文章导读
阿尔茨海默病（AD）是一种慢性神经退行性疾病，以认知障碍和多种病理变化为特征，包括β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积、Tau蛋白聚集，免疫反应改变和脑萎缩。尽管科学家对其潜在的发病机制进行了持续的研究，但AD的病因还不明确。AD的诊断标准不能有效地识别临床前患者，目前的AD治疗方法不能推迟或逆转疾病的发展。由于非人灵长类动物（Non-Human Primate, NHP）与人类有密切的系统发育关系，有类似的神经解剖结构，可比的遗传学规律，以及高度复杂的类似的高阶认知功能，使其成为比啮齿动物更好的AD模型，因此迫切需要开发非人灵长类动物（NHP）模型来助推AD疾病研究。
华誉出版社旗下期刊Journal of Exploratory Research in Pharmacology最新发表的一篇题为“Non-human Primate Models of Alzheimer’s Disease”的综述（https://www.xiahepublishing.com/2572-5505/JERP-2023-00006）系统比较了自发（自然老化）的和（人工）诱导的NHP AD模型之间的AD相关病理特征和行为改变。近几十年来，自发和诱导的NHP AD模型都被用来促进神经成像追踪器和治疗方法的发展，有助于将实验室的发现转化为涉及人类的临床试验。通过制定有关NHP物种、诱导剂的类型和剂量、注射频率和接种时间的准则，有望建立一个标准化的NHP AD模型。通过对NHP的全面评估，包括所有与AD相关的病症和广泛的行为检查，可以促进其进一步发展。NHP AD模型为AD研究做出了重要贡献，有望在不久的将来更好地再现AD的特征并呈现更大的转化潜力。
AD动物模型
尽管100多年来对AD进行了广泛的研究，但潜在的病理生理机制仍然是未知的，疾病的病因学仍然没有得到充分的理解，准确的诊断工具不能广泛用于人群筛查，而且缺乏改变病情的治疗方法（DMTs）。鉴于该领域的这些迫切需求，开发和研究可靠的AD动物模型变得至关重要，以便能够研究AD的临床前和前驱期，这在AD患者中是很难获得的。这篇综述在AD相关的研究中尽可能全面评估了不同的模式动物，其中，各种AD的啮齿动物模型在近几十年来占据了该领域的主流。与Aβ和Tau相关的基因突变为生成数百个转基因小鼠模型提供了坚实的基础（图1），这些模型随着时间的推移不断发展，以更好地模拟AD的具体特征，并促进实验室发现的转化应用。啮齿动物模型有许多优点，包括低成本、大样本量、更容易的遗传操作、常规的动物护理等。不幸的是，由于啮齿动物的大脑结构和神经环路的复杂性与人类不具有可比性，它们在诊断标志物和治疗方法的开发方面的转化潜力也很低。
图1. 阿尔茨海默病（AD）研究的主要动物模型示意图（
摘自Eleanor Drummond, Thomas Wisniewski. Acta Neuropathol. 2017 Feb;133(2):155-175.）
不到1%的AD病例是由APP、PSEN1或PSEN2的常染色体显性突变引起的早发家族性阿尔茨海默病（EOAD）病例。然而，所有主要的转基因啮齿动物模型都表达这些变异形式的APP和PS1。目前最好的散发的AD(sAD)动物模型是非人灵长类动物(non-human primates, NPHs)。每个模型中一致存在的神经病理类型显示在方框中；P：斑块；CAA；充血性淀粉样血管病；T：神经纤维缠结。在这些动物模型中出现斑块前的病变并不足以表明神经纤维缠结病变的存在。因此，只有3xTg小鼠表达AD的所有3种病理标志。
因此，要了解与年龄相关的复杂的人类疾病，使用非人灵长类动物（NHP）的大脑是非常可取的，因为它与人类有更密切的系统发育关系，有类似的神经解剖结构，有类似的遗传学特征，有类似的复杂的神经回路和更高阶的认知功能（表1）。
表1. AD研究领域使用最广泛的非人灵长类（NHP）动物模型（表格摘自https://www.xiahepublishing.com/2572-5505/JERP-2023-00006）
自发（自然老化）的NHP AD模型的优势和劣势
在老年NHPs中发现的类似人类AD的病症，包括恒河猴、犬猴、松鼠猴和小狐猴（表2）。虽然物种间确实存在差异，但这些物种的NHPs在实质和脑血管中表现出广泛的Aβ沉积，实质中存在一定程度的Tau和p-Tau沉积，罕见的NFTs神经元内积聚，胶质细胞激活，狐猴限制性脑萎缩，以及轻度认知障碍。与其他AD动物模型相比，自然老化的NHPs显示出与人类AD的高度相似性，因为它们与人类有密切的系统发育关系，相似的神经解剖学，可比的遗传学特征，以及高阶认知功能的更大复杂性。因此，自然老化的NHPs可以被视为一个有前景的AD样动物模型，将提高我们对年龄相关认知障碍、致病机制、分子和细胞相互作用以及基因-环境相互作用的理解，进一步促进诊断技术和治疗创新的发展。
然而，自发的NHP AD模型也存在几个主要的劣势。首先，虽然自然老化的NHPs自发地表现出Aβ蛋白病变，但它们很少表现出类似AD的NFTs或脑萎缩，这表明使用老化的NHPs来分析Aβ、Tau和神经元死亡之间的相互作用有一些困难。其次，老年NHPs的认知缺陷和执行功能障碍比人类AD要轻得多，这可能是评估新型治疗方法性能的一个障碍。研究它们对严重的NFTs、脑萎缩和认知能力下降的保护机制倒是给我们一些启发，同时它们显示出严重的Aβ蛋白病和载脂蛋白酶ε4同源性。最后，与AD的啮齿动物模型相比，NHPs通常有较长的预期寿命，这表明在出现类似AD的症状之前需要更长的观察期，从而增加了已经很高的研究成本。这些缺点限制了自然老化的NHPs作为自发AD模型的广泛使用。
诱导的NHP AD模型的优势和劣势
目前通常使用ICV-Aβo、IT-Aβo、AD脑原液、ICV-STZ、甲醇和ICV-FA来诱导NHP的AD模型（表2）。老年NHPs与人类有很大的相似之处，包括神经解剖学、神经生理学、复杂的行为和复杂的情感，使其成为人类疾病的理想模型。而Aβo、AD脑原液、STZ和FA的应用则诱导Tau高度磷酸化（p-Tau）、神经元损伤、脑萎缩、认知能力下降和记忆障碍等病理改变，这进一步填补了自然老化NHPs和人类AD之间的差距。最重要的是，注射或喂食AD相关的诱导剂可以在NHPs的年轻成年阶段而不是在自然老化的NHPs的老龄段出现AD相关的病症和行为，这大大减少了资金需求并缩短了实验程序。
然而，目前所有的诱导AD建模方法都有其局限性。首先，不同研究的剂量、注射期和接种期各不相同，程序也没有标准化。两个设计良好的Aβo诱导的NHP研究，增加剂量，延长注射期，并将接种期延长至两年，可能使NHP出现所有类似AD的病理和症状，最重要的是脑萎缩和认知能力下降。在自发的NHP AD模型中几乎观察不到脑萎缩和认知能力下降的发生，但它们在AD患者中受到严重影响，表明它们在AD模型的治疗发展和验证中的重要性。其次，构建诱导性NHP AD模型的研究设计有待大大改进。许多研究在治疗组中只包括两个或三个NHPs，所以类似AD的病理表现可能是偶然的结果。我们鼓励对诱导的NHP进行更全面的评估，包括检查Aβ斑块、CAA、p-Tau、NFTs、胶质激活、炎症状况、神经元死亡、脑萎缩和行为变化。对NHP模型进行更标准化的评估将有助于研究之间更好的沟通，使每个研究的时间和资金得到最有效的利用，并导致更有效地构建一个公认的标准化的NHP AD模型。此外，鉴于对AD病因的不完全了解，所有人工诱导的模型都是基于AD的特定假说，使得一个NHP模型很难完全再现AD的病理和症状。构建这样的模型应该是这个领域的重点和难点之一。预计将有更多的努力来改进方法，提高一致性，并最终使诱导的NHP AD模型的方案标准化。
表2. 自发（自然老化）和诱导的NHP AD模型（表格摘自https://www.xiahepublishing.com/2572-5505/JERP-2023-00006）
未来的发展方向
这篇综述最后对NPH模型未来的发展方向进行了展望，预计AD的NHP模型将被用于越来越多的AD药物开发项目中，以评估药物的给药途径、药代动力学、药效学、耐受性、安全性，以及最重要的，在I期临床试验前的药物疗效。因此，需要大力改进目前的NHP AD模型，特别是在影像学、实验室生物标志物和行为测试方面进行药物疗效评估。在未来几年内，使用适当的放射性同位素标记示踪剂的Aβ PET扫描，以及新的血液和尿液生物标志物将被应用。因此，这些研究将提供必要的数据和坚实的证据，以促进人体的临床试验。
结论展望
在100多年前首次发现AD后，该领域仍在试图了解AD的基本病因和发病机制。应用与AD密切相关病理和症状的AD动物模型，可以大大促进我们对疾病过程中的分子、细胞、生理和心理过程的理解。本综述总结了AD的自发和诱导NHP模型以及它们最近对AD研究的贡献。自发的NHP AD模型表现出广泛的Aβ沉积、CAA、胶质激活和老年时的中度认知衰退，而由ICV-Aβo、脑匀浆、FA和ICV-STZ诱导的NHP AD模型进一步表现出类似AD的p-Tau、少量NFT和脑萎缩。在啮齿动物模型中很少观察到所有与AD相关的病理和行为变化，但在一些NHP研究中却有报道，这是因为NHP与人类有密切的系统发育关系，类似的AD相关遗传学特征，类似的神经解剖结构、生理、神经元功能，以及高阶认知、情感和社会行为的改变。在过去的二十年里，NHP AD模型越来越多地参与到新型PET示踪剂、Aβ疫苗、DMTs和饮食调整的开发中，以帮助它们转化为涉及人类的临床试验，旨在改善AD的诊断标准、预防策略和治疗方法。然而，对NHP AD模型的研究也存在一定的局限性。与啮齿类动物的AD模型相比，使用NHP模型需要更高的经济成本，更复杂的遗传操作，更小的样本量，以及更专业的研究人员和设施。此外，目前还没有一个标准化的方案来建立一个广泛接受的NHP AD模型，这可能会增加不同研究之间的差异。该领域应产生一个指南，建议应满足某些诱导剂、诱导剂的剂量、注射频率和接种时间，以产生可靠的NHP AD模型。必须将评估广泛的AD相关病症和行为变化的良好研究设计纳入NHP研究，以使同行研究人员能够全面解释PET示踪剂、Aβ疫苗、DMTs或生活方式调整的效果。建立一个标准化的NHP AD模型，并参与对NHP的全面评估，将大大加快从NHP发现转化为涉及人类的临床试验，从而大大加快发现AD的生物标志物和DMT。
本文“Non-human Primate Models of Alzheimer’s Disease”在期刊Journal of Exploratory Research in Pharmacology上发表，DOI：10.14218/JERP.2023.00006
作者简介
通讯作者
Ben J. Gu
澳大利亚墨尔本大学弗洛里研究所。
转自：“华誉学术”微信公众号
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