如何選擇帕金森病(PD)動物模型構建方法？

—神經毒素、基因修飾、病毒載體及 α-Syn預制原纖維(PFF) 的優(yōu)劣對比

此文主要依據邁克爾·?？怂古两鹕⊙芯炕饡?Michael J. Fox Foundation for Parkinson's Research)主導并發(fā)表的：“Best Practices for Generating and Using Alpha-Synuclein Pre-Formed Fibrils to Model Parkinson’s Disease in Rodents"進行整理，感興趣者可以閱讀原文。

帕金森病(Parkinson's Disease, PD)是一種常見的、進行性的中老年神經系統(tǒng)退行性疾病。它由英國醫(yī)生詹姆斯·帕金森于1817年首-次在其論文《論震顫麻痹》中系統(tǒng)描述，故而得名。帕金森病主要影響大腦中控制運動的區(qū)域，導致一系列運動和非運動癥狀，是全-球-第二常見的神經退行性疾病，僅次于阿爾茨海默病。60歲以上人群患病率約 1%，且預計隨人口老齡化將在未來 30 年翻倍。

帕金森病的核心病理特征：

多巴胺能神經元丟失：位于中腦黑質致密部(Substantia Nigra pars compacta, SNpc)的多巴胺能神經元大量、選擇性地死亡。這些神經元負責產生神經遞質多巴胺(Dopamine)，并向大腦的紋狀體(Striatum)發(fā)送信號，以協(xié)調和啟動自主運動。

α-突觸核蛋白異常聚集：在死亡的神經元內，可以觀察到一種名為α-突觸核蛋白(α-synuclein)的蛋白質發(fā)生錯誤折疊并聚集，形成不溶性的包涵體，被稱為路易小體(Lewy bodies)和路易神經突(Lewy neurites)。這種異常蛋白的聚集和在腦內“播散"被認為是疾病進展的關鍵機制。

由于PD病因復雜，涉及遺傳和環(huán)境等多重因素，在人體中進行病理機制研究和藥物開發(fā)存在極大局限。因此，構建能夠模擬PD關鍵特征的動物模型成為了科學研究不-可或-缺的工具。目前主要有以下幾種構建方法：

1. 神經毒素模型 ( Neurotoxin Models ) 

◆ 代表方法：6-羥基多巴胺(6-OHDA)注射、1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)給藥。

優(yōu)點：

◆ 造?？焖佟⒏咝В嚎稍跀堤熘翑抵軆日T導出顯著的多巴胺能神經元丟失和運動功能障礙。

◆ 病理特征明確：能可靠地復制PD的核心病理——黑質多巴胺能神經元的快速、大量死亡和紋狀體多巴胺耗竭。

◆ 行為學表型清晰：易于通過旋轉行為(6-OHDA大鼠模型)或運動能力測試評估藥效，是藥物篩選和對癥治療研究的金標準。

缺點：

◆ 缺乏α-突觸核蛋白病理：這是最大的局限。這些模型不產生α-突觸核蛋白(aSyn)聚集形成的路易小體和路易神經突，無法研究aSyn在PD發(fā)病中的核心作用。

◆ 急性損傷，非漸進性：毒素誘導的黑質紋狀體系統(tǒng)快速退變與人類疾病的進程并不相符：人類 PD 可在運動癥狀出現前數十年即已起病，而毒素模型無法用于在癥狀前期測試疾病修飾療法。

◆ 非特異性毒性：高劑量可能影響其他神經元類型。

2. 基因修飾模型 ( Genetic Models )

◆ 代表方法：SNCA、LRRK2、PINK1、DJ-1 等轉基因或基因敲除小鼠模型

優(yōu)點：

◆ 病因學相關：直接關聯(lián)PD的遺傳因素，有助于研究特定基因在疾病發(fā)生中的作用機制。

◆ 可研究aSyn病理：部分aSyn轉基因模型(尤其是過表達突變型aSyn的模型)能在腦內形成aSyn聚集物，為研究aSyn的毒性機制提供了平臺。

◆ 漸進性發(fā)展：更接近人類PD的緩慢進展過程。

缺點：

◆ 病理不完-全：大多數模型缺乏顯著的黑質多巴胺能神經元大量丟失這一PD最核心的特征。aSyn聚集物的分布和形態(tài)也常與人類路易病理不完-全一致。即便觀察到黑質紋狀體變性及運動表型，其嚴重程度也高度依賴于轉基因的表達水平及所用啟動子

◆ 表型溫和或不一致：運動障礙通常較輕微或出現較晚，且不同品系、不同實驗室間結果差異大，可重復性差。

◆ 僅模擬少數病例：家族性PD僅占所有-病例的10%左右，多數散發(fā)性PD的病因不明。

◆ 耗時長：轉基因小鼠構建所需時間較長，需數月至一年

3. 病毒載體模型

◆ 代表方法：AAV-aSyn、AAV-LRRK2注射

優(yōu)點：

◆ 病理特征：可同時再現該病的兩大病理特征——黑質紋狀體系統(tǒng)變性和異常、聚集或磷酸化 α-突觸核蛋白(aSyn)的包涵體形成；

◆ 行為學：可產生行為表型；

◆ 蛋白表達可調：可調整蛋白過表達水平，使其降至亞毒性水平，或延長退行性變出現的時間

缺點：

◆ 病程不一致：aSyn 表達量需比內源性水平高出數倍，方能產生顯著的 PD 表型

◆ 病理不一致：該模型產生的 aSyn 聚集體并不呈絲狀結構，可能無法復制 PD 患者腦內 aSyn 包涵體的諸多特征

4. Stressmarq活性α-突觸核蛋白預制原纖維模型(活性αSyn PFF 模型)

◆ 代表方法：將體外制備的重組α-突觸核蛋白預制原纖維(pre-formed fibrils, PFFs)注射到動物腦內(如紋狀體或嗅球)。這些外源的PFFs作為“種子"，被神經元攝取后，會“招募"內源性的正常aSyn發(fā)生錯誤折疊并聚集，形成類似路易體的病理包涵體，并沿神經連接逐步播散，最終導致黑質多巴胺能神經元的進行性喪失和運動功能障礙。

優(yōu)點：

◆ 高度模擬核心病理：同時具備aSyn的病理性聚集(路易樣包涵體)和進行性的多巴胺能神經元丟失，是目前最-接-近人類PD病理特征的模型。可誘導內源性 aSyn 在 S129 位點發(fā)生高度磷酸化、泛素化

◆ 病理進程可控：可精確控制 aSyn PFF 的引入時空。這使得研究者能夠在誘導帕金森癥狀之前獲取行為學基線數據，為預防性治療研究提供窗口，并為干預策略設定明確的退變時間進程。

◆ 基于內源性蛋白：盡管注射來源于重組 aSyn 的PFF，屬于“超生理水平"誘導模型，但其aSyn 總量更貼近人類實際情況。尤為重要的是，與病毒載體模型不同，aSyn PFF 模型所呈現的病理變化并非源于外源蛋白的過表達，而是注射后觸發(fā)內源性 aSyn 發(fā)生 PD 相關的病理改變

◆ 適用于多種動物：已在大鼠、小鼠甚至非人靈長類動物中成功建立。

缺點：

◆ 造模周期長：病理發(fā)展緩慢，通常需要3-6個月甚至更長時間才能觀察到顯著的神經元丟失和行為學改變。

◆ 技術要求高：PFFs的制備(需要精確的孵育條件)和驗證(需確認其形態(tài)和致病性)過程復雜，批次間差異可能影響結果的可重復性。(不過Stressmarq可提供高穩(wěn)定性，經過驗證的具有-病理活性的PFFs。) 

雖然，目前沒有一種模型能完-美復制人類PD的所有方面。研究者應根據具體科學問題選擇最合適的模型，或結合多種模型的優(yōu)勢。但，aSyn PFF模型因其能同時再現PD的兩大核心病理特征，正迅速成為研究PD發(fā)病機制和開發(fā)根本性療法的首-選工具。  

StressMarq 提供的活性 alpha 突觸核蛋白預制原纖維 (PFFs) 可以聚集alpha 突觸核蛋白活性單體形成新的原纖維, 并且可以用于誘導內源性alpha突觸核蛋白的磷酸化和神經元中路易體的形成，以及體外寡聚化研究。

StressMarq 近10年來一直致力于開發(fā)多種不同形式的神經退行性疾病相關蛋白的產品，包括 α-突觸核蛋白、β-突觸核蛋白、γ-突觸核蛋白、Tau、淀粉樣β蛋白、SOD1 和 TTR的預制原纖維(PFFs)、寡聚體和單體形式的蛋白制劑。StressMarq的目標是成為開發(fā)和提供具有-病理活性的蛋白聚集體的全球領-導者，幫助科學家構建疾病模型，并加速神經退行性疾病的藥物研發(fā)。

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