HIV-1感染的APP-KI阿尔茨海默病小鼠中淀粉样蛋白生成性神经元损伤增加

Increased Amyloidogenic Neuronal Injury in HIV-1-infected APP-KI Alzheimer's disease mice

作者信息Shaurav Bhattarai, Emma G Foster, Rana Kadry, Yaman Lu, Mohit Kumar, Syed Qasim, Amrita Mitra, Harsh Pathak, Larisa Y Poluektova, Santhi Gorantla, R Lee Mosley, Pravin Yeapuri, Howard E Gendelman
PMID42708464
发布时间2026-09
DOI10.1002/alz.71807

实验完整度

包含体外细胞检测、组织学分析、动物模型、行为学、影像学和空间转录组学等多个证据层级,并进行了功能验证和机制探索。

主要模型

hNAIL小鼠(人源化APP瑞典突变敲入AD小鼠) NOG免疫缺陷小鼠 hIL34转基因小鼠 原代人CD34+造血干细胞

重点核对

4月龄CD34+ HSC重建小鼠腹腔感染HIV-1ADA,剂量为10^4 TCID50 感染后8周处死,检测血浆病毒载量、脑组织病理及蛋白水平 免疫组化及定量分析使用6E10抗体检测人Aβ,HIV-1 p24抗体检测病毒 动物分组包括NOG、hIL34+HIV-1、hNAIL和hNAIL+HIV-1,每组7-9只

摘要

引言 在感染人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)的老年人中,观察到包括阿尔茨海默样病理在内的痴呆发病率较高。然而,由于缺乏能够同时研究HIV-1和阿尔茨海默病(AD)病理的动物模型,HIV-1与AD病理之间的联系机制仍不清楚。 方法 我们在免疫缺陷的NOG背景上创建了一种新型淀粉样前体蛋白(APP)(瑞典突变)敲入(KI)AD小鼠,即NOG/APPKM670,671NL/IL-34(NAIL)。在CD34+造血干细胞(HSC)重建后,人源化hNAIL小鼠在大脑中发育出人小胶质细胞样细胞,并在外周发育出人类免疫系统。这首次使得在AD大脑中研究进行性脑HIV-1复制成为可能。将4月龄HSC重建小鼠感染HIV-1ADA株,并在感染后8周进行评估,以研究脑内HIV-1复制对AD样病理的作用。 结果 HIV-1复制增加了大脑中的淀粉样蛋白-β(Aβ)负荷,并降低了突触和神经元的完整性。细胞类型特异性空间转录组分析表明,Aβ和HIV-1驱动不同的转录模式,而双重病理放大了AD样病理。神经元表现出最高的转录变化,其中涉及神经炎症、蛋白质运输和突触功能障碍的基因。 讨论 hNAIL小鼠能够探究HIV-AD共病,具有未来开发新治疗干预措施的潜力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
HIV-1感染与阿尔茨海默病病理之间存在何种机制联系?
核心机制
HIV-1感染可能通过降低Aβ降解酶(IDE和neprilysin)水平及影响小胶质细胞Aβ清除相关基因(如LRP1、BACE1)的表达,加剧Aβ积累,进而引发神经炎症和突触功能障碍。
主要证据
在hNAIL小鼠中,HIV-1感染增加海马和皮层可溶及不可溶Aβ42水平、6E10阳性面积,并降低PSD-95、MAP2、NeuN水平,同时空间转录组学显示神经元在联合病理区域表现出最多的转录变化,涉及神经炎症和突触基因。
研究意义
hNAIL模型为研究HIV-1与AD共病的机制提供了平台,并有望用于评估治疗干预措施。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建人源化hNAIL小鼠模型

建立同时表达人类APP突变并可被HIV-1感染的小鼠模型。

将携带APP瑞典突变的NA小鼠与表达人IL34的NOG小鼠杂交,获得hNAIL小鼠;对新生鼠进行辐照并肝内注射CD34+造血干细胞。

2

HIV-1感染及模型验证

验证HIV-1在hNAIL小鼠中的复制及人体细胞类型。

对植入HSC的小鼠腹腔注射HIV-1ADA株,定期采血检测病毒载量和免疫细胞,组织学检测脑内p24和hIBA1共定位。

3

Aβ病理评估

评估HIV-1感染对大脑淀粉样蛋白积累的影响。

通过ELISA和免疫组化检测可溶/不可溶Aβ42水平及6E10阳性面积,并检测Aβ降解酶IDE、neprilysin水平。

4

神经炎症和突触损伤评估

检测HIV-1感染和Aβ对胶质细胞活化及突触蛋白的影响。

通过免疫荧光染色检测IBA1、GFAP、突触素和PSD-95,并使用HALO软件定量分析活化小胶质细胞和蛋白阳性面积。

5

神经元损伤和脑萎缩评估

评估HIV-1感染和淀粉样蛋白对神经元完整性和脑结构的影响。

通过免疫荧光检测MAP2和NeuN,使用MRI测量皮层面积,并进行行为学测试(新物体识别、Y迷宫、旷场)。

6

空间转录组学分析

解析不同病理区域(仅Aβ、仅HIV、Aβ+HIV)中细胞类型特异性转录变化。

利用GeoMx DSP对脑片进行空间转录组分析,将感兴趣区域分类为Aβ、HIV-1或双病理区域,并比较不同病理区域与无病理区域的基因表达差异。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
CD34+造血干细胞STEMCELL Technologies--
人特异性FITC标记的抗CD45抗体BD Bioscience555482
6E10抗体BioLegend803001
HIV-1p24抗体Santa Cruz BiotechnologySC-65918
TMEM-19抗体Abcam185333
人P2RY12抗体AbcamHPA013796
OC抗体Millipore SigmaAB2286
82E1抗体Immuno-Biological Laboratories10323
HRP标记的抗小鼠-兔-大鼠二抗GeneTexGTX83397
HRP标记的抗小鼠二抗Agilent TechnologiesK4001
HRP标记的抗兔二抗Agilent TechnologiesK4003
DABSigma-AldrichD4239
突触素抗体InvitrogenPA1-1043
PSD-95抗体InvitrogenMA1-046
人IBA1抗体AbcamAB221933-1001
MAP2抗体Invitrogen13-1500
NeuN抗体Synaptic system266004
IBA1抗体Fujifilm01327691
GFAP抗体InvitrogenPA1-10004
Alexa488标记的山羊抗兔IgGInvitrogenA11008
Alexa568标记的山羊抗小鼠IgGInvitrogenA-11004
Alexa594标记的山羊抗鸡IgGInvitrogenA11042
Alexa488标记的山羊抗小鼠IgGInvitrogenA32723
Alexa568标记的山羊抗豚鼠IgGInvitrogenA11075
DAPIThermo Fisher ScientificD1306
Aβ42 ELISA试剂盒R&D SystemsDAB142
小鼠胰岛素降解酶ELISAMyBiosourceMBS2019335
脑啡肽酶ELISAInvitrogenEM55RB
抗Aβ 1-16抗体(6E10)BioLegend803001
抗APP抗体(22C11)EMD MilliporeMAB348
抗APP C末端抗体Millipore Sigma-AldrichA8717
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118S
Pierce BCA蛋白测定试剂盒Thermo Fisher Scientific23227

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
小鼠品系与人源化
hNAIL小鼠为APP KI纯合子和hIL34转基因杂合子;需确认NOG背景及IL-34表达;新生鼠辐照剂量为1 Gy,肝内注射50,000 CD34+ HSC;小鼠周龄和胚胎来源需一致
阅读提示:Methods 2.2节
HIV-1感染
感染的是4月龄HSC重建小鼠;HIV-1ADA株,腹腔注射10^4 TCID50;感染后8周评估;需确认病毒载量和CD4/CD8变化
阅读提示:Methods 2.2节,Results 3.1节,Figure 1
组织处理和染色
大脑右半球固定于4%多聚甲醛,石蜡包埋,切5μm矢状切片;抗原修复条件,抗体浓度及孵育时间;图像定量使用HALO软件,需有阴性对照
阅读提示:Methods 2.4节
蛋白检测
皮层组织裂解缓冲液成分及离心条件;ELISA检测Aβ42可溶和不溶部分的方法;Western blot上样量10-15 μg,抗体稀释度需确认
阅读提示:Methods 2.5和2.6节
影像与行为学
MRI扫描参数(TR/TE=300/36 ms,RARE factor=4,FOV=20×20 mm²)需确认;行为测试的具体流程和时间,如新物体识别试验的熟悉/测试时间
阅读提示:Methods 2.7和2.8节