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5xFAD小鼠
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5xFAD小鼠 
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物种: 小鼠 Mouse 研究领域: 阿尔兹海默症
品系简称: 5xFAD 可购性别: 雄 Male / 雌 Female
繁育方式: 未知 声明: 仅用于科学研究,不得用于临床诊断或治疗

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5xFAD (C57BL/6),俗称“五转鼠”
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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。

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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

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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)。

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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。
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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)。
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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)。
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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)。

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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。

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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

Jax资料:jaxmice.jax.org/strain/008730.html

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

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编辑:郑小来、宋小饱

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