Ischemic Vulnerability in the Brain of an Alzheimer’s Mouse Model

Abstract

Alzheimer's disease (AD) is a condition that mostly affects elderly individuals who are also at an increased risk of cerebrovascular disease. It is not well known if AD pathology results in poorer outcomes for cerebral ischemia. In the current study, we hypothesized that a brain affected by AD is vulnerable to cerebral ischemia, resulting in greater necrosis and neuronal cell death by inducing cerebral amyloid beta (Aβ) and tau protein accumulation, as well as degenerative changes. In this study, the effect of transient cerebral ischemia induced by bilateral carotid artery occlusion, which is often used as a vascular dementia model, was assessed in a transgenic (TG) mouse model of AD (3xTG-AD). After 15 minutes of bilateral carotid artery occlusion, followed by reperfusion, we evaluated cognitive changes, extent of neuronal death, and dementia-specific neuropathological changes compared with wild-type (WT) mice. Results of behavioral studies demonstrated that TG mice exposed to cerebral ischemia showed greater deficits in spatial learning and memory than similarly treated WT mice. Cognitive impairment in TG mice might be attributed to greater neuronal cell death due to brain ischemia compared with WT mice. However, similar Aβ accumulation was observed in both groups. Expression of caspase-3, Iba-1, and GFAP was increased in ischemic TG mice. In conclusion, our results suggest that Alzheimer’s neuropathology can trigger changes that make AD brains more vulnerable to cerebral ischemia/reperfusion.

알츠하이머병 (Alzheimer’s disease, AD)은 대부분 뇌혈관 질환의 위험이 증가된 노인들에게 주로 영향을 미치는 질환이다. AD 병리학이 뇌 허혈로 인해 뇌에 미치는 영향에 대한 연구는 잘 알려져 있지 않다. 현재 연구에서 우리는 AD 에 의해 영향을 받는 뇌가 뇌 허혈에 취약하고 뇌 아밀로이드 베타 (Aβ)와 타우 단백질 축적 및 퇴행성 변화를 유도함으로써 더 큰 괴사 및 신경 세포 사멸을 일으킨다는 가설을 세웠다. 본 연구에서는 AD (3xTG-AD)의 형질 전환 (TG) 마우스 모델에서 혈관성 치매 모델로 흔히 사용되는 양측 경동맥 폐색에 의한 일과성 대뇌 허혈의 영향을 연구하였다. 양측 경동맥 폐쇄 15 분 후 재관류를 한 후 야생형 (WT) 마우스와 비교하여 인지 기능 변화, 신경 세포 사멸 정도, 치매 특이성 신경 병리학적 변화를 평가하였다. 행동 연구의 결과는 뇌 허혈에 노출된 TG 마우스가 유사하게 처리된 WT 마우스보다 공간 학습 및 기억에 더 큰 결점을 보였다는 것을 입증하였다. TG 마우스의 인지 손상은 WT 마우스에 비해 뇌 허혈로 인한 더 큰 신경 세포 사멸로 인산 것 일 수 있다. 그러나 유사한 Aβ 축적이 두 군에서 관찰되었다. 허혈성 TG 마우스에서 caspase-3, GFAP 및 Iba-1 의 발현이 증가하였다. 결론적으로, 우리의 결과는 AD 의 신경 병리학이 뇌를 뇌 허혈 / 재관류에 보다 취약하게 만드는 변화를 유발할 수 있음을 시사한다.