1.4.1. TIPOS DE MODELOS
Los modelos animales son una de las herramientas más importantes en biomedicina para el estudio de la patogénesis de las enfermedades, el descubrimiento de posibles biomarcadores y la evaluación in vivo de nuevos tratamientos farmacológicos [56]. En particular, estos modelos presentan una gran utilidad en la investigación de desórdenes neurológicos como la enfermedad de Alzheimer, ya que el estudio del sistema nervioso central en pacientes humanos se ve limitado al análisis de tejido cerebral post-mortem, cuando la enfermedad se encuentra en su estadío final, mientras que los modelos animales permiten llevar a cabo estudios en diferentes etapas a lo largo de la progresión de la enfermedad.
Numerosos modelos animales se han propuesto para el estudio de la EA, incluyendo modelos tanto espontáneos como inducidos. Algunas especies desarrollan espontáneamente placas seniles y taupatías con la edad (e.g. perros, gatos, delfines, primates), las cuales pueden ir acompañadas de un deterioro cognitivo [57, 58]. Sin embargo, el uso de estos modelos no está generalizado por razones éticas y debido al elevado coste económico. Alternativamente, la inducción de patologías características de la EA mediante fármacos, productos químicos o lesiones cerebrales ha permitido crear modelos enfocados en el estudio de rutas patofisiológicas específicas, como el déficit colinérgico, neuroinflamación o fallos en el metabolismo de la glucosa, entre otros [57]. Sin embargo, los resultados más satisfactorios se han obtenido modelando la EA en organismos transgénicos, incluyendo ratones, ratas y otras especies no mamíferas como el pez cebra (Danio rerio), nematodos (Caenorhabditis elegans) y la mosca de la fruta (Drosophila
melanogaster). Entre todos ellos, los ratones transgénicos son los modelos
más ampliamente utilizados debido a que muestran una neuropatología similar a la observada en pacientes humanos afectados por la EA. Además, como las rutas bioquímicas se conservan a través de la evolución, y son muy similares entre roedores y humanos, los resultados obtenidos en modelos murinos muestran una mayor analogía con la etiología de la enfermedad de Alzheimer en humanos [59].
El descubrimiento de los genes implicados en la patogénesis de la EA (i.e. APP, PS1, PS2, APOE) ha permitido desarrollar múltiples modelos transgénicos [60]. El modelo ideal debería mostrar todas las características clínicas y patológicas de la EA, incluyendo los déficits cognitivos y del comportamiento, la formación de SP y NFT, gliosis, pérdida de neuronas y sinapsis, y neurodegeneración. Sin embargo, ningún modelo existente exhibe todas estas características, sino que cada una de las líneas actualmente disponibles presenta una patología única que permite abordar el estudio de los mecanismos asociados a esta enfermedad desde distintos puntos de vista complementarios. La mayoría de los modelos desarrollados se basan en la sobreexpresión de la APP humana, los cuales muestran agregación de péptidos Aβ a edades avanzadas en hipocampo y corteza cerebral [61]. Sin embargo, se ha demostrado que la co-expresión de formas mutadas de la PS1 y PS2 acelera la deposición amiloidea [62], facilitando así la aparición del fenotipo característico de la EA. Por el contrario, la obtención de modelos con taupatía se ha visto dificultado por el desconocimiento de los genes implicados en este proceso, de modo que los únicos modelos existentes se basan en la mutación de tau responsable de la demencia frontotemporal (DFT), en la que también se observa la deposición de NFT [63]. De este modo, las líneas transgénicas que existen en la actualidad para el estudio de la EA se pueden clasificar en las siguientes categorías:
• Modelos APP (Tg2576, TgCRND8, PDAPP): expresión transgénica de la APP humana. Desarrollan la patología amiloidea y déficits en la memoria, pero no pérdida neuronal.
• Modelos Aβ (BRI- Aβ42): producen únicamente péptidos Aβ, y no otros
péptidos generados de la fragmentación de la APP. Para ello, estos ratones expresan una proteína de fusión entre el péptido Aβ y la proteína BRI, implicada en la demencia familiar británica. Desarrollan la patología amiloidea, pero no se observan déficits cognitivos.
• Modelos PS y APP×PS (APP/PS1, APP/PS2, 5×FAD): la mayoría se basan en la mutación de PS1. Los modelos transgénicos simples producen péptidos Aβ42, pero no desarrollan la patología característica de la EA. Sin embargo, las líneas múltiples APP×PS muestran una deposición acelerada de placas seniles y déficits cognitivos significativos.
• Modelos tau (TAPP, 3×Tg): expresan la mutación tau asociada a la DFT, normalmente acompañada de mutaciones en APP. Desarrollan las patologías amiloidea y tau, pero de forma independiente.
• Modelos APOE (APOE3, APOE4): expresión de isoformas de APOE humana. Desarrollan déficit cognitivo y fallos en la plasticidad sináptica.
1.4.2. EL RATÓN TRANSGÉNICO APPswe/PS1ΔE9
El ratón APPswe/PS1ΔE9, o simplemente APP/PS1, es uno de los modelos
transgénicos más ampliamente utilizados en la actualidad para el estudio de la enfermedad de Alzheimer. Este modelo, descrito por primera vez en el año 2004 por Jankowsky et al., se obtiene mediante la sobreexpresión de la mutación sueca de la APP junto a la supresión de PS1 en el exón 9 [64]. Estos ratones reproducen fielmente algunos de los déficits neuropatológicos y cognitivos observados en la EA humana, con un fenotipo caracterizado por la deposición temprana de placas amiloideas a partir de los cuatro meses de edad, activación glial, y fallos en las funciones cognitivas a la edad de seis meses [65]. Además, aunque no exhibe pérdida neuronal (como la mayoría de los modelos desarrollados hasta el momento), el ratón APP/PS1 manifiesta una gran variedad de otros síntomas, incluyendo una mortalidad incrementada, déficits en la transmisión colinérgica o actividad neuronal reducida en regiones afectadas por la acumulación de Aβ. Por último, cabe destacar que el perfil neuroquímico y los cambios metabólicos dependientes de la edad observados en APP/PS1 son muy similares a los mostrados por los pacientes de Alzheimer [66], demostrando el potencial de este modelo transgénico para la investigación de los mecanismos patogénicos asociados a la EA.
1.4.3. MODULACIÓN DE LA INFLAMACIÓN EN LOS MODELOS DE ALZHEIMER: EL RATÓN TRANSGÉNICO APP/PS1/IL4-KO
Debido a la gran importancia de la neuroinflamación en la patogénesis de la EA, en los últimos años se han desarrollado nuevos modelos animales basados en la modulación de distintos componentes inflamatorios [67]. Con el fin de elucidar el papel de la activación microglial en el desarrollo de la EA, se han creado modelos transgénicos con actividad glial modulada mediante la estimulación de diferentes receptores, incluyendo receptores scavenger [68,
69], de tipo Toll [70] o de quimioquinas [71]. Además, otros estudios han demostrado que la sobreexpresión de mediadores pro-inflamatorios en ratones transgénicos de la EA pueden potenciar la patología, incrementando la producción y agregación de péptidos Aβ e inhibiendo su eliminación, del mismo modo que la supresión de estos mediadores causa una notable mejoría. Así, algunos de los componentes inflamatorios que han sido investigados son las interleucinas [72], factores de necrosis tumoral [73] o la enzima óxido nítrico sintetasa [74].
Entre estos mediadores, la modulación de la interleucina 4 (IL4) puede tener un gran interés ya que presenta propiedades antiinflamatorias y está implicada en la proliferación de células T y en funciones cognitivas como la memoria o el aprendizaje [75]. Así, la supresión del gen IL4 permite obtener un modelo animal de función inmune deteriorada, el ratón IL4 deficiente o IL4 knockout (IL4-KO), en el cual se ven alteradas las rutas de producción de citoquinas Th2 e inmunoglobulinas E y G1 [76, 77]. En relación con la EA, estudios previos han demostrado la asociación entre polimorfismos de nucleótido simple del gen IL4 y un riesgo incrementado de padecer este desorden neurodegenerativo [78, 79], así como una producción de IL4 reducida en células mononucleares sanguíneas de pacientes con EA [80]. Además se ha comprobado que la inducción de la producción de IL4 reduce la deposición de Aβ y atenúa la patología asociada a la EA en distintos modelos transgénicos [81, 82]. Por todo ello, el ratón transgénico triple APP/PS1/IL4-KO, obtenido mediante el cruce de las líneas APP/PS1 e IL4-KO, podría ser un modelo idóneo para el estudio de los mecanismos patológicos asociados a la inflamación en la enfermedad de Alzheimer.