阿尔茨海默病动物模型怎么选?从APP/PS1、5*FAD到3*Tg-AD,生物制品研发必须了解的关键问题

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2026年 Experimental Neurology：hucMSC外泌体通过代谢重塑改善APP/PS1小鼠认知障碍

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD），俗称老年痴呆症，是神经退行性疾病药物研发的重要领域。尽管大量候选药物在动物实验中表现出积极效果，但能够成功转化为临床获益的仍然有限。造成这一现象的原因很多，其中动物模型与人类疾病之间的差异，是不可忽视的因素。

目前，AD研究已经建立了转基因小鼠、基因敲入小鼠、化学诱导模型、自然衰老模型和转基因大鼠等多种体系。不同模型能够模拟的病理过程并不相同，有的主要形成β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积，有的侧重Tau蛋白异常，有的则表现为神经炎症、脑代谢障碍或认知功能下降。

对于抗体、核酸药物、细胞治疗和细胞外囊泡（EV）等生物制品，选择合适的动物模型不仅影响药效结果，还关系到作用机制验证和后续非临床研究的科学性。

一、AD动物模型究竟需要模拟什么？

AD的主要病理特征包括Aβ异常沉积、Tau蛋白过度磷酸化及聚集、神经炎症、突触损伤和神经元丢失，最终表现为记忆及认知功能障碍。

但目前没有任何一种动物模型能够完整重现人类AD的所有病理变化。

尤其需要注意，临床上大多数AD属于散发型，而许多经典小鼠模型依赖家族性AD相关基因突变。这些模型能够模拟部分疾病机制，却不能等同于自然发生的散发型AD。

因此，评价模型时不能只看动物是否出现记忆障碍，还应明确其是否具有Aβ、Tau和神经退行性病理，以及这些特征是否与候选药物的作用机制相匹配。

二、最常用的AD转基因模型

1. APP/PS1：研究Aβ病理的经典选择

APP/PS1通过引入人源APP和PSEN1相关突变，促进Aβ产生及沉积，是目前广泛使用的AD模型之一。

以APPswe/PS1ΔE9品系为例，部分研究在约4—6月龄观察到明显Aβ斑块，随后病理逐渐加重，并伴随胶质细胞活化、突触变化和部分认知功能障碍。

该模型的优势是病理较稳定、文献积累丰富，适用于研究Aβ清除、神经炎症及突触保护。

局限在于通常缺乏明显的成熟Tau神经原纤维缠结和广泛神经元丢失。此外，不同APP/PS1品系的病理出现时间并不相同。

研发建议：适合作为抗Aβ及神经保护类生物制品的主要药效模型，但不能仅凭斑块减少就认定疾病得到逆转。

2. 5×FAD：病理进展快，适合早期药效验证

5×FAD携带APP的3种和PSEN1的2种家族性AD相关突变。

Oakley等2006年发表于《Journal of Neuroscience》的经典研究显示，该模型约1.5月龄出现神经元内Aβ42积累，约2月龄开始出现明显Aβ沉积，随后逐渐发生胶质细胞反应、突触损伤和部分脑区神经元丢失。

其最大优势是病理发生迅速，可以较早开展Aβ相关药效评价。

但病理进展速度明显快于多数人类AD患者，且不能完整复制典型Tau缠结病理。

研发建议：适合生物制品早期体内概念验证、剂量探索及抗Aβ机制研究。如果要证明治疗作用，应尽量在动物已经形成明确病理后开始干预，而不仅是预防性给药。

3. 3×Tg-AD：同时研究Aβ与Tau

3×Tg-AD由Oddo等于2003年建立，包含APP、PSEN1和Tau相关遗传改变。

其重要特点是能够在同一模型中研究Aβ与Tau病理，以及二者与突触损伤和认知功能之间的关系。

因此，它特别适合研究具有多重作用机制的生物制品，例如同时调节神经炎症、Tau异常及突触功能的候选药物。

但不同动物群体的Aβ和Tau表型可能受到年龄、性别、遗传背景及繁育代次影响，不能认为所有3×Tg-AD小鼠在同一月龄都具有相同的Tau病理。

研发建议：可作为多靶点生物制品的深入验证模型，但使用前应确认实际动物群体的病理特征。

4. 其他APP转基因模型

Tg2576、APP23、J20和TgCRND8也是经典模型。

Tg2576适合研究Aβ逐渐积累及长期认知变化；APP23可用于研究Aβ沉积和脑淀粉样血管病；J20常用于突触及神经网络异常研究；TgCRND8则具有相对较快的Aβ病理进展。

这些模型各有优势，但多数仍存在APP过表达以及人类AD病理重现不完整的问题。

三、Tau模型与新一代基因敲入模型

5. P301S/PS19：研究Tau相关神经损伤

P301S/PS19模型通过人源MAPT突变产生Tau异常磷酸化、聚集、神经炎症及神经元损伤。

Yoshiyama等2007年发表于《Neuron》的研究发现，该模型中突触损伤和小胶质细胞活化可早于明显Tau缠结形成。

其优势是能够研究Tau相关神经退行性病变，对抗Tau抗体、核酸药物和神经保护类生物制品具有价值。

但P301S主要属于Tau蛋白病模型，并不是完整AD模型。药物在该模型中有效，不能直接证明能够治疗AD。

6. App基因敲入模型：减少APP过表达干扰

2014年，Saito等在《Nature Neuroscience》报道了App基因敲入模型，包括AppNL-F和AppNL-G-F。

与传统APP转基因模型不同，这类模型在内源性App基因背景下引入特定突变，减少了外源性APP过表达引起的部分混杂因素。

因此，它们适合用于验证药物对Aβ病理的作用是否依赖APP过表达背景。

不过，模型依然携带家族性AD相关突变，并不能完全代表散发型AD。对于抗Aβ抗体，还需要确认特定突变是否影响抗体识别。

此外，APOE4和TREM2等风险基因模型，可用于研究脂质代谢、小胶质细胞功能及散发型AD相关遗传风险，但单独使用时通常不能复制完整AD病理。

四、非转基因模型是否值得使用？

除转基因动物外，研究中还经常使用Aβ注射、STZ、东莨菪碱和SAMP8等模型。

这里必须强调：认知功能障碍模型不等于完整的AD模型。

例如，东莨菪碱能够造成记忆障碍，但通常不会形成典型的慢性Aβ斑块和Tau缠结。STZ模型可用于研究脑代谢异常，但不能简单称为完整的散发型AD模型。

SAMP8与衰老相关的研究价值较高，不过其表型与人类AD仍存在差异，更适合作为补充验证。

此外，TgF344-AD转基因大鼠能够出现Aβ、Tau相关病理及神经元丢失。由于大鼠脑体积较大，可用于部分脑区给药、组织分布和深入神经功能研究，但实验周期及成本相对较高。

五、生物制品应该如何选择AD动物模型？

不同生物制品的研究重点并不一致。选择模型时，应同时考虑疾病病理、靶点适配性和体内递送特征。

对于抗体，必须确认药物能够识别模型动物中的靶蛋白；对于核酸药物，需要考虑人和动物之间的核酸序列差异；对于细胞治疗，应关注异种免疫反应和细胞在体内的存活及作用方式。

对于EV类药物，更需要区分三个问题：EV或其有效组分是否到达目标组织，是否产生预期药理作用，以及是否真正改善了疾病相关病理和功能。

例如，脑组织中出现荧光标记信号，并不能单独证明完整EV进入脑组织；行为学改善也不能自动证明药物通过预期脑靶向机制发挥作用。

六、AD生物制品药效实验应该如何设计？

对于具有抗炎、神经保护或多组分协同作用潜力的生物制品，建议采用分阶段研究策略。

首先，选择APP/PS1或5×FAD开展体内概念验证，确认适当给药剂量、主要药效信号及候选作用机制。

其次，在动物已形成明确病理后开展治疗性给药研究，而非仅在疾病出现前进行预防性干预。

最后，根据初步结果，选择3×Tg-AD、App敲入或其他机制互补的模型进行独立验证。

药效评价至少应覆盖以下方面：

• 认知功能：Morris水迷宫、Y迷宫、新物体识别等，并控制运动、视觉及探索行为的混杂影响。

• 组织病理：Aβ40/Aβ42、Tau磷酸化及聚集、神经元和突触损伤。

• 作用机制：小胶质细胞、星形胶质细胞、炎症信号及候选药物相关通路。

• 药物暴露：血液、脑组织或目标细胞中的分布，以及与药效相关的靶点作用。

动物实验还应遵循ARRIVE 2.0指南，合理开展样本量估算、随机分组、盲法检测及统计分析。

对于准备推进IND的生物制品，还应区分药效模型与安全性评价所需的药理相关动物。ICH S6(R1)强调生物技术药品应根据药理活性和物种相关性选择动物，但不同类别的细胞、EV及核酸产品仍需结合其自身监管要求进行具体判断。

七、总结

AD动物模型不存在统一的最佳选择。

5×FAD适合快速评价Aβ相关药效；APP/PS1拥有成熟的研究基础；3×Tg-AD适合研究Aβ与Tau之间的相互作用；P301S适合Tau相关机制；App敲入模型能够减少传统APP过表达带来的部分干扰；SAMP8则有助于研究衰老相关机制。

对于生物制品研发，不应单纯追求更多模型或更多显著性指标，而应围绕药物机制建立清晰的证据链。

一个模型证明初步药效，另一个机制互补的模型验证结果，再结合药物分布和靶点作用解释药效来源，通常比重复开展多个相似模型更具科学价值。

动物实验最终需要回答的，不仅是药物能否改善小鼠的记忆，还包括这种改善是否具有明确的病理依据，以及是否值得进一步推进临床开发。

主要参考文献

1. Oakley H, et al. Intraneuronal beta-amyloid aggregates, neurodegeneration, and neuron loss in transgenic mice with five familial Alzheimer's disease mutations. J Neurosci. 2006. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1202-06.2006.

2. Oddo S, et al. Triple-transgenic model of Alzheimer's disease with plaques and tangles: intracellular Abeta and synaptic dysfunction. Neuron. 2003. DOI: 10.1016/S0896-6273(03)00434-3.

3. Saito T, et al. Single App knock-in mouse models of Alzheimer's disease. Nat Neurosci. 2014. DOI: 10.1038/nn.3697.

4. Yoshiyama Y, et al. Synapse loss and microglial activation precede tangles in a P301S tauopathy mouse model. Neuron. 2007. DOI: 10.1016/j.neuron.2007.01.010.

5. Cohen RM, et al. A transgenic Alzheimer rat with plaques, tau pathology, behavioral impairment, oligomeric Aβ, and frank neuronal loss. J Neurosci. 2013. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3672-12.2013.

6. Percie du Sert N, et al. The ARRIVE guidelines 2.0: Updated guidelines for reporting animal research. PLOS Biol. 2020. DOI: 10.1371/journal.pbio.3000410.

7. ICH S6(R1). Preclinical Safety Evaluation of Biotechnology-Derived Pharmaceuticals. 

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