大鼠模型在阿尔茨海默病研究新思路的启发（一）

2021.3.01

王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

阿尔茨海默病（AD）目前研究所用的动物模型主要以基因编辑小鼠为主，虽然取得了丰硕的成果，但相应的药物试验几乎全部失败，尤其是以Aβ假说为核心的药物开发，可以说是无一幸免。在这种情况下，我们是否应该稍微调整一下思路，选择另一种模型进行研究，从而以另一个视角重新审视我们的AD药物开发呢。这就将近几十年来一直处于小鼠“阴影之下”的大鼠推到了AD研究的风口浪尖，这主要得益于以下几点：

1. 大鼠整体上比小鼠更聪明，更容易训练，从而完成较复杂的实验。而这些复杂的实验对基因的改变或者药物更加敏感；

2. 大鼠没有小鼠怕人，不容易焦虑和抑郁，更适合神经生物学的行为学实验；

3. 大鼠各组织器官都比小鼠大，更容易进行手术操作；

4. AD相关基因如MAPT在大鼠中的多态性与人类更接近；

5. 日益简单的大鼠基因操作。

因此，如果我们采用大鼠作为AD的实验动物，很可能会得到小鼠实验中无法获得的信息，所以一些学者就把AD研究转移到了大鼠身上。

一 APP的剪切与Aβ

随着多年来对AD研究的深入，我们已经了解到AD有两大病例特征，即患者脑中会存在大量由Aβ（Amyloid Beta）聚集而成的淀粉样沉淀和由tau聚集而成的神经纤维缠结，其中Aβ由APP（Amyloid Precursor Protein）经过两次剪切而成：非淀粉样蛋白剪切和淀粉样蛋白剪切。前者可以理解为不产生毒性Aβ的“好的”剪切方式，后者过度活跃则会造成Aβ过载，产生淀粉样沉淀。这两种剪切都需要两把“剪刀”，区别在于第一把“剪刀”的不同，前者第一刀是α-secretase（α剪切酶）动的手，因为α剪切酶几乎是从APP的Aβ片段中间拦腰剪断的，所以Aβ——卒！但要注意的是，这种剪切之后APP就裂开了，形成了N端的APPSα（也可以写成sAPPα）和C端的α-CTF，可以简单地理解成，这两个片段越多，说明APP的剪切越趋近于“良性”，越不容易产生Aβ。至于α-CTF的进一步剪切，我们暂时不用管它。

如果是淀粉样蛋白剪切，那就是β-secretase（β剪切酶）开始动的手。这一刀剪在Aβ序列的N端，APP就分成了APPSβ（也可以写成sAPPβ）和C端的β-CTF，刚才说到的Swe突变就会导致APP的β剪切更容易发生。这些带“β”家伙的出现往往就意味着Aβ含量的增加，因为β-CTF再被γ剪切酶剪切后“大魔王”Aβ就正式出场了。

图1. APP剪切过程

这里顺道提一下，γ剪切酶与α和β剪切酶不一样，后面两个刀法精准，剪切位置固定；而γ则对α-CTF或者β-CTF的剪切飘忽不定，所以Aβ指的是一类短肽（36-43个氨基酸都有可能），而不是固定大小的片段，总体而言Aβ越长，越容易聚集，毒性也就越大。

二 Aβ人源化突变大鼠

因为只有人类和一些灵长类动物的Aβ片段是容易发生聚集的，如果不将Aβ片段人源化，即使在啮齿类动物中引入再多的突变，也很难产生Aβ聚集物，从而影响造模效果，因此构建大鼠模型需要将Aβ片段人源化。接着对Aβ人源化了的大鼠进行突变，接下来为大家介绍3种Aβ人源化突变大鼠。

Luciano D’Adamio实验室发表了三种AD基因编辑大鼠，这三种大鼠均采用基因敲入（Knock-In）的方法。有人可能会问，为什么选用KI而非传统转基因（Transgenic，Tg）的方式呢，这一方面是由于过往采用转基因方式的研究没有产出一款AD治疗药物（基于Aβ假说）；另一方面KI相较于Tg有以下三大优势：

1. 和Tg相比，KI没有随机插入，对大鼠本身基因的影响控制到了最低水平；

2. 没有多拷贝，更接近人类疾病中的病理特征；

3. 保留了大部分大鼠基因的原有序列，使得大鼠原有的调控原件仍能发挥作用。

图2. 三种APP基因编辑大鼠