如何选择帕金森病(PD)动物模型构建方法？

—神经毒素、基因修饰、病毒载体及 α-Syn预制原纤维(PFF) 的优劣对比

此文主要依据迈克尔·福克斯帕金森病研究基金会(Michael J. Fox Foundation for Parkinson's Research)主导并发表的：“Best Practices for Generating and Using Alpha-Synuclein Pre-Formed Fibrils to Model Parkinson’s Disease in Rodents”进行整理，感兴趣者可以阅读原文。

帕金森病(Parkinson's Disease, PD)是一种常见的、进行性的中老年神经系统退行性疾病。它由英国医生詹姆斯·帕金森于1817年首次在其论文《论震颤麻痹》中系统描述，故而得名。帕金森病主要影响大脑中控制运动的区域，导致一系列运动和非运动症状，是全球第二常见的神经退行性疾病，仅次于阿尔茨海默病。60岁以上人群患病率约 1%，且预计随人口老龄化将在未来 30 年翻倍。

帕金森病的核心病理特征：

多巴胺能神经元丢失：位于中脑黑质致密部(Substantia Nigra pars compacta, SNpc)的多巴胺能神经元大量、选择性地死亡。这些神经元负责产生神经递质多巴胺(Dopamine)，并向大脑的纹状体(Striatum)发送信号，以协调和启动自主运动。

α-突触核蛋白异常聚集：在死亡的神经元内，可以观察到一种名为α-突触核蛋白(α-synuclein)的蛋白质发生错误折叠并聚集，形成不溶性的包涵体，被称为路易小体(Lewy bodies)和路易神经突(Lewy neurites)。这种异常蛋白的聚集和在脑内“播散”被认为是疾病进展的关键机制。

由于PD病因复杂，涉及遗传和环境等多重因素，在人体中进行病理机制研究和药物开发存在极大局限。因此，构建能够模拟PD关键特征的动物模型成为了科学研究不可或缺的工具。目前主要有以下几种构建方法：

1. 神经毒素模型 ( Neurotoxin Models ) 

◆ 代表方法：6-羟基多巴胺(6-OHDA)注射、1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)给药。

优点：

◆ 造模快速、高效：可在数天至数周内诱导出显著的多巴胺能神经元丢失和运动功能障碍。

◆ 病理特征明确：能可靠地复制PD的核心病理——黑质多巴胺能神经元的快速、大量死亡和纹状体多巴胺耗竭。

◆ 行为学表型清晰：易于通过旋转行为(6-OHDA大鼠模型)或运动能力测试评估药效，是药物筛选和对症治疗研究的金标准。

缺点：

◆ 缺乏α-突触核蛋白病理：这是最大的局限。这些模型不产生α-突触核蛋白(aSyn)聚集形成的路易小体和路易神经突，无法研究aSyn在PD发病中的核心作用。

◆ 急性损伤，非渐进性：毒素诱导的黑质纹状体系统快速退变与人类疾病的进程并不相符：人类 PD 可在运动症状出现前数十年即已起病，而毒素模型无法用于在症状前期测试疾病修饰疗法。

◆ 非特异性毒性：高剂量可能影响其他神经元类型。

2. 基因修饰模型 ( Genetic Models )

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

优点：

◆ 病因学相关：直接关联PD的遗传因素，有助于研究特定基因在疾病发生中的作用机制。

◆ 可研究aSyn病理：部分aSyn转基因模型(尤其是过表达突变型aSyn的模型)能在脑内形成aSyn聚集物，为研究aSyn的毒性机制提供了平台。

◆ 渐进性发展：更接近人类PD的缓慢进展过程。

缺点：

◆ 病理不完全：大多数模型缺乏显著的黑质多巴胺能神经元大量丢失这一PD最核心的特征。aSyn聚集物的分布和形态也常与人类路易病理不完全一致。即便观察到黑质纹状体变性及运动表型，其严重程度也高度依赖于转基因的表达水平及所用启动子

◆ 表型温和或不一致：运动障碍通常较轻微或出现较晚，且不同品系、不同实验室间结果差异大，可重复性差。

◆ 仅模拟少数病例：家族性PD仅占所有病例的10%左右，多数散发性PD的病因不明。

◆ 耗时长：转基因小鼠构建所需时间较长，需数月至一年

3. 病毒载体模型

◆ 代表方法：AAV-aSyn、AAV-LRRK2注射

优点：

◆ 病理特征：可同时再现该病的两大病理特征——黑质纹状体系统变性和异常、聚集或磷酸化 α-突触核蛋白(aSyn)的包涵体形成；

◆ 行为学：可产生行为表型；

◆ 蛋白表达可调：可调整蛋白过表达水平，使其降至亚毒性水平，或延长退行性变出现的时间

缺点：

◆ 病程不一致：aSyn 表达量需比内源性水平高出数倍，方能产生显著的 PD 表型

◆ 病理不一致：该模型产生的 aSyn 聚集体并不呈丝状结构，可能无法复制 PD 患者脑内 aSyn 包涵体的诸多特征

4. Stressmarq活性α-突触核蛋白预制原纤维模型(活性αSyn PFF 模型)

◆ 代表方法：将体外制备的重组α-突触核蛋白预制原纤维(pre-formed fibrils, PFFs)注射到动物脑内(如纹状体或嗅球)。这些外源的PFFs作为“种子”，被神经元摄取后，会“招募”内源性的正常aSyn发生错误折叠并聚集，形成类似路易体的病理包涵体，并沿神经连接逐步播散，最终导致黑质多巴胺能神经元的进行性丧失和运动功能障碍。

优点：

◆ 高度模拟核心病理：同时具备aSyn的病理性聚集(路易样包涵体)和进行性的多巴胺能神经元丢失，是目前最接近人类PD病理特征的模型。可诱导内源性 aSyn 在 S129 位点发生高度磷酸化、泛素化

◆ 病理进程可控：可精确控制 aSyn PFF 的引入时空。这使得研究者能够在诱导帕金森症状之前获取行为学基线数据，为预防性治疗研究提供窗口，并为干预策略设定明确的退变时间进程。

◆ 基于内源性蛋白：尽管注射来源于重组 aSyn 的PFF，属于“超生理水平”诱导模型，但其aSyn 总量更贴近人类实际情况。尤为重要的是，与病毒载体模型不同，aSyn PFF 模型所呈现的病理变化并非源于外源蛋白的过表达，而是注射后触发内源性 aSyn 发生 PD 相关的病理改变

◆ 适用于多种动物：已在大鼠、小鼠甚至非人灵长类动物中成功建立。

缺点：

◆ 造模周期长：病理发展缓慢，通常需要3-6个月甚至更长时间才能观察到显著的神经元丢失和行为学改变。

◆ 技术要求高：PFFs的制备(需要精确的孵育条件)和验证(需确认其形态和致病性)过程复杂，批次间差异可能影响结果的可重复性。(不过Stressmarq可提供高稳定性，经过验证的具有病理活性的PFFs。) 

虽然，目前没有一种模型能完美复制人类PD的所有方面。研究者应根据具体科学问题选择最合适的模型，或结合多种模型的优势。但，aSyn PFF模型因其能同时再现PD的两大核心病理特征，正迅速成为研究PD发病机制和开发根本性疗法的首选工具。  

StressMarq 提供的活性 alpha 突触核蛋白预制原纤维 (PFFs) 可以聚集alpha 突触核蛋白活性单体形成新的原纤维, 并且可以用于诱导内源性alpha突触核蛋白的磷酸化和神经元中路易体的形成，以及体外寡聚化研究。

StressMarq 近10年来一直致力于开发多种不同形式的神经退行性疾病相关蛋白的产品，包括 α-突触核蛋白、β-突触核蛋白、γ-突触核蛋白、Tau、淀粉样β蛋白、SOD1 和 TTR的预制原纤维(PFFs)、寡聚体和单体形式的蛋白制剂。StressMarq的目标是成为开发和提供具有病理活性的蛋白聚集体的全球领导者，帮助科学家构建疾病模型，并加速神经退行性疾病的药物研发。

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