动物模型构建与评估︱帕金森模型构建和行为评估

生物科研实验室

MPTP是一种用于建立PD模型的神经毒素，现已对神经元中MPTP毒性机制进行了深入研究。MPTP是一种亲脂性分子，容易穿过血脑屏障。全身给药后，MPTP被星形胶质细胞中的单胺氧化酶B转化为MPTP＋，然后被氧化为有毒的代谢物MPP＋。通过多巴胺转运蛋白被多巴胺能神经元选择性摄取，并抑制线粒体复合物Ｉ的电子传递链，导至氧化应激和三磷腺苷生成减少，引起帕金森综合症。不同动物种类具有不同的MPTP敏感性。与灵长类动物相比，啮齿类动物对MPTP的毒性的敏感性更低，其中小鼠的敏感性最高，且由于小鼠饲养成本低、易处理、可重复性高，使用最为广泛。MPTP不同注射方法或部位会导至不同的临床现象，皮下注射或静脉注射表现为双侧PD，单侧颈动脉注射主要诱发单侧PD。快速和短暂的神经变性导至大多数PD动物模型应用受限，而慢性MPTP模型病程渐进且与PD患者临床症状最为吻合，同时可观察到α-Synuclein沉积现象。使用亚急性MPTP小鼠模型表现出严重的多巴胺能神经元丢失和明显的星形胶质细胞增生，但它们未能表现出明显的运动障碍和认知缺陷。



6-OHDA模型

6-OHDA是一种较为常见的大鼠PD模型建立的方法，是与多巴胺结构上相似的儿茶酚胺类物质，不能透过血脑屏障，因此在研究过程中多采用局部脑室定位注射，包括纹状体、内侧前脑束和黑质。6-OHDA模型通常是造模时间短的急性损伤模型，在注射后的几天内具有高水平的黑质致密部多巴胺能细胞死亡，与人PD病情进展缓慢的特点相反。该模型也无法表现出LB的聚集，这是PD病理学的关键部分。该模型病变的程度取决于６⁃ＯＨＤＡ的注射量、注射部位和使用的种类。单侧6-OHDA注射模型是目前使用率最高的PD模型，其在多巴胺激动剂治疗时产生定向旋转，旋转行为检测是可信度高的评价指标。单侧6-OHDA注射能选择性毁损多巴胺能神经元，可直接比较注射部位的同侧和对侧，可有效用于研究治疗PD药物的效果。通常避免双侧注射，其会诱导明显的吞咽障碍，死亡率高。



鱼藤酮模型

鱼藤酮造模法模拟农药环境，更贴合人由于长期接触农药、暴露于农药环境而引起的PD病症。鱼藤酮具有较高的脂溶性，能穿过血脑屏障。首个鱼藤酮模型是将极高浓度鱼藤酮通过立体定向注入神经元细胞，其导至纹状体多巴胺和5-羟色胺显著减少。鱼藤酮主要作用机制是引起机体氧化应激反应，与线粒体复合酶结合加重线粒体氧化应激，从而造成更严重的损伤，同时还会导至α-Synuclein、蛋白酶功能障碍等。鱼藤酮的优点是可以引起与人临床PD相似的病理特征，但由于其高度的脂溶性，会在全身引起非PD典型症状，且其造模方法与环境条件密切相关，不容易形成稳定的PD模型。



百草枯模型

百草枯是一种广泛使用的除草剂，是可能诱发PD的一个环境因素，根据其对MPP＋的结构相似性被鉴定为神经毒性物质，但它并不像MPP＋那样抑制线粒体复合体Ⅰ。百草枯损害谷胱甘肽和硫氧还蛋白的氧化还原循环，进一步影响细胞抵御氧化应激的功能。百草枯能够导至α-Synuclein过表达和诱导黑质致密部多巴胺能神经元中LB样结构。然而，该模型没有显示氧化应激和神经元细胞死亡之间的任何联系。因此，百草枯在PD模型中的应用通常仅限于研究多巴胺能神经元中LB的形成和α-Synuclein的作用，由于缺乏特异性和动物的高死亡率，这严重限制了它们在PD中的研究。

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基因工程模型

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α-Synuclein是一种由SNCA基因编码的小型蛋白质，在中枢神经系的突触前末端大量表达，已知它与膜蛋白和囊泡动力学调节有关。α-Synuclein是路易体的主要组成部分，α-Synuclein的复制或三联体在PD进展中起关键作用，其突变是导至遗传性PD的主要原因。

Parkin是一种泛素连接酶，由PRKN基因编码，是导至早发性PD最常见的常染色体隐性突变，该酶失活会导至家族性与散发性PD。

PINK1是一种神经保护激酶，主要存在于线粒体和胞质间隔中，在神经元分化中发挥作用。PINK1突变与隐性PD有关，其突变体表现出多巴胺能神经元变性和运动缺陷。
DJ-1是一种抗氧化蛋白，其突变与常染色体隐性PD有关。DJ-1在抗氧化防御中发挥重要作用，保护细胞免受氧化应激，但其确切功能尚不清楚。DJ-1基因敲除小鼠的纹状体中多巴胺水平下降，运动能力受损，但黑质致密部中多巴胺能神经元没有损失。DJ-1敲除大鼠可能是评估PD前驱期的一个有前途的模型，需要进一步的评估。

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其他

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除了上述几种经典的造模方法，在PD模型应用过程中，也有一些研究者使用脂多糖、乳清蛋白、腺病毒等其他造模诱导物质，以及使用线刀机械损伤模型。脂多糖是一种严重的致炎因子，可诱导α-Synuclein在肠道产生，并逐渐转移至脑部，引起黑质内酪氨酸羟化酶减少，模型动物运动功能下降等病理、行为等方面改变。