阿尔茨海默症小鼠模型有哪些?AD动物模型发展历程

阿尔茨海默症（Alzheimer's disease, AD）是一种复杂、渐进性的神经退行性疾病，其核心病理特征包括β-淀粉样蛋白（Aβ）在脑内异常沉积形成的老年斑以及Tau蛋白过度磷酸化导致的神经纤维缠结（NFT）。尽管全球科学家投入了大量资源，但AD的发病机制至今仍未完全阐明，且缺乏有效的治愈性药物。在这一背景下，能够模拟人类AD病理进程和临床症状的动物模型，成为了理解疾病机制、验证理论假说及筛选潜在治疗药物不可或缺的工具。

 

AD动物模型的发展历程，正是人类对该疾病认知不断深化的缩影。从最初基于单一病理假说（如胆碱能损伤）构建的简化模型，到通过基因工程技术复现核心分子病理的转基因模型，再到如今追求精准模拟人类遗传变异的新一代模型，每一个阶段的演进都推动了AD研究的边界。

 

 

图1. 中枢神经系统AD主要病理特征 ^[1]。

 

过去：Aβ假说的主导与困境

自20世纪80年代末Aβ被确认为阿尔茨海默病（AD）的关键蛋白以来，“Aβ级联假说”在数十年间长期主导该领域的研究方向。该假说认为，Aβ的异常沉积是AD病理发生的始动因素，而Tau蛋白的过度磷酸化及其所导致的神经纤维缠结属于下游的继发事件。在此理论框架下，绝大多数治疗策略集中于靶向Aβ，包括清除已形成的Aβ斑块、抑制Aβ的生成或阻止其聚集。

 

• 非转基因模型：从病理简化到机制探索

早期AD研究主要依赖于非转基因动物模型，这类模型通常通过化学、物理或手术手段诱导，以重现AD的部分临床症状或病理改变。例如：

 

胆碱能损伤模型：由于AD患者大脑内胆碱能系统发生紊乱，乙酰胆碱（ACh）含量显著减少，导致记忆力下降。因此，研究者通过向动物脑部注射东莨菪碱或鹅膏蕈氨酸等物质来破坏胆碱能系统，以此模拟AD的认知功能障碍。这类模型的优势在于建模周期短、操作简便。然而，它们的局限性在于无法重现AD的标志性病理改变，如老年斑和神经纤维缠结，因此主要用于胆碱能系统相关机制研究及药物评价。

 

Aβ注射模型：通过向小鼠侧脑室一次性注射聚集态Aβ，可在短期内引起小鼠学习记忆能力下降。这为研究Aβ毒性提供了快速工具。

 

其他损伤模型：还有一些模型通过长期注射D-半乳糖来诱导代谢紊乱和氧化应激，从而模拟机体衰老，但无法精确复现AD特有的病理过程。此外，曾被用于AD研究的氯化铝中毒模型，由于后续研究证实铝与AD发病并无直接关联，目前已基本被弃用。

 

图2. 用于AD研究的非转基因小鼠模型 ^[2]。

 

非转基因模型的存在与局限性，从一个侧面反映了AD研究早期对疾病的理解是片面的，侧重于单一症状而非复杂的病理级联反应。然而，随着研究的深入，科学家发现AD的病理远不止于此，还包括Aβ斑块和Tau缠结。非转基因模型由于无法模拟这些核心病理特征，其研究价值逐渐局限于特定机制的探索，而不是对AD整体疾病进程的模拟。这预示了转基因模型的必然兴起，因为后者能更接近地模拟AD的核心病理学。

 

• 转基因小鼠模型：淀粉样蛋白（Aβ）模型

为模拟AD病理并推进相关研究，科学界开始采用转基因小鼠模型，主要通过基因编辑手段将人类来源的Aβ相关基因——如淀粉样前体蛋白（APP）基因和早老素1（PSEN1）基因——引入小鼠基因组。其中，使用频率较高的模型包括APP/PS1、Tg2576和5xFAD等^[3]。这些模型普遍过表达APP或同时突变PSEN1，旨在促进Aβ沉积，形成类AD的淀粉样斑块病理。

 

表1：常用小鼠模型对比一览

特征模型	Tg2576 (APPswe)	APP/PS1	5xFAD (Tg6799)
转基因类型	单转基因 (人源)	双转基因 (人源)	双转基因 (人源)
引入的突变	APP: K595N/M596L (Swedish)	APP: K595N/M596L (Swedish) PS1: L166P (dE9) 缺失	APP: 4个家族性突变 (Swedish, Florida, London) + 1个印第安纳突变 (Indiana) PS1: 2个突变 (M146L, L286V)
主要病理特征	Aβ沉积 (老年斑) 认知缺陷 (无神经纤维缠结)	Aβ沉积 (老年斑) 神经炎症 突触功能障碍 认知缺陷	急剧的Aβ沉积 (老年斑) 神经变性 神经炎症 认知缺陷严重 (无内源性tau病理)
病理出现时间	Aβ斑块: ~9-11月龄	Aβ斑块: ~6-7月龄	Aβ沉积 (细胞内): ~1.5月龄 Aβ斑块: ~2月龄 神经元丢失: ~4-9月龄
认知缺陷出现时间	~9-10月龄开始出现	~6月龄开始，随年龄增长而加重	非常早，~4月龄即出现显著记忆障碍
模型特点	最早的AD转基因模型之一，主要用于研究APP代谢和Aβ病理。	病理进展稳定、可重复性好，是研究Aβ病理和抗Aβ治疗的经典模型。	病理进展最快、最严重，用于研究急剧的Aβ沉积及其下游效应（如神经变性）。
主要局限性	缺乏tau病理；病理进展较慢。	缺乏tau病理，神经纤维缠结阴性。	病理过于激进，可能无法完全模拟人类疾病的缓慢进程；缺乏内源性tau病理。
主要应用场景	APP代谢、Aβ生成与清除机制研究。	评估抗Aβ疗法、神经炎症、行为学筛选。	重症Aβ病理研究、神经变性机制探索、在体药效快速评估。

 

然而，尽管临床前研究显示出一定的潜力，大量针对Aβ的治疗试验在人体中未能显著改善患者的认知功能。即使部分药物（如Aβ单抗）成功清除了大脑中的Aβ沉积，也并未带来预期的临床疗效。这一反复出现的困境促使科学界重新审视Aβ假说的完整性，并更加关注Tau蛋白病理及其相关基因在疾病进程中的作用 ^[4]。

 

现在：Tau蛋白研究的兴起与技术推动

随着Aβ靶向治疗策略局限性的显现，研究焦点正逐渐转向Tau蛋白。尽管Tau蛋白缠结与认知衰退的关联早已明确，但长期以来，活体无创可视化Tau成像仍面临技术瓶颈。

 

这一困境在2013年左右取得关键突破。以Flortaucipir（AV-1451）为代表的高亲和力、高选择性Tau PET示踪剂成功研发，首次实现了阿尔茨海默病患者脑内Tau聚集体的在体可视化成像。2020年，Flortaucipir获美国FDA批准用于临床Tau成像，标志着阿尔茨海默病诊疗进入新阶段。

 

Tau PET成像不仅实现了技术飞跃，更深刻推动了疾病机制研究与治疗策略的发展。该技术可动态追踪Tau病理在脑内的时空演变，其扩散模式与认知障碍进展高度一致，进一步确立了Tau在神经退行进程中的核心地位。在治疗研发方面，针对Tau蛋白的药物设计（如抑制其磷酸化、聚集或细胞间传递）正受到更多关注。

 

与此同时，tau蛋白研究工具的发展也推动了相关动物模型的广泛应用与优化。特别是表达人突变Tau蛋白的转基因小鼠模型，在揭示Tau病理积累、传播机制及认知行为关联方面发挥了不可替代的作用，为临床前研究提供了关键的平台支撑。

 

图3. 根据文献整理的阿尔茨海默病研究转基因小鼠模型的发展时间线 ^[5]。

 

为了同时模拟Aβ和Tau病理，研究者开发的3xTg-AD三转基因小鼠使用频率大幅度提高。它独特地集成了三种人类突变基因：淀粉样前体蛋白(APP)的瑞典突变、早老素-1(PS1)的M146V突变和tau蛋白的P301L突变。这种小鼠在3到6月龄时就开始出现细胞内Aβ沉积，随后在大约12月龄时发展出Aβ斑块，而tau缠结则在大约12到15月龄时出现，这些病理特征会随着年龄的增长而逐渐加重。3xTg-AD模型因其能模拟两种主要病理的相互作用，常被用于研究Aβ和tau病理之间的关系以及验证针对双重病理的联合疗法。

 

图4. 3xTg-AD模型中AD发病机制时间表 ^[6]。

 

未来：新模型开发与精准医疗

为满足日益增长的Tau靶向药物研发需求，赛业生物开发了Tau人源化小鼠模型系列。其中，基础品系B6-hTau人源化小鼠（产品编号：C001410）采用基因编辑技术，将小鼠Mapt基因完整替换为人源MAPT基因（包含内含子及3'UTR区域），从而支持人源Tau蛋白在小鼠体内实现生理水平的表达与正确剪接。该模型可表达多种人类Tau蛋白剪接异构体，弥补了野生型小鼠无法模拟人类Tau异构体多样性的局限。这一特性使B6-hTau小鼠在研究中展现出显著优势，尤其适用于解析阿尔茨海默病（AD）中3R与4R Tau异构体的动态表达、组织分布及差异性积累等关键病理过程，成为一个不可替代的研究平台。

 

在此基础上，赛业生物也进一步构建了Tau携带人源致病突变P301L（产品编号：C001835）和P301S（产品编号：C001836）的人源化疾病模型。这些模型能够更精准地模拟人类AD中Tau蛋白异常聚集的病理特征及相关行为学缺陷，为机制研究与药物评价提供了良好工具。

 

序号	产品编号	品系名称	突变类型	人源Tau蛋白	病理性Tau蛋白积聚	神经元结构紊乱	行为学缺陷
1	C001410	B6-hTau	WT	√	x	X	×
2	C001835	B6-hTau*P301L	P301L	√	√	√	√
3	C001836	B6-hTau*P3015	P301S	√	√	√	√

 

目前B6-hTau人源化小鼠已被广泛用于验证靶向MAPT的siRNA药物药效。通过脑室内注射siRNA药物，能有效且显著地降低小鼠多个脑区人源MAPT mRNA的表达。

 

图5. B6-hTau小鼠用于不同人源Tau靶向siRNA的临床前药效评估（数据由赛业合作伙伴提供）。

 

类似赛业生物所创新构建的此类模型，可广泛应用于Tau蛋白病理机制解析、靶向治疗策略评估及高效药物筛选等领域，成为推动阿尔茨海默病新药研发的“加速器”。这一系列模型有望为阿尔茨海默病的攻克提供关键技术支持，并助力实现突破性进展。

 

结语：展望未来AD动物模型研究

从最初的非转基因模型到经典的转基因模型，再到如今人源化模型的兴起，AD动物模型的研究正朝着更精准、更高效、更具临床相关性的方向发展。各类模型各具优势与局限，共同构成了AD研究的强大工具箱。未来的研究将更加强调多病理联合模型、人源化模型、以及与类脑器官（Organoid）等新兴技术的结合，以更全面地揭示AD发病机制的复杂性。新一代的人源化点突变Tau模型，正是这一发展趋势的缩影，它们为理解AD的Tau病理提供了前所未有的工具，也为未来的精准治疗和个性化药物开发铺平了道路。

 

参考文献

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• Hernández-Rodríguez M, Vega López JM, Martínez-Rosas M, Nicolás-Vázquez MI, Mera Jiménez E. Murine Non-Transgenic Models of Alzheimer's Disease Pathology: Focus on Risk Factors. Brain Sci. 2025 Mar 19;15(3):322. doi: 10.3390/brainsci15030322. PMID: 40149843; PMCID: PMC11940003.
• Kosel F, Pelley JMS, Franklin TB. Behavioural and psychological symptoms of dementia in mouse models of Alzheimer's disease-related pathology. Neurosci Biobehav Rev. 2020 May;112:634-647. doi: 10.1016/j.neubiorev.2020.02.012. Epub 2020 Feb 15. PMID: 32070692.
• Pádua MS, Guil-Guerrero JL, Prates JAM, Lopes PA. Insights on the Use of Transgenic Mice Models in Alzheimer's Disease Research. Int J Mol Sci. 2024 Feb 28;25(5):2805. doi: 10.3390/ijms25052805. PMID: 38474051; PMCID: PMC10931675.
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• Reyna NC, Clark BJ, Hamilton DA, Pentkowski NS. Anxiety and Alzheimer's disease pathogenesis: focus on 5-HT and CRF systems in 3xTg-AD and TgF344-AD animal models. Front Aging Neurosci. 2023 Nov 10;15:1251075. doi: 10.3389/fnagi.2023.1251075. PMID: 38076543; PMCID: PMC10699143.