文摘
最广泛使用的转基因小鼠模型的阿尔茨海默病(AD)是APPswe / PS1dE9老鼠,在瑞典表达突变的外显子9中应用PS1一起删除。这些老鼠显示增加的实质β负载的β斑块从四个月的年龄,胶质激活,在认知功能和赤字的年龄6个月证明了摇臂水迷宫和12 - 13个月看到莫里斯水迷宫测试。作为基因转移技术允许DNA的交付到目标细胞来达到保护或治疗性蛋白的表达,和干细胞移植可能创建一个环境支持神经元功能和清算β斑块,这些治疗方法单独或结合代表了潜在的治疗策略,需要进行相关的动物模型在测试之前在诊所。这里我们回顾当前利用APPswe / PS1dE9老鼠测试基因转移和细胞移植旨在改善神经元的保护对抗β毒性和减少大脑的水平β。基于基因治疗和细胞治疗人类广告可能是可行的治疗方法。
1。介绍
领域的最新进展基因转移技术允许DNA的交付到目标细胞的接收者基于病毒基因治疗系统的使用。这个技术允许DNA的交付目标细胞来达到保护或治疗性蛋白的表达和神经退行性疾病,包括阿尔茨海默病(AD)。较为另一方面,细胞的应用程序在打击广告的基本原理是基于替代的功能丢失的神经元移植的神经干细胞或祖细胞,改善神经功能下降通过创建一个环境帮助神经复苏,或清除有毒的β-淀粉样蛋白(Aβ通过吞噬细胞)斑块。因为广告是一种多因子的紊乱,进展缓慢,重要的是选择一个治疗的基因转移方法,允许冗长的表达基因和/或细胞治疗策略,导致足够的,最好是长期减少β的水平。中枢神经系统(CNS)是一个独特的网站带来了挑战疗法一样有效的交付交付需要跨越血脑屏障(BBB)。基因治疗的目标广告分为四个主要类别:淀粉样前体蛋白(APP)的分解代谢和切除β神经保护基因、生长因子和载脂蛋白E等位基因(ApoE)。病毒的主要策略采用vector-mediated基因传递到中枢神经系统包括直接交付到大脑实质和外围交付。同样,虽然大脑是一个明显的细胞治疗的靶组织,细胞外围地管理功能也在外围网站。APPswe / PS1dE9老鼠积累有毒β大脑的实质,也在血管脑淀粉样血管病(CAA)老化,使其广告的淀粉样变的优秀模型。重要的是,类似于一些临床情况下,广告行为赤字与可溶性β水平在这只老鼠的大脑。因此,这些小鼠在研究细胞介导的提供一个有价值的工具β间隙。研究利用APPswe / PS1dE9小鼠作为模型的广告下面讨论的环境中病毒vector-mediated和细胞实验治疗体内。
2。APPswe / PS1dE9小鼠作为模型的广告
广告是一种多因子的紊乱导致进行性记忆丧失,最终死亡。疾病的病理特征之一是异常积累有毒β肽在脑实质1,2]。这些多肽裂解产品来源于淀粉样前体蛋白(APP) endoproteolytic乳沟由特定的分泌酶,BACE-1和γ分泌酶(1,2]。应用突变改变蛋白质的加工通过nonamyloidogenic处理转向amyloidogenic处理最终导致一代的高度fibrillogenic,有毒β1-42肽(1,2]。Presenilin-1 (PS-1)和presenilin-2 (PS-2)函数作为催化部位γ分泌酶和突变PS-1或PS-2进一步增加amyloidogenic的生产β(1,2]。人类广告神经元也包含intraneuronal夹杂物的过度磷酸化τ蛋白,称为神经原纤维缠结(审核(3,4])。这些异常蛋白质内含物改变神经元的功能和导致神经元死亡。突变在应用和PS1与家庭,继承了形式的广告,广告占不到10%的临床病例(看过的5,6])。事实上,大多数疾病的诊断AD患者有零星的形式的根本原因仍然未知。突变τ尚未与临床有关的广告,但另一个名为额颞叶痴呆的神经退行性疾病的根本原因(3,4]。
广告被广泛利用各种学习在体外模型,随着分子生物学的发展方法,转基因小鼠模型已成为越来越受欢迎。迄今为止,一个广泛的转基因小鼠模型基于应用表达式生成(审核(7,8])。尽管他们至关重要的广告领域的研究,发展到目前为止没有一个模型能够概括整个人类广告临床神经病理学的特点。一般来说,开发一个应用转基因老鼠β斑块和记忆缺陷但缺乏弗兰克神经元损失和神经原纤维缠结7,8]。此外,并非所有APP转基因学发展的独立的记忆缺失β聚合和老鼠并不是所有斑块轴承开发记忆缺失。PS1基因的超表达本身不会导致斑块,但一起应用,加速斑块的发展;τ过度会导致记忆缺失和混乱但不会导致斑块形成7,8]。超表达这些基因在一个鼠标line-named三重转基因mice-recapitulate内存赤字,斑块和神经元纤维缠结。
到目前为止,没有可行的模型零星的广告形式。一些大型动物如猴子(9,老狗10,11和猫12)发展的一个β斑块。通常广告病理学与梗塞共存,α-核蛋白,骨料沥青dna结合蛋白protein-43 (TDP-43) [13,14]。因此,任何模型广告是一种妥协,应该选择回答特定的问题解决的研究。尽管如此,除了疾病爆发的时候,零星的病理特征和家庭人类广告是相似的(15]。
APPswe / PS1dE9老鼠,被Jankowsky等人在2004年,瑞典的过表达突变的应用,连同PS1删除外显子9 (16]。的超表达转基因构建应用程序会导致生产过剩和PS1拼接变体与随之而来的实质β负载。这些老鼠发展第一β斑块在4个月大的时候。活化的小胶质细胞和星形胶质细胞围绕着越来越多存款。12个月的年龄,老鼠开发赤字在一种广泛使用的行为测试测量空间导航和参考学习,莫里斯水迷宫(微波加工),但内存赤字摇臂水迷宫中可以看到甚至在6个月大的时候17]。尽管这些老鼠不展览弗兰克神经元损失,APPswe / PS1dE9老鼠显示各种其他临床相关广告的症状。这些包括轻度神经炎的异常(18),当地plaque-related损失神经活动(19),死亡率增加,高患病率的无端发作(20.),和年龄相关性赤字和突触后胆碱能传输(21广告),类似于一些临床情况下,可溶性β赤字水平与行为在这些老鼠在12个月的年龄22]。因为老鼠发展实质β病理学和内存赤字证明已经通过6个月的年龄(17),这些小鼠在研究旨在提供一个有价值的工具的发展新的治疗方法有针对性的针对斑块和神经炎症有关。
3所示。基因Transfer-Based疗法应用程序
领域的最新进展基因转移技术允许DNA的交付到目标细胞的接收者基于病毒基因治疗系统的使用。这个技术允许DNA的交付目标细胞来达到保护或治疗性蛋白的表达。病毒载体是一个强大的工具,允许转基因交付特定位置在活的有机体内,但必须考虑许多方面为了实现高效的基因传递。这些包括病毒载体的选择、模式和交货地点,时间和地点的转基因表达,和潜在毒性的方法。交货问题,免疫反应病毒载体保持中枢神经系统基因转移的主要局限性(了23,24])。
中枢神经系统是一个独特的网站带来了挑战疗法一样有效的交付交付需要BBB的跨越。虽然有大量的技术转移的基因在活的有机体内,主要的策略采用病毒vector-mediated基因传递到中枢神经系统包括直接交付到大脑实质和外围交付。直接传送到大脑允许目标感兴趣的基因的表达在一个相对有限的区域。立体定向手术是侵入性但相对安全的免疫反应时最小的向量是直接注射到中枢神经系统。此外,转导可以单方面执行,从而允许一个机会比较改变侧端相同的动物。外围交付的能力依赖于病毒载体进行运输到其他地区的中枢神经系统。病毒载体可以通过微创针对多个区域管理,包括静脉注射和肌肉注射。
中枢神经系统的几种疾病需要长期治疗。因为广告是一种多因子的紊乱,进展缓慢,重要的是要选择一个方法,让漫长的治疗基因的表达。慢病毒(LV)、腺病毒(AV)、腺相关病毒(AAV)和杆状病毒(BV)派生的基因转移车辆生产,各有优势和潜在的缺点。LV向量是一个新兴的首选候选基因传递的中枢神经系统,因为他们的一个相对较大的转基因转移到能力:神经细胞。而LV整合到宿主基因组允许长期转基因表达,有一个低风险的插入突变(了25])。AV向量也可以感染大多数细胞类型,包括神经元和可以容纳较大的DNA插入操作。然而,他们有潜在的治疗持续时间有限,作为永久的转基因的表达是没有实现。虽然AAV载体在许多方面与LV向量,其主要缺点是他们的克隆能力相对较小,从而排除转移基因大小超过5个碱基(了26])。BV仍然代表了另一个有趣的病毒载体与一些优势作为基因治疗载体(27]。bv可以轻松快速地产生高滴度,他们可以转换分裂和G1 / S-arrested细胞。他们也相对安全,因为昆虫host-derived病毒不会在脊椎动物细胞复制。然而,因为病毒在昆虫细胞产生,在外国糖蛋白的显示结果,免疫原性反应和失活的风险由血液补充系统经典途径是高27]。然而,大脑是一个免疫特权组织,免疫原性反应仍然相当的风险最小。bv似乎特别适合脉络丛的目标细胞。
基因治疗的目标广告分为四个主要类别:应用和删除的分解代谢β神经保护基因、生长因子和ApoE4等位基因(了28])。研究利用APPswe / PS1dE9小鼠作为模型的广告下面讨论的环境中病毒vector-mediated实验在活的有机体内基因治疗。
4所示。治疗方法针对病毒Vector-Mediated切除β
损耗的β在受影响的大脑区域可以通过使用病毒载体提供小干扰rna酶参与应用程序分解代谢,抗体减少现有的一个β,和酶降解β。动物模型的广告已经被用来测试这些方法的治疗和疾病的能力在活的有机体内。下面的研究综述了利用APPswe / PS1dE9 vector-mediated小鼠模型实验评估潜在的病毒基因传递的目标β去除。
交付的β抗体减少β负担在老鼠造型广告。2009年,王等人发表了从β单链抗体(scFv) intrahippocampally intraventracularly或肌内的九个月旧APPswe / PS1dE9老鼠[29日]。强劲的转基因表达三个月当一个AAV载体是利用基因转移载体。免疫组织化学分析表明,Aβ负担减少了大约30%的海马scFv注入老鼠。有趣的是,ELISA分析表明,肌内和颅内交付的基因也明显减少β负担。这表明,针对脑代谢物相关的大脑的疾病病理学和泄漏的外围政府病毒载体是一个好的选择微创颅内管理。在大脑中,转基因表达与神经,但不是胶质标记,表明表达的转基因主要是神经元。重要的是,基因转移不引起炎症反应。最近,同一组报道,肌内交付相同的向量到三月大的老鼠APPswe / PS1dE9减毒β积累和认知障碍,分析了6个月后(30.]。向量的肌内交货导致转基因表达在注射部位出现的,在肝脏,在嗅球没有伴随炎症。外围的病毒载体携带scFv可能是一个安全、微创颅内基因转移的替代品。
Neprilysin是主要的酶能够降解β在大脑中(31日,32]。减少neprilysin发生在早期阶段,广告有助于差别,对这些基因β大脑中积累(33- - - - - -37]。评估neprilysin基因置换的治疗潜力,El-Amouri等人使用一个LV向量作为基因传递系统过人类neprilysin三APPswe / PS1dE9老鼠[38]。向量是注入大脑皮层和海马区和评估四个月后基因的小鼠交付。使用这种方法,neprilysin中三倍,表达式的多数发生在神经元。neprilysin降低认知障碍的过度表达与淀粉样蛋白的减少负担和衰减的氧化应激和神经胶质激活。这些发现符合有利影响的病毒vector-mediated neprilysin表达的研究报道在其他广告的小鼠模型39- - - - - -43]。
5。治疗方法针对病毒Vector-Mediated保护性基因的超表达
大量证据存在氧化应激的作用在AD的发病机制(了44,45])。一个内生防御系统被激活在氧化应激,旨在减轻活性氧引起的伤害。核因子红细胞两个相关因子2 (Nrf2)是一个转录因子,激活在氧化应激诱导防御基因的表达,促进细胞存活(了46,47])。人类大脑广告(Nrf2通路是减毒48),与此同时增加了β沉积在APPswe / PS1dE9和其他APP / PS1小鼠模型(49,50]。利用Nrf2途径治疗,我们最近过表达人类Nrf2 APPswe / PS1dE9小鼠海马的使用一个LV向量(51]。基因治疗的时候,老鼠九个月的年龄和病理表现出成熟的广告。评估小鼠基因转移后六个月内披露强劲、持续的基因表达特别是神经元没有毒性有关。调制Nrf2水平在大脑中衰减记忆障碍和降低astroglial激活,这表明LV-mediated内源性保护基因的基因转移是有益的对氧化应激与广告有关。
6。APPswe / PS1dE9老鼠细胞疗法的发展
较为细胞的应用程序在打击广告是基于更换功能失去了神经元的基本原理(i)移植的神经干细胞或祖细胞,(2)改善神经功能下降通过创建一个环境帮助神经复苏,或(3)清算的先前存在的有毒β斑块的吞噬细胞。
虽然胆碱能神经元的损失是一个明显的一部分广告病理学,APPswe / PS1dE9老鼠,类似于其他广告转基因小鼠模型,不表现出弗兰克神经元损失(16,18]。事实上,只有三转基因小鼠显示一定程度的神经损失(52]。APPswe / PS1dE9老鼠最近被证明有减少释放乙酰胆碱和效力降低carbachol-induced蛋白激活大脑皮层膜,表明轻度赤字确实发生在胆碱能系统没有明确神经损失(18,53]。另一方面,APPswe / PS1dE9老鼠积累有毒β大脑的实质,也在血管,是创新艺人经纪公司在老化,使其优秀的模型对阿尔茨海默氏病淀粉样变(54]。重要的是,类似于一些临床情况下,广告行为赤字与可溶性β在老鼠大脑(55]。因此,这些小鼠在研究细胞介导的提供一个有价值的工具β间隙。实际上,所有细胞疗法开发的应用程序使用APPswe / PS1dE9老鼠的目的主要是为了去除有毒β肽。细胞移植研究使用非吞噬细胞,如神经祖细胞,利用不同的转基因小鼠模型(APP23老鼠,56])。
7所示。骨髓干细胞治疗方法
APPswe / PS1dE9老鼠利用发现最初的外围吞噬细胞的作用和贡献β间隙。的一个主要发现是造血系统的贡献在广告老鼠大脑的炎症反应。通过小说,骨髓(BM)嵌合小鼠(描述(57]),BM-derived单核细胞的细胞被证明渗透APPswe / PS1dE9转基因小鼠的大脑(58]。这些细胞明显相关β存款,表明聚合β肽吸引了他们。当APPswe / PS1dE9老鼠的大脑与额外的炎症刺激,挑战脂多糖(LPS),边缘细胞的渗透是大幅度增加。有限合伙人也增加了协会的外周单核细胞的细胞β存款和并发减少大脑引起的β负担。这表明,周边单核细胞的细胞积极参与的间隙β(58,59]。细胞清除的能力β进一步证明有吗体外化验,BM APPswe岁之上的单核细胞的细胞培养/ PS1dE9老鼠大脑部分。这些大脑部分包含一个β在其天然构象类似在活的有机体内广告老鼠大脑的情况。事实上,有效地清除单核细胞的细胞β体外(60,61年]。此外,当这些细胞被移植intrahippocampally APPswe / PS1dE9老鼠的大脑,细胞也清除体内β(Magga et al .,61年]),进一步建立的基础理由为发展BM细胞治疗广告。
APPswe / PS1dE9转基因老鼠也被用于其他研究评估的意义外周免疫细胞的间隙β。基恩和同事移植致命辐照APPswe与BM / PS1dE9小鼠细胞缺乏前列腺素E2受体亚型2 (EP2) [60]。EP2是受体调节小胶质促炎反应。小胶质细胞缺乏EP2是越来越有能力β吞噬作用,表现出更少的旁分泌神经毒性。此外,APPswe / PS1dE9转基因小鼠缺乏这种受体亚型显示减少脑β负担和氧化损伤在先天免疫激活神经元(60]。基恩等人表明,删除EP2特别是在外围细胞足以提高渗透进入大脑实现后续的大脑β间隙。这项研究提供了进一步的依据细胞治疗广告的发展。
可能有效的治疗应用的一个重要结果是潜在的改进的内存赤字。APPswe / PS1dE9老鼠做制定清晰的记忆缺陷,没有在上述评估研究。赤字的关联与斑块负荷差似乎更依赖于水平的可溶性β(55),提出了一个问题是否的间隙β吞噬细胞就足以达到改善记忆。这个问题是解决在郝和同事的一项研究中,他们移植骨髓分化因子不足88 - (88 -)MyD BM细胞APPswe / PS1dE9老鼠和发现不仅减少大脑β负载的老鼠,而且重要的是,改善行为(62年]。MyD88是调解病原体的一个关键分子在免疫细胞识别信号。在绑定到CD14和toll样受体,microorganisims-andβ通过MyD88调解他们的信号,导致激活转录因子核因子kappa-B和AP-1上调一些促炎基因的转录产品(63年]。MyD88基因缺失的细胞会导致增加的BM-derived巨噬细胞吞噬能力β和减少炎症激活大脑中。
上述研究利用APPswe / PS1dE9老鼠表明BM细胞疗法可能是一个著名的和可行的广告在诊所的治疗选择。重要的是,一些研究利用其他广告转基因小鼠支持这些发现也行显示的吞噬能力BM-derived单核细胞的细胞(64年- - - - - -66年]。这加强了结果的临床意义与APPswe / PS1dE9老鼠。
8。Mesechymal干细胞在细胞疗法的发展
细胞疗法的应用也被测试与其他细胞类型在老鼠APPswe / PS1dE9类似于老鼠,即APP / PS1老鼠。这些老鼠携带相同的APP转基因APPswe / PS1dE9老鼠。然而,而不是删除PS1基因的外显子9,APP / PS1老鼠携带突变A264E PS1基因。APP / PS1老鼠有非常相似的实质β病理学和神经胶质过多症APPswe / PS1dE9小鼠在微波加工和开发行为赤字大约在同一年龄(16]。
大英博物馆港口几种类型的祖细胞。间充质干细胞是多功能细胞形成细胞类型的多样性包括成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞。间充质干细胞已被证明,以促进修复当移植到受损的大脑通过释放生物活性分子和调制的免疫反应(看过的67年])。当将几次直接移植到APP / PS1小鼠的大脑随着病理的老鼠的进展,这些细胞也减少β沉积和恢复缺陷小胶质功能;大脑炎症反应减少,蛋白质或mRNA的表达β降解酶增加,τhyperphosphorylation是减少。结合这些影响最终导致改善小鼠的认知68年]。
9。星形胶质细胞在细胞疗法的发展应用
BM派生的单核细胞的细胞不仅是细胞类型的能力β间隙。最近星形胶质细胞已被证明戏剧性的一个港湾β清除能力(69年,70年]。通过使用一个类似的体外分析如上所述,证明星形胶质细胞清除β在其天然构象对大脑部分从APPswe / PS1dE9小鼠解剖70年]。而实际β拉登小胶质细胞或BM派生单核细胞的细胞只有被证明在一些研究中,星形胶质细胞显然与一个β共焦显微镜探测到。此外,当星形胶质细胞被移植intrahippocampally进APPswe / PS1dE9老鼠大脑也内源性体内β(70年,71年]。除了著名的内吞作用、细胞外β清算蛋白酶neprilysin,血管紧张素转换酶1和内皮素转换酶2在移植星形胶质细胞调节,暗示这些酶在人类的贡献作用β由星形胶质细胞间隙(71年]。这一结论也支持的体外化验的β间隙,也证明了这些蛋白酶抑制星形胶质细胞清除的能力降低β存款的β丰富APPswe岁/ PS1dE9小鼠的大脑部分。尽管减少β负担被8周后星形胶质细胞移植,移植的星形胶质细胞通过细胞凋亡(最终退化和死亡71年]。目前尚不清楚如果失去移植,Aβ清算星形胶质细胞的返回结果β存款金额预期广告老鼠的大脑。结果表明,星形胶质细胞移植可能是潜在的只能暂时减少β在大脑的广告。
10。干细胞治疗在广告的可行性
最有趣的问题之一,剩下的与细胞治疗AD的可行性的问题。那会是多么简单调节病人的外围细胞?数篇论文描述使用BM嵌合体小鼠,大英博物馆的接收者老鼠耗尽了致命辐照,取而代之的是移植的BM隔绝捐赠窝藏感兴趣的转基因小鼠。的确,BM移植是治疗白血病患者时广泛应用于临床。理查德和同事已经向前迈进了一步,直接使用LV注入老鼠BM实现TLR2表达转基因/ APP / PS1 TLR2基因敲除小鼠(APP / TLR2−−) (66年]。他们表明,直接BM目标LV-mediated TLR2基因疗法恢复TLR2-deficiency-induced治疗小鼠行为缺陷。
颅内移植尤其是入侵和,因此,细胞通过血液循环的管理将为细胞疗法确实是一个不错的选择。如果细胞能够调解他们的保护作用直接吞噬作用,可以管理直接吞噬细胞通过血液循环吗?这个有趣的方面研究了在一系列的实验中由Lebson等人于2010年在一个小鼠模型很像APPswe / PS1dE9老鼠,APP / PS1老鼠[72年]。作者表明,静脉注射单核细胞灌输广告老鼠的大脑。此外,单核细胞转基因过度表现一个βneprilysin降解酶,能够清楚先前存在β从大脑实质细胞有通过颈静脉微创的两个月。道细胞的数量是否足以提供保护仍然没有回答,仅仅因为neprilysin周边肌肉的过度三转基因小鼠广告已经被证明可以显著减少β负载在大脑中薄壁组织(39]。
11。结束语
APPswe / PS1dE9老鼠(16]显示各种症状临床相关的广告,包括增加paranchymalβ胆碱能系统的负载,炎症,赤字,和认知障碍。一些研究针对疗效有利用这些老鼠在治疗方法的发展和人类的广告模式。基因治疗的效率使用病毒载体作为基因转移车辆测试了几种向量类型与衰减的终极目标和路线的管理学习和记忆赤字通过消耗β和保护基因的超表达。此外,该小鼠模型已用于细胞治疗方法旨在消除有毒β使用BM干细胞,间充质干细胞,星形胶质细胞。虽然政府的路线和潜在的有害的免疫反应仍然是主要障碍,研究综述的结果,进一步研究利用其他广告鼠标模型暗示基因治疗和细胞治疗人类广告可能是可行的治疗方法。
确认
作者感谢芬兰科学院,Sigrid Juselius基金会莫德Kuistila纪念基金会,芬兰资助机构对技术和创新,和保罗基金会的支持。