帕金森癥動物模型造模精解及帕金森癥發(fā)病機(jī)制

我國著名數(shù)學(xué)家陳景潤因證明哥德巴赫猜想“1+2”享譽(yù)全世界，但就在他準(zhǔn)備對哥德巴赫猜想頂峰“1+1”發(fā)起沖擊時(shí)，他的身體卻出現(xiàn)了一些異常的癥狀，全身僵直、手腳顫抖、吞咽困難，病痛的折磨讓他在63歲被迫止步對數(shù)學(xué)世界的探索，而讓他遺憾折戟的疾病，是被稱為“沉默殺手”的帕金森癥。
 

 陳景潤（1933.5.22-1996.3.19）著名數(shù)學(xué)家

認(rèn)識帕金森癥（PD）
帕金森癥（Parkinson’s Disease，PD）最早由英國的醫(yī)生詹姆斯帕金森系統(tǒng)描述，是一種影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)退行性疾病，主要影響運(yùn)動神經(jīng)系統(tǒng)，臨床癥狀主要包括運(yùn)動癥狀（靜止性震顫、僵硬、步態(tài)異常等）和非運(yùn)動癥狀（睡眠障礙、認(rèn)知障礙、抑郁等）^[1]。作為世界第二大神經(jīng)退行性疾病，PD在全球的發(fā)病率逐年上升，由PD引起的殘疾和死亡的增長速度也超過了其他任何神經(jīng)系統(tǒng)疾病。據(jù)WHO統(tǒng)計(jì)，2019年全世界超過850萬人患有PD，而其中，由PD導(dǎo)致殘疾的人有580萬，該數(shù)字與2000年的致殘人數(shù)對比增加了81%；由PD導(dǎo)致死亡的人有32.9萬人，對比2000年增加了100%。PD目前還未有針對性的治愈藥物^[2]。

PD的發(fā)病機(jī)制
PD的臨床病理特征主要表現(xiàn)為患者的中腦特定腦區(qū)黑質(zhì)致密區(qū)（SNpc）多巴胺（DA）能神經(jīng)元大量凋亡，且存活的神經(jīng)元內(nèi)出現(xiàn)由α-突觸核蛋白（α-Syn）錯(cuò)誤折疊、聚集所形成的路易小體（Lewy Body，LB），紋狀體DA表達(dá)水平降低。據(jù)WHO報(bào)道，PD的發(fā)病由老年化、遺傳因素、環(huán)境因素等多種因素共同影響，目前針對PD致病機(jī)理的主流學(xué)說包括神經(jīng)炎癥學(xué)說、α-Syn蛋白的錯(cuò)誤折疊及過表達(dá)學(xué)說、氧化應(yīng)激學(xué)說、線粒體功能障礙學(xué)說等^[3]。
 

圖2 健康人與PD患者的黑質(zhì)致密區(qū)多巴胺神經(jīng)元存活狀態(tài)對比^[4]
 

圖3 α-突觸核蛋白的聚集情況對比^[5]
 

圖4 PD發(fā)病因素及致病機(jī)理^[3]

PD相關(guān)動物模型
近年來，人們對帕金森病的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制、遺傳及環(huán)境因素有了更加深入的了解，但帕金森病的新藥研發(fā)之路還是困難重重，可用的生物標(biāo)志物、良好的藥物靶點(diǎn)及遺傳基礎(chǔ)等因素的探索缺乏均給藥物研發(fā)帶來了阻礙。因此，合適的疾病小鼠模型是推動PD機(jī)制研究和新藥開發(fā)不可或缺的工具。PD的動物模型主要有兩種模型構(gòu)成：神經(jīng)毒素模型和基因編輯模型，也有少部分文獻(xiàn)選用神經(jīng)毒素與基因編輯復(fù)合模型，其中神經(jīng)毒素模型應(yīng)用最為廣泛^[6]。
 

圖5 不同類型PD模型的選擇數(shù)量和趨勢^[6]

（1）神經(jīng)毒素模型^[7]
在神經(jīng)毒素模型中，最常使用神經(jīng)毒素的是6-OHDA和MPTP，神經(jīng)毒素模型造模手段多為全身性注射神經(jīng)毒素或腦內(nèi)注射神經(jīng)毒素，不同的神經(jīng)毒素模型，所能模擬的PD病理特征各有不同。

腦內(nèi)注射6-OHDA誘導(dǎo)PD模型
造模方式：注射部位一般為紋狀體、內(nèi)側(cè)前腦束（MFB）、黑質(zhì)（SN），3-5天可檢測到注射位置DA神經(jīng)元凋亡。注射到紋狀體中會破壞紋狀體中的軸突末端，隨后SN中DA神經(jīng)元緩慢地逆行變性。癥狀相對較輕，進(jìn)展緩慢。而注射到MFB和SN中將導(dǎo)致快速和大規(guī)模的DA神經(jīng)元變性凋亡。

模型特征：該P(yáng)D模型對比疾病臨床表型，在行為障礙表型是一致的，同時(shí)該模型可產(chǎn)生PD的非運(yùn)動癥狀，但缺少LB形成的病理學(xué)表型。
 

圖6 6-OHDA在不同物種、劑量、注射部位所誘導(dǎo)的PD模型特征^[7]

腦內(nèi)或外周注射MPTP誘導(dǎo)PD模型
造模方式：MPTP是一種親脂性分子，能夠輕松穿過血腦屏障。全身給藥或腦內(nèi)給藥后，MPTP可被星形膠質(zhì)細(xì)胞中的單胺氧化酶B（MAOB）氧化成強(qiáng)效多巴胺能神經(jīng)毒素1-甲基-4-苯基吡啶離子（MPP+）。MPP+是一種有毒代謝物，由于其結(jié)構(gòu)與多巴胺相似，因此很容易被多巴胺能神經(jīng)元通過多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（DAT）吸收^[8]。隨后，MPP+誘導(dǎo)SN中DA神經(jīng)元凋亡，同時(shí)紋狀體多巴胺水平降低^[9]。DA神經(jīng)元凋亡的機(jī)制是由MPP+抑制線粒體呼吸中復(fù)合物I誘導(dǎo)的，該過程導(dǎo)致紋狀體和SN中的ATP濃度迅速下降，隨后DA神經(jīng)元發(fā)生凋亡^[10]。

模型特征：MPTP的全身性給藥可模擬PD進(jìn)行性的病理過程，包括紋狀體和黑質(zhì)區(qū)的DA神經(jīng)元丟失、腦部的氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙，但同樣，該模型也缺少LB形成的病理學(xué)表型^[7]。在神經(jīng)毒素模型中，LB形成的這一病理學(xué)表型可在魚藤酮誘導(dǎo)的PD模型中可觀察到^[11]。
 

圖7 MPTP誘導(dǎo)DA神經(jīng)元凋亡機(jī)制^[4]

（2）基因編輯模型^[12]
遺傳學(xué)在PD發(fā)病機(jī)制中也發(fā)揮著重要作用。通過對家族性PD和特發(fā)性PD的分析確定了PD存在以下致病基因：SNCA（表α-Synuclein應(yīng)為SNCA）、Parkin、DJ-1、PINK1和LRRK2。