Novel App knock-in mouse model shows key features of amyloid pathology and reveals profound metabolic dysregulation of microglia
一、研究背景
阿尔茨海默病（AD）是一种严重的神经退行性疾病，其特征包括淀粉样斑块的形成、神经纤维缠结、神经退行性变以及胶质细胞反应等。尽管已鉴定出与家族性阿尔茨海默病（fAD）相关的基因突变，但目前仍缺乏具有转化意义的治疗方法。传统的转基因小鼠模型虽然在疾病机制研究中提供了重要见解，但这些模型可能存在一些局限性，如转基因的随机遗传整合、异位表达以及非生理性的蛋白水平等。因此，研究者们开发了一种新的 App 敲入（KI）小鼠模型，以更准确地模拟 AD 的病理特征，并深入研究小胶质细胞在 AD 中的作用。
二、研究方法
研究者们通过同源重组技术，在小鼠的 App 基因中引入了三个致病编码突变（瑞典突变、北极突变和奥地利突变），构建了新型 App 敲入小鼠模型（AppSAA）。该模型在 C57BL/6J 背景上培育，并使用 goGermline 技术进行基因工程改造。通过对 AppSAA 杂合子和纯合子小鼠在不同年龄阶段的脑组织和生物液体样本进行分析，研究者们评估了淀粉样 β 蛋白（Aβ）病理、神经退行性变、胶质细胞反应、大脑代谢和行为表型。同时，利用原位成像技术定义了全脑淀粉样斑块的分布，并与其他 AD 小鼠模型以及人类大脑病理进行了比较。此外，研究者们从小鼠大脑中分离出含有纤维状 Aβ 的小胶质细胞，进行了转录组学和代谢组学分析，并通过体内脑成像技术测量能量代谢和小胶质细胞反应。最后，还在各种行为测试中对小鼠进行了表征。
三、研究结果
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Aβ 代谢和淀粉样斑块病理 ：研究发现，AppSAA 纯合子小鼠在 2 个月大时，其可溶性和不可溶性脑组织分数、脑脊液（CSF）和血浆中的 Aβ42/40 比值增加。从 4 个月龄起，AppSAA 纯合子小鼠大脑中开始检测到淀粉样斑块，并且随着年龄增长，Aβ 斑块的总脑密度呈年龄依赖性增加。与常用的转基因模型（如 APP/PS1 和 5xFAD 线）相比，AppSAA 纯合子小鼠的 Aβ 沉积模式与人类 AD 患者的 Aβ 病理分布具有显著相似性。此外，研究还观察到 AppSAA 纯合子小鼠大脑中存在脑淀粉样血管病（CAA）病理特征。
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神经退行性变和神经炎症反应 ：AppSAA 纯合子小鼠在 8 个月大时，其脑脊液中的总 tau 蛋白和神经丝轻链（Nf-L）水平升高，表明存在神经退行性变。同时，小胶质细胞密度在淀粉样斑块附近增加，且富含 CD68 阳性小胶质细胞，表明小胶质细胞在斑块周围聚集。此外，脑匀浆中的 TREM2 和多种细胞因子水平也升高，显示出显著的神经炎症反应。
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小胶质细胞的多组学分析 ：通过流式细胞术分选小胶质细胞并进行 RNA 测序、脂质组学和代谢组学分析，研究发现 AppSAA 纯合子小鼠的小胶质细胞中存在超过六百个差异表达基因（DEGs），并且与疾病相关的小胶质细胞（DAM）基因表达上调。此外，小胶质细胞的脂质代谢发生广泛变化，如神经节苷脂 GM3、多种甘油三酯（TG）以及一些磷脂（如 PG、PS 和 PI）的水平增加，而溶血磷脂酰肌醇（LPI）和辅酶 Q10 的水平降低，这些变化与人类 AD 中的发现相似。
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甲氧基 - X04 阳性小胶质细胞的特异性改变 ：研究进一步比较了甲氧基 - X04 阳性和阴性小胶质细胞，发现甲氧基 - X04 阳性小胶质细胞显示出更显著的 DAM 激活，以及与 Aβ 清除、脂质代谢和溶酶体功能相关的基因表达变化。此外，甲氧基 - X04 阳性小胶质细胞中还积累了多种脂质和代谢分子，如神经节苷脂 GM3、甘油三酯和多胺类物质 spermine，这些改变可能与溶酶体功能障碍和脂质代谢紊乱有关。
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PET 成像和行为表型 ：AppSAA 纯合子小鼠在 12 个月和 20 个月大时，其大脑中的 TSPO - PET 信号和 FDG - PET 信号显著高于野生型小鼠，表明小胶质细胞活性和大脑代谢增强。在行为测试中，AppSAA 纯合子小鼠表现出明显的自发活动增加和新环境适应缺陷等行为异常。
四、研究结论
本研究成功开发了一种新型 App 敲入小鼠模型（AppSAA），该模型能够模拟 AD 的多个关键病理特征，包括淀粉样斑块的进行性积累、神经退行性变、胶质细胞反应以及行为异常等。通过多组学分析，研究揭示了小胶质细胞在 AD 相关病理中的深刻基因表达和代谢失调，特别是在甲氧基 - X04 阳性小胶质细胞中观察到更显著的改变。这些发现不仅加深了对 AD 病理机制的理解，还为评估针对小胶质细胞的治疗方法提供了一个有价值的模型系统，有助于推动 AD 的研究和药物开发进程。
综上所述，这项研究为 AD 的研究提供了新的工具和视角，强调了小胶质细胞在 AD 发病机制中的重要作用，并为未来的治疗方法开发提供了潜在的靶点。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| V-PLEX Proinflammatory Panel1 (human) Kit (25 Plate) | K15049D-4 | 25Plate |
| V-PLEX Proinflammatory Panel1 (human) Kit (5 Plate) | K15049D-2 | 5Plate |
| V-PLEX Proinflammatory Panel1 (human) Kit (1 Plate) | K15049D-1 | 1Plate |
