综述:研究路易体痴呆的研究模型

【字体: 时间:2025年04月24日 来源:Molecular Neurodegeneration 15.1

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  这篇综述聚焦路易体痴呆(LBD),详细介绍了帕金森病(PD)、阿尔茨海默病(AD)模型与 LBD 的相关性,分析现有模型优缺点,探讨潜在改进方向,为 LBD 机制研究和治疗提供了全面的模型参考,助力攻克这一复杂疾病。

  

背景


路易体痴呆(LBD)是一种神经退行性痴呆,包括帕金森病痴呆(PDD)和路易体痴呆(DLB)。其临床特征为认知波动、视幻觉、睡眠行为障碍和帕金森综合征。由于与阿尔茨海默病(AD)症状相似,临床诊断 LBD 颇具挑战。约 25% 的痴呆病例在死后被诊断为 LBD,其病理特征为 α- 突触核蛋白(α-syn)聚集形成路易体(LB)和路易神经突(LN)、过度磷酸化的 tau 蛋白在神经原纤维缠结(NFT)中积累以及 β- 淀粉样蛋白(Aβ)形成淀粉样斑块 。LBD 是帕金森病(PD)和 AD 的共病,约 50% 的 LBD 患者存在 α-syn、Aβ 和 tau 积累的共病理 。

帕金森病


PD 是常见的运动障碍和第二常见的神经退行性疾病。其临床特征包括震颤、姿势不稳、僵硬和运动迟缓,病理特征为黑质致密部(SNc)多巴胺能神经元丢失,导致纹状体多巴胺(DA)水平降低,还伴有 α-syn 等异常沉积形成 LB 和 LN。PD 病因不明,遗传因素占 5 - 10%,环境因素如脑外伤、接触百草枯和鱼藤酮等也与发病相关。

动物模型


非哺乳动物模型如秀丽隐杆线虫和果蝇,虽与人类有部分分子通路相似,但不表达 α-syn。啮齿动物模型因易护理、成本低等优点常用,如 6 - 羟多巴胺(6-OHDA)诱导的模型可用于研究运动和非运动症状;1 - 甲基 - 4 - 苯基 - 1,2,3,6 - 四氢吡啶(MPTP)可诱导选择性多巴胺能神经元变性,在非人灵长类(NHP)等动物中应用广泛;鱼藤酮诱导的模型可表现出类似 PD 的运动症状和 LB 样包涵体。转基因模型如 M83 转基因小鼠表达 A53T 突变的 α-syn,可用于研究 α-syn 传播;Line 61 小鼠可模拟散发性 PD 的渐进特征。

细胞模型


常用的细胞模型包括人神经母细胞瘤细胞系 SH-SY5Y,可分化为儿茶酚胺能神经元,但存在分化命运等问题;隆德人胚中脑细胞系(LUHMES)可更稳定地分化为多巴胺能神经元。此外,还有非神经元永生细胞系、原代神经元培养、患者来源的诱导多能干细胞(iPSC)等模型,各有优缺点。

计算机模型


计算机模型可模拟 PD 的分子发病机制等,如分子对接研究可预测药物特性,分子动力学模拟(MDS)可阐释蛋白功能,定量系统药理学(QSP)框架可优化精准医学,人工智能(AI)模型可模拟脑网络变化等。

阿尔茨海默病


AD 是最常见的痴呆类型,临床特征为记忆和认知功能进行性下降。病理特征是 Aβ 寡聚体聚集形成淀粉样斑块和 tau 蛋白过度磷酸化形成 NFT,二者逐渐在大脑中积累。年龄是重要风险因素,少数家族性 AD 由特定基因突变引起,散发性 AD 占多数,病因不明。

动物模型


非哺乳动物模型如秀丽隐杆线虫、果蝇和斑马鱼可研究 AD 相关机制。小鼠模型如 5xFAD、APP/PS1 等转基因小鼠,可模拟 Aβ 和 tau 病理,但存在局限性。3xTg-AD 模型可研究 Aβ 和 tau 共病理,嵌合小鼠模型可研究人源细胞在体内的病理变化。转基因大鼠模型如 McGill-R-Thy1-APP 大鼠可模拟 AD 样淀粉样病理,NHP 模型如老年恒河猴可表现出与人类 AD 相似的病理和临床特征。

细胞模型


原代细胞培养可研究 Aβ 和 tau 对细胞的影响,但不能完全模拟疾病表型。iPSC 可分化为神经元,研究疾病病理生理学,但大多来自家族性 AD 患者。直接重编程的诱导神经元(iNs)可保留衰老特征,CRISPR/Cas9 系统可精确控制基因变异。微流控装置和三维培养可更好地模拟神经元和胶质细胞的相互作用。

计算机模型


计算机模型可模拟 Aβ 蛋白聚集过程,筛选聚集抑制剂,AI 驱动的模型可预测 AD 进展,优化诊断和治疗。

路易体痴呆


LBD 是第三常见的痴呆类型,病理特征为 LP 广泛存在,常伴有 AD 相关病理。患者可出现 AD 样痴呆症状、帕金森综合征和特定认知障碍。LBD 与 AD、PD 有许多共同的遗传风险位点和变异。

动物模型


目前尚无非哺乳动物的 LBD 混合病理模型。哺乳动物模型主要包括转基因杂交、转基因加 PFF 接种和转基因加病毒 AAV 介导的转基因表达三类。如 hAPP/hSYN 小鼠和 DLB-AD 小鼠显示 Aβ、tau 和 α-syn 之间存在协同相互作用,但也有研究表明 α-syn 对 Aβ 病理可能有保护作用。

细胞模型


细胞模型用于阐明 LBD 的发病机制,包括 LBD 患者来源的系统、基因编辑细胞系等。常用 α-syn 和 tau 的预形成纤维(PFFs)或重组 Aβ 纤维或寡聚体处理细胞,病毒介导的转基因过表达也是常用方法。

计算机模型


LBD 的计算机模型处于早期阶段,MDS 研究可深入了解蛋白聚集等过程,网络模型可研究蛋白聚集在脑内的传播,大规模蛋白质组数据整合可识别生物标志物,QSP 框架可优化治疗方案,AI 可加速模型构建,但需与实验和临床结果进行严格验证。

当前挑战和未来方向


LBD 建模面临诸多挑战,如难以在体内外捕捉其病理异质性,现有模型无法完全模拟其病理过程和行为功能障碍。未来应致力于创建更接近人类疾病的模型,如利用脑类器官和患者来源的 3D 培养研究神经元 - 胶质细胞相互作用;开发人源化动物模型,整合遗传、环境和衰老因素;利用 NHP 模型提高转化价值,但需解决成本和伦理问题。

结论


选择最优模型系统需综合考虑科学问题和模型优缺点。传统 PD 和 AD 模型在研究疾病机制和治疗方面有一定价值,但缺乏病因学和结构效度。PD 和 AD 患者来源的 iPSC 培养在神经退行性疾病研究中具有重要意义。在 LBD 研究中,细胞和动物模型相互验证,有助于深入了解疾病机制。未来需继续优化模型,探索蛋白相互作用机制,开发多靶点疗法,加强多学科合作,推动 LBD 研究进展。

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