5xFAD小鼠 - 鼠来宝实验动物

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5xFAD小鼠

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5xFAD (C57BL/6)，俗称“五转鼠”

别名：5XFAD, Tg6799, Tg-5xFAD

物种：小鼠

基因：APP，PSEN1

突变：APP K670_M671delinsNL (Swedish) ，APP I716V (Florida)，APP V717I (London)，PSEN1 M146L (A>C)，PSEN1 L286V

编辑类型：APP - 转基因；PSEN1 - 转基因

疾病相关：阿尔茨海默症

品系名称：B6.Cg-Tg(APPSwFlLon, PSEN1M146LL286V)6799Vas/Mmjax

遗传背景：C57BL/6

概要

5xFAD小鼠表达人类APP和PSEN1转基因，共有五个与阿尔茨海默症 (Alzheimer's Disease, AD) 相关的突变：APP的瑞典型（K670N/M671L），佛罗里达型（I716V）和伦敦型（V717I）突变，以及PSEN1的M146L和L286V突变。5xFAD小鼠最初在B6SJL杂交背景上创建（此遗传背景小鼠的介绍见5xFAD (C57BL6xSJL)）。然而，许多实验室更喜欢使用C57BL/6背景的小鼠，并且通过回交已经产生了自己的同源近交系。鼠来宝生物提供C57BL/6背景的5xFAD小鼠。

此文的描述是指杂合APP和PSEN1转基因小鼠。与杂合5xFAD小鼠相比，纯合小鼠表现出更严重的淀粉样病理；行为缺陷也更严重和/或具有更早的发病年龄（Richard et al.，2015）。

基因编辑详情

这些转基因小鼠是通过共注射两个编码APP（带有瑞典型K670N/M671L，佛罗里达型I716V和伦敦型V717I突变）和PSEN1（带有M146L和L286V突变）的载体，每个载体由小鼠Thy1启动子驱动制成的。转基因插入到单个位点Chr3:6297836 (Build GRCm38/mm10)，不影响任何已知基因 (Goodwin et al., 2019)。最初杂交的B6SJL背景的小鼠已被回交至C57BL6小鼠至少五代。

繁殖注意事项

当维持一个活体种群时，杂合小鼠可以与C57BL/6J小鼠进行繁殖。

繁殖策略

雄x雌：杂合 x C57BL/6J

雄x雌：C57BL/6J x 杂合

表型概览

斑块

观察到海马、皮质、丘脑和脊髓中的淀粉样斑块。

缠结

无数据。

神经元损失

12月龄时，第V层锥体神经元大约损失40％。

胶质增生

小胶质细胞增生和星形胶质细胞增生与淀粉样斑块相关。小胶质细胞增生与血管损伤相关。

突触损失

与仅表达黄色荧光蛋白（YFP小鼠）的小鼠相比，5xFAD小鼠与表达黄色荧光蛋白（YFP小鼠）的小鼠杂交后，体感和前额皮质的锥体神经元的神经突（spine）密度减少，但海马区没有。

LTP / LTD的变化

虽然可以在野生型小鼠的第V层神经元中诱导脉冲时序依赖性长时程增强（STD-LTP），但是同样的刺激流程会在5xFAD小鼠的神经元中诱导长时程抑制（LTD）。

认知障碍

空间工作记忆受损和焦虑减少在3至6个月之间出现并随着年龄加重。

表型详情

神经病理

淀粉样病理最早出现且最严重的是海马下托（Subiculum）和皮层第V层。在年轻至16天的动物中，免疫组织化学手段在海马下托和第V层锥体神经元中检测到人类APP，并且6周时在这些神经元中观察到细胞内Aβ（Richard et al., 2015）。在2月龄的动物中，免疫组织化学检测到海马、皮层和丘脑的细胞外淀粉样斑块（Richard et al., 2015）。在3月龄时，脊髓中也观察到细胞内Aβ和细胞外斑块，这是被检出的最小年龄（Jawhar et al., 2012）。前额叶、顶叶、内嗅皮层和齿状回中的硫黄素S（Thioflavin-S）阳性斑块在2至4月龄之间出现（Giannoni et al., 2016）。在5xFAD小鼠中发现的斑块含有N-末端截断的Aβ（Guzmán et al., 2014; Savastano et al., 2015; Wirths et al., 2017）。

这个模型中的营养不良性神经突(dystrophic neurites)（Jawhar et al., 2012）、小胶质细胞增生和星形胶质细胞增生与淀粉样斑块相关。

小鼠出现渐进性脑部淀粉样血管病（progressive cerebral amyloid angiopathy, CAA），开始于大约3月龄（Giannoni et al., 2016）。在5xFAD和野生型小鼠的大脑中，微小血管泄漏随着年龄的增长而增加，但在转基因动物中更严重。虽然微血管损伤很常见，但与微血管周围小胶质细胞增生、淀粉样沉积物相关的很少。

在与表达黄色荧光蛋白（YFP）的小鼠进行交配的5xFAD小鼠中观察到特定突触的丢失。与仅表达YFP的小鼠相比，6月龄的5xFAD-YFP小鼠的体感和前额皮质锥体神经元中的神经突密度减小，但海马中并未减少（Crowe和Ellis-Davies，2013）。

5xFAD小鼠中的第V层锥体神经元数量下降约40％，但（前额）皮层整体和海马CA1中的神经元数量与野生型小鼠没有区别（Jawhar et al., 2012）。

在小鼠1月龄时，就存在髓鞘异常，并且随着年龄的增长变得更加严重。1月龄时，在5xFAD小鼠的多个脑区域中，与野生型小鼠相比，看到了髓鞘基础蛋白的水平降低（Wu et al., 2018），以及髓鞘的减少（Gu et al., 2018）。髓鞘随着年龄变得更薄，形态上异常的髓鞘（髓鞘分裂、轴突具有两层髓鞘，髓鞘外折、髓鞘鼓胀）在转基因小鼠中更早出现并更频繁（Gu et al., 2018）。在这种模型中，轴突也受到影响：2至3月龄的CA1和感觉皮层中的轴突直径减小（Gu et al., 2018），并在3月龄的小鼠中观察到多个脑区的轴突肿胀，表明轴突正在退化，与斑块无关（Jawhar et al., 2012; Richard et al., 2015）。

电生理

从8至12周的小鼠中获得了突触缺陷的电生理证据（Buskila et al., 2013）。第V层神经元的微型兴奋性突触后电流（miniature excitatory postsynaptic currents, mEPSCs）的频率和幅度降低，分别反映了突触前和突触后的功能障碍。第V层神经元还显示出异常的突触可塑性：虽然野生型小鼠的第V层神经元诱导了脉冲时序依赖性长时程增强（spike-timing-dependent long-term potentiation, STD-LTP），但是同样的刺激流程在5xFAD小鼠的神经元中诱导了长时程抑制（long-term depression, LTD）。尽管II / III层中神经元的特性在不同基因型之间没有区别，但5xFAD小鼠的第V层神经元更难被激活。

行为

在十字迷宫测试中评估的空间工作记忆障碍在3至6月龄之间出现，并随着年龄的增长而恶化（Jawhar et al., 2012）。（十字迷宫测试类似于但可能比Y迷宫更敏感，因为测试设备由四个臂组成而不是三个。与Y迷宫相似，在十字迷宫中的自发转向用于评估工作记忆。）探索行为（入臂总次数）在5xFAD和野生型小鼠中至少直到12月龄不变。

焦虑的逐渐减少（在高架十字迷宫中测量），在3至6个月之间出现。5xFAD小鼠的焦虑减少在旷场实验（open field）也可以看到，但在这个测试中，转基因小鼠与野生型小鼠之间的差异直到9至12个月后才出现。在开放场地中的运动能力（locomotor activity）在至少12个月内正常（Jawhar et al., 2012）。

一组报告称至少到2月龄的水迷宫中的空间记忆功能正常（Richard et al., 2015），而第二组报告称，在一个月大的小鼠中就出现了水迷宫中的记忆障碍（Gu et al., 2018; Wu et al., 2018）。这种差异可以追溯到记忆障碍的定义方式不同。第一组的结论是记忆功能正常，因为转基因小鼠在探索试验中对目标象限表现出明显的偏好（即小鼠在训练试验期间，在水池的逃生平台所在象限中度过测试的25％以上）。第二组比较了5xFAD和野生型小鼠之间的目标象限占用率，并发现转基因小鼠在目标象限中花费的时间略微较少，尽管两种基因型似乎都偏爱该象限。此外，使用第二个测量标准 - 平台穿越次数 - 5xFAD小鼠与野生型小鼠之间存在小、但具有统计学意义的差异。

在9月龄的小鼠中观察到平衡木（balance-beam）和绳悬挂（string-suspension）测试中的感觉运动缺陷（Jawhar et al., 2012）。

反射异常，具体表现为尾悬挂测试中的后肢和前肢紧握，最早在5个月大的小鼠中发现（Richard et al., 2015）。

组学

在2至4个月的年龄段，5xFAD和野生型小鼠的海马中的差异表达基因数量激增 - 从2个月的42个转录本增加到4个月的1,300个以上（Bundy et al., 2018）。

基因分类 (Gene Ontology) 分析表明，在4个月的5xFAD中上调的基因与免疫激活相关。在雌性（766）中，发现的差异表达基因多于雄性（537）。在4个月的5xFAD中，相对于雄性，雌性发现略微增加了人类APP和PSEN1 mRNA的水平。

其它

锰增强磁共振成像（MEMRI）已被用于绘制5xFAD小鼠大脑区域活动图谱 (Tang et al., 2016; Nie et al., 2019). 。在转基因和野生型小鼠之间看到了年龄依赖性的区域特异性差异，转基因小鼠的海马区和杏仁核区的活动在1至5月龄（用于研究的最高龄）期间一直升高。

与野生型小鼠相比，5xFAD小鼠的体重降低 (Jawhar et al., 2012; Richard et al., 2015).

相关品系

1. 5xFAD (B6SJL)。这是最初的5xFAD品系，为B6SJL杂交背景。

https://www.alzforum.org/research-models/5xfad-c57bl6

2. AD-BXDs。这个品系集合被创建用于研究遗传背景对淀粉样相关表型的影响 (Neuner et al., 2019)。在C57BL/6J近交背景下的5xFAD小鼠被交配到BXD参考集合——一系列由C57BL/6和DBA/2J衍生的重组自交系 (Taylor et al., 1999) 中。单独的AD-BXD品系可作为F1杂交子代从Jackson Laboratory获得。有关这些小鼠的更多信息，请参见Missing Ingredient: New Mice Model Alzheimer’s Genetic Variability 。

https://www.alzforum.org/research-models/ad-bxd

参考资料

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Alzforum资料：www.alzforum.org/research-models/5xfad-c57bl6

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编辑：郑小来、宋小饱