科學研究 - 日本培育出呈現阿茲海默症早期病徵的模式小鼠

日本產業技術綜合研究所（以下簡稱「產綜研」）與植草學園和順天堂大學合作，培育出了僅在神經細胞内表達阿茲海默症（AD）致病因子之一β-澱粉樣蛋白（Aβ）的寡聚體、並表現出發病初期病徵的新AD模式小鼠。

此前的研究認爲，阿爾茲海默病是由於Aβ聚集形成老年斑，並在大腦神經細胞周圍積聚而引起的。不過，最近越來越多研究顯示，神經失功能在老年斑形成之前就已經出現。引起神經失功能的，是少量Aβ分子聚合形成的Aβ寡聚體。

產綜研此前發現，Aβ與綠色螢光蛋白GFP（Green Fluorescent Protein）融合表達時會在細胞内形成三聚物前後的寡聚體。研究團隊此次即培育了表達該融合蛋白，並在神經細胞内獨特性積聚的AD模式小鼠。該小鼠顯示出AD發病初期因寡聚體毒性而引起的神經失功能病徵。該小鼠模式有望爲AD發病終極因數探索、AD預防以及在發病初期抑制病情惡化的新藥開發做出貢獻。相關研究已於2019年11月22日發表在《科學報告》（Scientific Reports）期刊的網路版上。

圖1 概要圖

培育出表達Aβ-GFP融合蛋白質（示意圖左）的寡聚體的AD模式小鼠（Aβ-GFP小鼠）。Aβ寡聚體在大腦海馬體和大腦皮層的神經細胞内過表達（右圖）。

此次培育的AD模式小鼠是表達Aβ-GFP融合蛋白的轉基因小鼠（Aβ-GFP小鼠）。Aβ-GFP小鼠並非表達澱粉樣前驅物蛋白( amyloid precursor protein，APP) ，而是僅表達高毒性Aβ 1-42與GFP的融合蛋白，因此無需考慮因APP過表達而產生Aβ以外生理活性肽的作用。由於沒有胞外分泌訊息序列，因此僅在細胞內積累Aβ寡聚體，只會在大腦內海馬體和大腦皮層等神經細胞中過表達。如圖2A所示，與僅表達GFP的對照小鼠（右）相比，在Aβ-GFP小鼠（左）的神經細胞中發現大量Aβ-GFP小顆粒，表明Aβ在細胞内形成了寡聚體。

AD的主要病理特徵爲：以Aβ爲主要成分的老年斑在神經細胞周圍沉積物，過度磷酸化的Tau蛋白在神經細胞內積聚形成神經原纖維纏結、腦萎縮。Aβ-GFP小鼠僅形成Aβ寡聚體，沒有胞外分泌，因此不會形成老年斑，也不發生腦萎縮；但隨着年齡的增加，Tau蛋白的磷酸化會加劇。

研究團隊在對記憶和學習至關重要的大腦「海馬體」區域，評估了突觸的可塑性。發現模式小鼠與正常小鼠相比，突觸傳導在刺激下的長效增益作用（LTP）顯著降低（圖2B）。研究人員認爲這與細胞水平的記憶形成有關，表明記憶形成功能出現異常。另外，樹突棘的數量和部分突觸蛋白的量也變少。這些現象與此前利用從死亡AD患者大腦中提取的Aβ寡聚體和合成的寡聚體進行的研究結果一致，表明Aβ-GFP具有與人類的Aβ寡聚體相同的高毒性。