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) 的優劣對比

此文主要依據邁克爾·福克斯帕金森病研究基金會(Michael J. Fox Foundation for Parkinson's Research)主導并發表的：“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退行性疾病。它由英國醫生詹姆斯·帕金森于1817年首-次在其論文《論震顫麻痹》中系統描述，故而得名。帕金森病主要影響大腦中控制運動的區域，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)發送信號，以協調和啟動自主運動。

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，涉及遺傳和環境等多重因素，在人體中進行病理機制研究和藥物開發存在極大局限。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。

優點：

◆ 造模快速、高效：可在數天至數周內誘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

優點：

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

◆ 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，而是注射后觸發內源性 aSyn 發生 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發病機制和開發根本性療法的首-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。

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