开发了APP Knock-in模型。其特点是：直接在内源APP基因位点敲入人源突变。代表模型包括AppNL-F、AppNL-G-F。相比传统模型更接近真实患者病理状态。

6Tau模型：研究神经纤维缠结的重要工具

随着研究深入，人们逐渐发现Tau病理与认知下降的相关性甚至高于Aβ。

因此出现了一系列Tau模型。P301S小鼠目前应用较为广泛。其携带人源Tau P301S突变。随着年龄增长，动物逐渐出现Tau聚集；神经纤维缠结；神经元退变；行为异常。适用于Tau机制研究；Tau药物开发；神经退行性疾病研究，不足是Aβ病理不明显。

7Aβ脑内注射模型：最快速的AD模型之一

如果研究周期有限怎么办？科研人员开发了Aβ注射模型。

造模方法

将Aβ1-42或Aβ25-35直接注射至海马区、侧脑室

造模结果

短时间内诱导神经炎症、突触损伤、认知障碍，通常1～2周即可完成造模。

优缺点

优点：快速、成本低

缺点：病理过程过于人工；无法反映疾病自然进展

因此更多用于药效筛选实验。

SA301脑立体定位仪，江苏赛昂斯

8STZ模型：模拟散发性AD的重要工具

事实上，超过95%的AD患者属于散发性AD，而非遗传性AD。因此研究人员开发了STZ模型。

造模方法：向脑室注射链脲佐菌素（STZ）

造模机制：导致脑胰岛素抵抗；葡萄糖代谢障碍；氧化应激增加。最终引起学习记忆损伤。因此该模型常被称为“3型糖尿病模型”

适用范围：代谢异常研究；散发性AD研究；神经炎症研究

9东莨菪碱模型：最简单的认知障碍模型

东莨菪碱（Scopolamine）能够阻断胆碱能神经传递。给药后数小时即可出现学习能力下降；记忆损伤。因此经常用于药物快速筛选。但需要注意严格意义上它并不是真正的AD模型。因为并不存在Aβ和Tau病理。只能模拟认知功能损伤。

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如何判断AD模型造模成功？

造模结束后，需要通过行为学和病理学双重验证。

行为学验证

Morris水迷宫

评价空间学习与空间记忆能力。

常见指标：逃避潜伏期、穿台次数、目标象限停留时间

SA201 Morris水迷宫，江苏赛昂斯

Y迷宫

评价工作记忆能力。

SA204 Y迷宫，江苏赛昂斯

新物体识别实验

评价识别记忆能力。

SA225 新物体识别箱，江苏赛昂斯

旷场实验

评价自主活动及焦虑状态。

SA215旷场实验箱，江苏赛昂斯

病理学验证

Aβ检测

常用方法：ELISA、免疫组化（IHC）、Thioflavin-S染色、Tau检测

常用指标：AT8、AT100、p-Tau

检测方法：Western Blot、IF、IHC

神经炎症检测

指标：Iba1、GFAP

神经元损伤检测

方法：Nissl染色、NeuN染色

11不同研究方向如何选择AD模型？

目前在全球AD研究领域中，APP/PS1和5×FAD仍然是使用较为广泛的两类模型，而Knock-in模型和Tau传播模型则被认为是未来的重要发展方向。

从最早的APP转基因小鼠，到如今更加接近临床患者的Knock-in模型和Tau传播模型，阿尔茨海默病动物模型的发展正在不断推动AD研究向前迈进。

需要强调的是，没有任何一种模型是“万能模型”。

科研人员在开展研究时，应根据研究目标、实验周期以及评价指标，选择最适合的造模方案。

对于药物研发而言，选择正确的动物模型，往往比实验本身更重要。

未来，随着基因编辑技术、多病理复合模型以及人源化模型的发展，更接近真实患者病程的新一代AD模型有望为阿尔茨海默病治疗带来新的突破。

作者提示: 个人观点，仅供参考