快速老化小鼠SAMP8研究进展
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研究进展
中国药理学通报ChinesePharmacological
Bulletin
2009
May;25(5):565~8
565
快速老化小鼠SAMP8研究进展
周伟勤1,毕明刚L2,杜冠华2
(1.中国医学科学院药用植物研究所,北京100093;2.中国医学科学院药物研究所,北京100050)
中国图书分类号:R-05;R
R745.7
338.64;R
339.38;R363-332;
命较短和淀粉样变性增加的快速衰老特征;R系具有正常的衰老进程和特征。其中SAMP8亚系表现为衰老相关的学习记忆缺陷与ADI临床表现非常相似。由于其学习记忆障碍出现较早且自然发生,较好地模拟了人类衰老相关的学习记忆障碍形成过程,是目前较理想的研究衰老相关的认知障碍模型。同属SAMRl的各项牛理指标及生存期限与正常动物相似,常用作SAMP8的正常对照。目前SAMP8已被广泛用于研究衰老相关的学习记忆障碍及其发生机制、评价抗衰老及改善学习记忆功能药物等。
1
文献标识码:A文章编号:1001—1978(2009)05—0565一04摘要:快速老化小鼠SAMP8(senescence—accelerated
mouse
pmne/8)是一个从普通的遗传群AKR/J系小鼠中通过表型选择培育出的快速老化小鼠,表现为早期增龄性学习记忆缺陷,同时伴有All淀粉样蛋白沉积,是目前公认的有效的研究阿尔采末病(Alzheimer,sdisease,AD)动物模型。同属SAMRl表现为抗快速老化,具有正常的老化特性,常用作正常对照。目前SAMP8已被广泛应用于研究快速学习记忆缺陷的发病机制,以及评价抗衰老及改善学习记忆功能的药物等。
SAM玛学习记忆障碍发生机制
B淀粉样蛋白(amyloid
beda
protein,A11)是淀粉样前体
蛋白(amyloid
precursor
protein,APP)的代谢产物,它是老年
斑的主要成分,其在脑组织中含量的异常增加可能是诱发
关键词:快速老化小鼠;阿尔采末病;动物模型
AD的主要因素。目前认为All神经毒性作用是各种原因引起AD的共同通路,是AD形成和发展的关键因素。SAMP8
SAM小鼠是20世纪80年代一个从普通的遗传群AKR/J系小鼠中通过表型选择培育出的快速老化模型,包括快速衰老的P系和抗快速衰老的R系。P系包括9个亚系,每个亚系都表现为特征性的病理障碍。多数P系表现为平均寿
增龄过程中脑中出现大量All沉积,目前对SAMP8学习记忆障碍发生机制研究显示多与All沉积有关。
1.1
氧化应激氧化庇激是AD发病的重要假说之一。AD
病人脑中氧化应激损伤在A13形成过程中发挥关键作用。毒性All积聚可引起氧化应激、降低神经元膜脂中多不饱和脂肪酸(polyunsaturated
acid,PUFA)的含量。海马或杏仁
收稿日期:2008一ll—18,修回Et期:2009—02—22基金项目:国家自然科学基金资助项目(No30772750)
作者简介:周伟勤(1982一),男,硕士生,研究方向:神经药理学,E-
mail:weiqin.zhou@yahoo.com.en;
fatty
核注射All具有明显的遗忘效应,并且对神经元膜脂的脂肪酸构成具有直接影响,从而破坏细胞膜结构…。
SAMP8在幼年时就出现较高的氧化应激水平。与同龄
SAMRl比,4—8wkSAMP8脑中脂质过氧化物和过氧化氢净
毕明刚(1970一),男,副研究员,研究方向:神经和免疫药理学,通讯作者,Tel:010-62894867,E—mail:msbi@imp-
lad.∞.cn
产生增加,活性氧高度敏感的谷氨酰胺合酶的活性降低拉1;过氧化氢酶活性明显降低、脂酰辅酶A氧化酶的活性明显增
Researchprogress
on
therelationship
betweenproteinspecificoxidationanddiseases
J’Z,3
CHENGang—lin91。LIUJunl。BIANKa
(1.MuradResearchInstituteforModernizedChineseMedicine,
ShanghaiUniversityDivision
ofTraditional
Chinese
Medicine,Shanghai201203,China;2.E—InstituteofShanghai
ofIntegrative
Universities,
ofNitric魄池andInflammatoryMedicine,Shanghai
Institute
201203,China;3.Dept
BiologyandPharmacology,
ofMolecularMedicine,Universityof
Texas
MedicalSchool,6431Fannin,Houston,TX
se8
77030)
betweenthespe
changes
Abstract:Itisnotablethatthespecificproteinoxidationprod-
ucts
canserve
toa
certainextent.Studyoftheconnection
oxidationproducts
asbiomarkerdue
tothefactthateach
protein
cificproteinandpathological
Can
comprisesuniqueaminoacidhave
sequence
andeach
diseasemay
COIl
providethescientificbasisforpreventionandtreatmentoflotsofdisease8.
Keywords:protein;oxidation;nitration;nitrotyrosion:chloro-tyrosine
specific
to
oxidativereaction.Forexample,tyrosine
or
be
oxidatedted
to
3-nitrotyrosine
3-chlorotyrosine,methionineoxida-
pro-
sulfoxide.Thegenerationandincreaseofthespecific
teinoxidationproducts
Canreflecttheconditionoflotsofdisea-
万方数据
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May;25(5)
加"1;8
mon
SAMP8脑中的脂质过氧化和蛋白氧化标记物较
4
mon也明显增加”J。给予抗氧化剂0【.硫辛酸后,12
mon
SAMP8蛋白羰基和硫代巴比妥酸反应物的水平较4mOll明显降低,并且能够改善记忆障碍【4】。羰基修饰是蛋白氧化的一个重要标记物。3
moil
SAMP8肝脏Cu/Zn—SOD(Cu,zn—
superoxide
dismutase)和9
mort
SAMP8脑中海马胆碱能神经
刺激肽前体蛋白(hippocampalcholiner西c
neurostimulating
peptideprecursor
protein,HCNP—PP)羰基修饰水平均比同龄
SAMRI高。Cu/Zn.SOD导致的渐进性氧化损伤可能是引起sAMP8抗氧化应激系统功能紊乱、形成高氧化状态、衰老加速的一个重要机制;而HCNP-PP的羰基修饰可能与SAMP8学习记忆功能退化引起的病理生理改变有关po。
1.2长时程增强效应(10ng-termpotentiation。LTP)减弱LTP是衡昔神经突触可塑的重要指标,被认为是学习记忆的细胞学基础。研究表明老年SAMP8海马突触活动减少,表现为脑片神经递质ACh和NE释放减少;胆碱能M受体、5一羟色胺一1A(5-HT一1A)受体和N一甲基-D一天冬氨酸(N—methyl—D.aspartate,NMDA)受体水平下降;蛋白激酶C(protein
kinase
C,PKC)和突触棘密度减少∞J。磷酸化环磷腺苷反应成分结合蛋白(phosphatedcylinc
AMPresponse
elementbindingpro-tein,P-CREB)是CREB/AI,T(activating
transcriptionfactor,
A订)家族中转录因子一员,在突触町塑性和LTP形成过程中发挥重要作用。目前认为晚期坍P与突触棘形成和新蛋
白合成密切相关,而P—CREB又是晚期LTP形成的核心因子。PKA、PKC、钙离子信号调节亲环素配体.II(Ca2+/calm-
kinase,CaMKⅡ)和CaMKIV可通过与NM
mort
SAMP8海马CAl区即发现CREB磷酸
J。研究证实悼j,2、6和12mOB
SAMP8海马切片mort
SAMP8较同龄
mort
SAMP8脑片中被破坏了
Tau蛋白过度磷酸化目前研究发现一J,SAM鼠快速
synthasekinase-3,
dependent
ki—
万方数据
nase,CDK-5)。5mortSAMRl和SAMP8不同脑区Tau蛋白
磷酸化比较研究发现¨…,SAMP8异常高度磷酸化Tau蛋白较SAMRI明显增加,CDK-5表达和激活增加,表明SAMP8老化和Tau蛋白修饰有关。1.4葡萄糖代谢障碍
GSK-3是一种多功能的丝氨酸/苏
氨酸蛋白激酶,是参与糖代谢的主要限速酶之一。GSK-3可使糖原合成酶磷酸化而抑制糖原合成。AD患者糖代谢障碍,葡萄糖供能不足。为使葡萄糖生成增加,GSK-3活性增强使其具有Tau蛋白激酶的活性。GSK.3p即为Tau蛋白激酶I,与CDK-5协同催化Tau蛋白磷酸化。其中GSK一313活性代偿性增强是神经纤维缠结(NF1')形成的重要机制。GSK一3B的特异性抑制剂锂,呈剂量依赖性的降低Tau蛋白的磷酸化,增加Tau蛋白与微管的结合,促进微管的组装;还可以降低GSK一3¥对Tau蛋白的磷酸化作用,直接阻止Tau蛋白多个位点的磷酸化。此外,GSK.313促进A13在AD患者脑中蓄积发挥重要作用…o。
SAMP8脑内葡萄糖代谢障碍与学习缺陷的严重程度密切相关。SAMP8长期饮食给予氯化锂¨23或褪黑素…治疗后,能降低Caspase-3和钙蛋白酶的活性,产生神经保护作用;减少SAMP8大脑皮层细胞丢失,减少脂质和蛋白的氧化损伤;降低GSK-313和CDK-5的水平和活性,减少高度磷酸化的Tau蛋白生成。表明CDK-5/GSK-313信号级联放大通路町能是一个治疗衰老相关的神经退行性疾病的潜在靶标。同时提示SAMP8脑内葡萄糖代谢障碍可能是导致其学习记忆缺陷的重要机制。
1.5免疫老化(immunosenescence)
美国病理学家W01.
ford在20世纪60年代首先提出老化的免疫学假说,认为免疫系统从根本上参加了正常脊椎动物的老化过程,是老化过程的主要调节系统之一。T淋巴细胞功能降低与数量减少是增龄性免疫系统的主要改变,其中胸腺增龄性萎缩表现尤为明显。T细胞与免疫老化的关系是老化免疫学机制研究的核心内容。早期相关研究表明SAMP8学习记忆减退的同时伴有cD4+T淋巴细胞内源性缺陷。近来研究发现¨引,在
1~8wk
SAM胸腺中CD4。/CD8+细胞的比例呈现明显增龄
性增加的趋势;2wk后,SAMP8中CD4一/CD8+细胞的比例高于SAMRl,说明SAMP8与SAMR!两个亚系在T细胞的分化发育上存在差异,SAMP8要早于SAMRI,提示CD4+/
CD8一与CD4一/CD8+比例的异常可能是SAMP8过早出现免疫老化的原因之一。
SAMP8免疫老化可能与血脑屏障的通透性改变密切相陷。对5、10
mort
SAMP8和SAMRI血浆中促炎症反应因子
障功能的改变可能是血中免疫物质进入脑内的途径之一,介oduline—dependent
DA受体结合引起海马神经元细胞ca2+内流,从而使CREB磷酸化。早在2
化缺陷L7CAI区的m呈现增龄性减弱,6和12
SAMRI明显降低。同时还发现,星形胶质细胞通过D-丝氨酸参与突触传递,补充内源性D.丝氨酸和NMDA受体甘氨
酸结合位点协同激动剂,不仅可以直接改善L叩缺陷,还可
通过D.氨基酸氧化酶修复12
的L胛,表明D一丝氨酸缺失或星形胶质细胞功能紊乱可能是
老年SAMP8认知和NMDA受体依赖性L,rP减少的潜在机制。
1.3
关¨“。一些促炎细胞因子如ILlB、IL-6和TNF.d在脑中的表达增加可能参与SAMP8衰老相关的神经元障碍和学习缺老化形成机制多与Tau蛋白过度磷酸化和APP转录机制有关,而转基因动物模型,如APP和早老素蛋白一1(presenilin—1)突变。虽可产生大量的淀粉样蛋白沉积,但没有Tau蛋白过度磷酸化的病理表现。机体衰老过程中轻度Tau蛋白的形成不是一个必需的正常过程,相反,可能是一个病理表现。神经微管相关蛋白Tau蛋白主要分布于轴突,Tau蛋白通过磷酸化调节该蛋白正常和病理功能。高度磷酸化会损害7Fau蛋白微管结合功能,从而导致脑中微管失去稳定性,最终引起受累的神经元退化。许多丝氨酸一苏氨酸激酶可磷酸化Tau蛋白,如糖原合成酶激酶-3(glycogen
检测表明,IFN一1和TNF-a增龄性增加,IL-2增龄性减少;长期给予褪黑激素能够中和这些促炎症反应因子H引。血脑屏导了SAMP8脑内免疫老化。
1.6钙自体失衡与钙超载1994年Khachaturian首次提出AD发病机制的钙假说,认为神经细胞内的生理ca2+浓度是
GSK-3)13和周期素依赖性蛋白激酶,5(cyclin
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维持其正常功能所必须的,细胞内ca2+浓度的持续升高会导致细胞损伤,为AD神经性病变提供了最后共同的通路。与AD发病相关机制,如AB过度产生、葡萄糖代谢降低、炎症反应、兴奋性氨基酸(谷氨酸)作用于细胞膜NMDA受体等均可导致神经细胞钙离子内流,使细胞内ca“超载,诱发一系列链式反应,最终导致神经元退行性病变。钙离子拮抗剂可以通过阻止细胞内游离钙离子的增加,延缓神经元的死亡,从而延缓AD的发展。
SAMP8脑组织病理研究发现Ⅲ1,与学习记忆缺陷关系密切的N.和L.型钙离子通道拮抗剂受体密度增龄性减少,并且钙离子含量明显增加,表明老年SAMP8脑中Ca2+稳态改变。双氢吡啶类钙拮抗剂尼莫地平是目前临床上用得最多的治疗AD的钙离子拮抗剂。体外放射性配基试验研究表明,与同龄SAMRl比较,SAMP8脑组织中如海马、中脑、延髓等1,4-二氢吡啶(1,4.dihydropyridine,DHP)钙离子拈抗剂[3H]PN200.1lO最大结合位点数明显减少,长期Et服给予尼莫地平和尼卡地平,能明显增加SAMP8海马和大脑皮层的[3H]PN200.110最大结合位点数,并且还能明显改善SAMP8被动反应能力。静脉注射[3H]PN200-110并定期检测SAMP8脑组织中的该放射配基的浓度研究发现,体内研究结果与体外相吻合¨81。此外,尼莫地平还能升高老年SAMP8脑中神经递质ACh、5-HT和DA的水平,增加胆碱乙酰基转移酶和胆碱酯酶的活性,降低单胺氧化酶一B(mono-
amine
oxidase.B,MAO.B)的水平o
1.7神经内分泌免疫调节网络失衡下丘脑一垂体一卵巢(hypothalamus—pituitary—ovary,HPO)轴是神经内分泌免疫调节网络之一,在维持内环境稳态和机体的正常生理功能方面发挥重要作用。对不同月龄SMAP8的HPO轴研究发现,5moll后SAMP8的动情周期和动情间期明显延长。与同龄SAMRI相比,3
mort
SAMP8血清雌激素水平明显升高,5
mon
时急剧下降,此后5~11mOB基本保持不变。SAMP8自7moll时垂体黄体生成素急剧升高。口服六味地黄汤可以缩短9
moll
SAMP8动情期,增加子宫重量,并能明显减少垂体
黄体生成素的含量。表明SAMP8在老化过程中5moll即出现HPO轴失调,并且通过药物治疗可以得到改善¨…。
中枢神经系统是雌激素除生殖系统以外又一个主要靶器官。对3~15
moll
SAMP8和SAMRI海马中雌激素受体
(estrogenreceptor,ER)Ot、B基因表达研究表明,二者在3~
15
mort时ERa基因的表达均没有变化,而ERl3基因表达则
减少,并且SAMP8表达降低年龄要早于SAMRl。SAMRlERl3基因的表达在3~12mOB时维持在一个相对高的水平,在15mort时则明显下降,而SAMP8只在3~6moll时表达维持在一个较高的水平,随后表达则逐渐降低,至15mon时最低。表明ERl3与SAMP8增龄性学习记忆功能障碍的关系更为密切,ERa对其影响相对较小Ⅲ1。这为AD病临床雌激素替代疗法、抗AD病新药研究提供了可靠的实验研究依据。1.8鼠白血病病毒(murine
leukemia
viruses。MuLVs)
许多病毒可导致CNS病理改变,如海绵样变,MuLVs即是其中的一种病毒。SAMP8脑中内源性单嗜MuLVs水平较高,
万方数据
早在1wk就出现了传染性单嗜型MuLVs,并且滴度增龄性升高。研究发现在SAMP8脑中可见单嗜性MuLVsmRNA表达,MuLV阳性神经元胞质内可见许多空洞,并且在这些神经元的细胞外间隙周围可见增生病变;单嗜型MuLV壳体基因阳性神经元周围可见较强的星形胶质细胞激活和广泛的空泡形成,SAMRI则没有发现。表明SAMP8脑中有内源性前病毒表达,推测该病毒在SAMP8脑老化过程中发挥重要作
用㈨。
2
SAMP8在神经药理学研究中的应用
SAMP8因其寿命短、学习记忆障碍症状自然发生,试验
周期短,节省人力、物力等优点,近年来在评价改善学习记忆功能药物研究中广泛应用。
研究发现锂可以通过减少SAMP8海马GSK-313和CDK一5的活性、Tau蛋白磷酸化、细胞凋亡活性和细胞死亡。为锂作为一个潜在的抗神经退行性疾病药物提供了强有力的实验依据¨“。另外,对4mOll和7
mort
SAMP8褪黑素皮下注
射给药4mOB研究发现,海马CAI区颗粒沉积明显减少、海马锥体细胞数量增多,SAMP8学习记忆障碍亦得到了一定的改善。但对褪黑素的反应性,4moll较7moll更明显,说明褪黑素对SAMP8海马神经退行性变的改善作用具增龄相关性¨“。国内对SAMP8的研究不够深入,主要用于中药复方及中药有效成分药效评价。如何首乌提取物与脂褐素联合膳食18wk对1mon和7
moll
SAMP8的学习记忆障碍亦有类
似改善作用,其作用机制与抗氧化有关mJ。中药复方黄连解毒汤汹1和六味地黄汤Ⅲ1对SAMP8海马基因表达的影响研究表明这两个使用较广的中药复方可能具有改善学习记忆障碍的作用。另有报道,针灸亦可改善SAMP8学习记忆障碍‘冽。3结语
目前研究表明AD是一个多重行为和神经方面的异质性疾病,其遗传学背景、发病时间、持续时间和临床过程亦表现异质,因此很难有这样一个单纯的AD动物模型ⅢJ。由于SAMP8具有典型的老化相关的学习记忆自然快速衰退、脑内B淀粉样蛋白积聚等生物学特性、发病过程与发病机制与AD极为相似,因此SAMP8是目前研究衰老相关学习记忆障碍发病机制和药物筛选的较理想动物模型,但对其发病机制尚需进一步研究。
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Keywords:senescenceacceleratedmouge
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