运动障碍史：帕金森病研究的动物模型

众所周知，半个多世纪以来，帕金森病的研究一直依赖于动物模型。然而，我们也知道，没有一种单一的模型能够完全模拟人类疾病。今天，我们将回顾这些模型的由来，它们教会了我们什么，又有哪些不足之处，以及该领域的未来发展方向。

为此，我荣幸地邀请到了德国汉诺威兽医大学的弗朗齐斯卡·里希特-阿森西奥博士，她是药理学和毒理学系的主任，以及美国亚利桑那州立大学 ASU Banner 中心的创始主任杰夫·科多尔博士。

感谢二位莅临。我非常高兴能邀请到帕金森病研究领域的领军人物和动物模型方面的专家，相信这次的分享对我们的听众来说会非常有启发。我想先从一个最基本的问题开始：为什么我们需要动物模型？

这就是我们想知道的。如果我们能回到几十年前，研究人员当时知道些什么？为什么动物模型在帕金森病研究中被认为如此重要？杰夫，也许你可以先说。

杰弗里·科多沃教授：我们需要动物模型的原因有很多。首先，如果我们想要研发新的疗法，就必须确保它们的安全性、有效性和耐受性，而我们可以利用动物模型进行这些研究。我们最初认为帕金森病只是一种多巴胺疾病，一种黑质纹状体变性疾病。

因此，[00:02:00] 最初建立的模型是啮齿动物的6-羟基多巴胺损伤模型。最终，随着MPTP在非人灵长类动物中的发现，MPTP模型逐渐被取代。但我们现在知道，帕金森病通常是一种共病。帕金森病患者的大脑中存在许多异常。

因此，我们需要改进我们的建模系统，使其更能模拟帕金森病患者体内实际发生的情况。朝着这个方向迈出的重要一步，是帕特里克·布伦丁和我共同开展的研究，我们发现帕金森病患者的移植器官中存在α-突触核蛋白病理。

这促使弗吉尼亚·李和她的同事们证明，预先形成的突触核蛋白原纤维能够显著模拟大多数（但并非所有）帕金森病患者所见的突触核蛋白病变。[00:03:00] 现在我们也知道，tau蛋白在帕金森病的病理学中扮演着重要角色，因此我们正在开发共病理模型，这些动物将同时具有突触核蛋白、tau蛋白和淀粉样蛋白，因为这三种是帕金森病最常见的共病理。

我们知道，当进行合并病理学研究时，会加剧这些动物的病理变化和临床症状，使病情更加严重。因此，这些是目前的研究进展方向。

蒂亚戈·奥特罗教授：谢谢你，杰夫。你已经​​对我们研究的过去和未来做了精彩的概述。弗兰齐斯卡，你能不能更详细地解释一下我们期望m模型实际模拟的内容？我们可以期望它们像杰夫刚才提到的那样模拟病理，但我们还希望对帕金森病的其他方面进行建模。

您能详细解释一下吗？ 

弗朗齐斯卡·里希特·阿森西奥教授：是的。杰夫已经做了一个非常好的总结，对吧？在所有不同的模型中，我认为很明显的是，有些模型对于重现症状非常重要。所以我们在模型中称之为“征象”，也称之为“病理”。然后我们进一步探讨了机制。你可以利用模型来思考其有效性。

所以我们需要考虑结构效度、表面效度和预测效度。结构效度是指模型应该尽可能接近疾病的实际病因。如果我使用一种实际上永远不会进入人脑的毒素，那么这就不具备良好的结构效度。

然而，如果毒素破坏了多巴胺能神经元，那么从这个意义上讲，它在一定程度上体现了建构效度，它所导致的结果是症状和体征的变化。它会产生帕金森症的体征，这具有良好的表面效度。因此，表面效度指的是模型中的体征和症状。

[00:05:00] 实际上，构念效度和表面效度对于药物研发都至关重要，因为药物的作用靶点在于构念效度中的某些方面。它有望帮助神经元存活，或者替代多巴胺，从而改变并改善模型中的症状或体征，至少可以减轻这些症状。

理想情况下，我们应该具备预测效度。必须指出的是，对于那些在 20 世纪 70 年代开发、并基于 20 世纪 60 年代知识的对症疗法，例如左旋多巴（它至今仍是黄金标准），我们使用了由毒素诱导的、具有良好表面效度的模型，这些模型对多巴胺替代疗法以及左旋多巴诱发的运动障碍都具有非常好的预测效度。

但正如你刚才从杰夫那里听到的，我们现在的研究方向已经远远超越了这些，而是​​更多地转向机制、蛋白质、共病理聚集等等。而这些模型并不适用于此。我们必须构建模型集，精确地模拟这些结构效度，然后希望它们在某个阶段能够具有预测效度，从而开发出能够改善疾病的疗法。

例如，减缓疾病的进展速度。

蒂亚戈·奥特罗教授：是的，谢谢。我们已经了解了很多不同类型的模型，包括基于毒素的模型、一些基于基因的模型，以及杰夫开发和提到的一些基于病理传播的模型。

我们有很多模型。我们的播客听众群体也很广泛，其中很多听众本身就是科学家，他们在自己的研究中也会使用模型。所以，当你想到帕金森病的模型时，会感到非常困惑，因为实际上有数百种模型可供选择。

哺乳动物模型并非只有一种，虽然我们今天主要讨论的是哺乳动物模型，但我们也可以讨论果蝇模型或线虫模型。不过今天我们重点关注的是小鼠、大鼠和非人灵长类动物等哺乳动物模型。[00:07:00] 即使只考虑这些动物，模型的数量也相当多。那么我们应该如何思考哪种模型才是最佳模型呢？该领域应该使用哪种模型？是否存在所谓的最佳模型？该领域应该使用单一模型，还是应该使用多种模型？ 

杰弗里·科多沃教授：所以，多种模型总是更好。但我认为你必须先明确你提出的问题是什么。例如，利用基于毒素的模型，我们开发出了左旋多巴（正如里希特博士所说，它是黄金标准），以及深部脑刺激。但它们只能改善主要的运动症状。

但你必须先明确你的研究目标。现在，导致人们入住养老院的两大原因是痴呆和跌倒，但这与黑质纹状体功能无关。所以你需要采用其他类型的模型，我个人对共病理模型非常看好，因为它将tau蛋白和淀粉样蛋白纳入考量。另一个原因是跌倒。平衡问题会导致人们入住养老院，因为他们会跌倒，摔断髋骨，而且再也无法恢复到跌倒前的状态。所以首先，你需要明确你想提出的问题。如果你想研究认知功能，那么6-羟基多巴胺和MPTP就与此无关，所以我根本不会考虑它们。

所以，我得另辟蹊径。另外，我想指出的是，这并不意味着毒素模型毫无用处，因为其他模型的难点在于它们无法像毒素模型那样产生如此严重的损伤。所以，你无法使用α-突触核蛋白预成型纤维或其他类型的突触核蛋白递送来诱发运动障碍。因此，我们现在正在进行研究，利用Cav1.3基因疗法消除猴子的运动障碍。如果仅仅使用突触核蛋白模型，这是不可能做到的。所以，首先，你需要了解患者的实际病理是什么，以及哪些模型能够针对你真正想要研究的症状。 

蒂亚戈·奥泰罗教授：谢谢。弗兰齐斯卡，您现在重点关注遗传模型和突触核蛋白转基因模型，您已经广泛使用了这些模型。您能否简要概述一下这个领域是什么时候开始的，我们目前处于什么阶段，以及应该考虑哪些模型？

弗朗齐斯卡·里希特·阿森西奥教授：是的，实际上可以说这一切都始于α-突触核蛋白作用的发现，对吧？那是在1997年。从那时起，人们就充满了希望。如果我改变啮齿动物（比如小鼠）体内的α-突触核蛋白，我就能得到完美的模型并加以利用。但起初这有点令人失望，因为正如杰弗里·科多尔刚才所说，这确实是个问题。

它们造成的神经元损失程度远不及我们之前在毒素模型中观察到的那样。但一开始这也在预料之中，对吧？于是研究人员开始过表达α-突触核蛋白和突变型α-突触核蛋白，结果发现多巴胺能神经元的损失并不严重。许多模型因此被束之高阁。

2007年，我加入Marie-Françoise Chesselet的实验室时，Sheila Fleming也在。当时她们正在研究一种α-突触核蛋白过表达的小鼠模型。这些小鼠要到14个月大才会出现多巴胺缺失。很多研究人员可能就此放弃，但我们没有，我们也没有。我们继续进行研究，发现了α-突触核蛋白的聚集、疾病的缓慢进展、炎症以及非运动症状和运动症状。

我们进一步研究了前驱期，所以这个领域实际上发生了很大的变化。但我们也意识到，我们仍然需要一些存在细胞丢失的模型。因此，人们开发了更多模型，例如带有突变的模型。

然后，研究领域转向了预先形成的纤维，这与α-突触核蛋白是一种类似朊病毒的蛋白质，可以传播，病理可以传播的发现或概念有关。

所以这确实再次改变了这个领域。但每个模型都回答了一个特定的问题。比如预成型纤维模型[00:11:00]当然是一个人工模型，对吧？因为实际上不会有人把它注射到病人的大脑里，但它模拟了一种非常特定的病理过程。在某些模型中，它确实会导致炎症，但炎症并不强烈。

人们常说，这种模型也很少出现神经退行性病变。但这并不意味着你应该忽略它，因为它仍然能够模拟病理，你可以用它来测试药物或开发干扰突触核蛋白聚集和扩散的新药。所以，每种模型都有其存在的价值。

AAV模型也是如此。它们相当严重。通过在黑质注射AAV，可以过度表达α-突触核蛋白，但这会导致细胞丢失和严重的炎症反应，还会破坏血脑屏障。因此，出于某些目的，你或许仍然会选择使用这种模型。所以，对我来说，最好的模型实际上是经过充分表征的模型，使用该模型的研究人员对它非常了解，已经对其进行了表征，理解病理学与科学之间的联系，以及它在治疗方面可以预测什么。所以，它实际上是一种工具，关键在于你如何运用这个工具，以及你拥有运用这个工具的知识。

杰弗里·科多沃教授：如果我能快速插一句，我想说的是一个人们使用不足的模型。帕金森病是一种与年龄相关的神经退行性疾病，而我们对老年动物的使用还不够。我使用非人灵长类动物，它们体内天然存在淀粉样蛋白。所以，无论我如何操纵，它们至少都具有部分相关的共病理特征，例如老年帕金森病患者的症状和病理。

蒂亚戈·奥特罗教授：是的。谢谢你，杰夫。这引出了一个重要的观点，当然，啮齿类动物模型有很多优势，因为它们更容易在动物房饲养。它们占用的空间也更小，但非人灵长类动物模型仍然具有独特的价值。[00:13:00] 如今，我们听到很多人质疑使用动物作为研究模型的合理性，那么我们是否还能继续使用非人灵长类动物等动物进行这类研究？我们还需要它们吗？或者我们已经到了可以替代它们的阶段？

杰弗里·科多沃教授：好的，感谢您允许我用接下来的一个小时来回答这个问题。我认为非常重要的一点是，我们需要非人灵长类动物。首先，它们的脑容量更大，尤其是在进行治疗研究时。与小鼠相比，灵长类动物能提供更准确的数据。小鼠没有前额叶皮层，因此很难进行认知研究。如果要进行认知研究，我认为非人灵长类动物至关重要。我和约翰·马斯登开发了一种猴子tau蛋白病模型，我认为这是目前最好的tau蛋白病模型，因此我们能够获得共病理学数据，从而评估发病机制和治疗方法。所以，我认为即使考虑到成本，即使考虑到您提到的其他因素，蒂亚戈，我们也必须利用非人灵长类动物作为进入临床试验的桥梁。

蒂亚戈·奥特罗教授：是的，谢谢。我真的很想把这个信息表达清楚，因为人们往往认为我们可以用其他类型的模型来模拟这种复杂的疾病，我们都承认这些模型对其他类型的研究非常有用，但有些问题需要用这些模型来解决。

所以，这是我们应该传递的明确信息。弗兰齐斯卡，我还想谈谈这个领域另一个敏感话题，那就是，或许我们都错了，病理学、突触核蛋白病理学或蛋白质病理学都不是正确的方向。或许我们需要考虑的是功能丧失，也就是蛋白质减少症。

但我们从这些模型中获得了大量证据，支持这样一种观点：某些环节出了问题，这与这些蛋白质的积累有关。您能否就我们从这些动物模型中学到的、支持“或许这个领域并非全是无稽之谈”这一观点的见解，给我们一些启发？我们并不了解真相。

我们不知道疾病的病因是什么，但有很多证据支持蛋白质病理可能在某种程度上很重要的观点。

弗朗齐斯卡·里希特·阿森西奥教授：是的。作为一名科学家，我们都知道事情从来都不是非黑即白的，对吧？我认为从某种意义上说，这两种说法都对。我们有动物模型，当我们过度表达α-突触核蛋白时，就像α-突触核蛋白的三倍体可能导致帕金森病一样，对吧？或者α-突触核蛋白的突变会导致家族性帕金森病。

我们可以在模型中做到这一点，并且可以在科学研究中重现许多病理现象。但这并不意味着蛋白质的生理功能没有实际丧失，我们甚至可以在模型中看到一些证据。这是一种综合作用。有些功能丧失可能与某些症状相关，也可能与某些疾病阶段相关，但聚集现象是肯定存在的。

还有一点，我不会仅仅因为你可能有点小问题就妄下断言，对吧？我不会把更多的α-突触核蛋白注入大脑作为治疗方法。这一点我非常明确，因为无论在任何情况下，无论是细胞模型还是其他什么，增加α-突触核蛋白的含量都不是一件好事。

如果这种蛋白质（以及其他淀粉样蛋白）含量增加，就会发生聚集，而且聚集程度也会有所不同。我们推测，这其实也是α-突触核蛋白的一种生理功能，并非进化过程中的错误。它这样做或许是为了预防某些感染。

所以，神经感染是我实验室的一个重要研究方向。我们发现，当发生某些病毒感染时，α-突触核蛋白的表达会增加。然后它容易聚集，形成类似屏障的结构，阻止病毒入侵或造成病理损伤。所以，这种现象本身是生理性的，但如果从外部不受控制地添加这种蛋白，对我来说，它只会加剧病理损伤，引发并发症。所以，这一点我其实很清楚。 

杰弗里·科多沃教授：我认为这是一个非常完美的回答，涵盖了多个方面。我想补充的是，如果我们存在这些共病，并且存在这些扩散蛋白，那么从治疗角度来看，我们应该针对什么进行治疗呢？当体内仍然存在tau蛋白、淀粉样蛋白和TDP-43蛋白时，尝试减少α-突触核蛋白是否有意义？

所以我的实验室正在研究所有病理的聚集区域。溶酶体功能可以清除所有错误折叠的蛋白质。炎症发生在所有神经退行性疾病中，并且与所有蛋白质病变都有关联。因此，我们正在研究鸢尾素，这是一种已知可以减少突触核蛋白、tau蛋白和淀粉样蛋白的蛋白质。我们目前正在非人灵长类动物身上进行这项研究，并且刚刚获得了资助。我们对此感到非常兴奋。但我认为，决定研发治疗方法必须先了解帕金森病患者大脑中真正的病理。数亿美元已被用于试图降低α-突触核蛋白的水平，但即使成功了，获得显著临床疗效的可能性也很小。

以阿尔茨海默病为例，目前已有免疫疗法，例如使用抗体清除淀粉样蛋白，这些抗体在PET扫描中得到了明确证实，但长期来看，其带来的功能改善微乎其微。因此，我认为，深入了解其病理机制并从整体上进行治疗，对于未来的研究至关重要。 

蒂亚戈·奥特罗教授：是的，杰夫，弗兰齐斯卡和我最近也遇到了一些令人沮丧的事情，我们参与的一个项目也旨在研究合并症，但却没有获得资助。不过，那是另一个话题了。

杰弗里·科多沃教授：来亚利桑那州吧。

弗朗齐斯卡·里希特·阿森西奥教授：我想是的。我们想研究突触核蛋白、tau蛋白和TDP-43，而且我们当时有一个非常优秀的合作团队。但是，我想，德国当时还没有做好准备。

蒂亚戈·奥特罗教授：德国错失了这趟列车。它眼睁睁地看着它驶过，真是太可惜了。不过，为了让我们的讨论回到正轨，我想再回到使用动物模型的伦理问题上来，因为这非常重要。我不想轻描淡写。我想请各位向可能对我们在实验室里所做的事情感到担忧的听众解释一下，我们如何才能证明使用动物进行研究的合理性。

杰弗里·科多沃教授：首先，未经机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准，你不能对动物进行任何操作。[00:20:00] IACUC委员会由兽医、非专业人士、科学家和动物患者组成。所以，当你提出“我要进行X、Y和Z实验”时，你只能进行X、Y和Z实验。而且，你必须尽可能人道地进行所有实验，这正是该委员会的职责所在，并且对这类实验进行监督。我的很多研究对象都是非人灵长类动物。我受到特别严格的审查，这对我来说是可以接受的。我们会尽力在每个环节都最大程度地减少动物的压力和痛苦。

Tiago Outeiro 教授： Franziska，你在兽医学院就读，所以你经常会遇到这些问题。

您不仅要关注自己的研究，还要关注其他人使用动物模型进行的研究。那么，您的看法是什么？当然，我知道您支持动物实验，但我们应该如何看待这个问题呢？[00:21:00]

弗朗齐斯卡·里希特·阿森西奥教授：是的。所以有时你会觉得这是一个新概念，但3R原则其实早在1959年就提出了，而且已经实施了相当长一段时间了。3R原则指的是减少（Reduce）、优化（Refine）、替代（Replace）。减少是指减少动物的使用量。只使用研究问题所需的动物数量。优化是指，例如，是否使用镇痛药，对吧？

所以动物不会感到疼痛。而且可以替代。所以，如果不需要使用动物，可以用细胞培养或类器官代替，那就用细胞培养或类器官。研究人员一直这样做，因为如果不是必要的话，没有人会使用动物，或者专门培育的动物，对吧？我们长期以来一直在这样做，但现在它变得更加规范，并且有了专门的法律和委员会，就像我们刚才听到的那样。

但我还要补充一点，一项设计良好的研究，以及动物除了你想要模拟的、经过精确定义的疾病或状况之外本身是健康的，对吧？也就是说，动物除了疾病或状况之外是健康的。这有利于动物福利和研究的科学质量。

所以从这个角度来看，动物福利和科学目标实际上是紧密相关的，这一点本身就非常重要。而且，伦理标准并非一成不变，对吧？它会随着科学的发展和社会价值观的演变而不断演进。

所以重要的是，我们需要继续沟通我们在这里所做的工作，以及我们为什么要使用动物模型。我认为患者组织在这方面非常重要，因为他们可以帮助我们科学家。我可以从科学家的角度谈谈，但我们所做的大部分工作，在某种程度上都会转化为治疗方法，对吧？

无论是治疗方案的开发，还是基础研究。如果患者组织也能加强沟通，让社区和社会理解并支持我们开展这项研究，那就太好了。[00:23:00]

杰弗里·科多沃教授：我想强调一下里希特博士提到的一个非常重要但有时会被忽略的点：减少动物数量。她说的很对，要减少到能够回答问题的最小动物数量。当然，你仍然需要足够的统计效力。我审阅过很多论文，作者只用了一两只猴子，统计效力严重不足，然后他们说：“好吧，我们……我们必须减少动物数量。”

这样做太浪费猴子了，因为数量不够，无法回答问题。所以我认为里希特博士说的非常重要：尽可能减少猴子的数量，但要确保数量足够回答问题。

弗朗齐斯卡·里希特·阿森西奥教授：是的，还有人会问，“为什么不用类器官呢？它们就像培养皿里的器官一样。你不用培养皿里就有大脑。” 但我们已经尽可能地做所有这些事情了，对吧？我们有人类细胞。我们筛选它们。我们研究遗传机制。我们做了所有这些。我们也使用生物信息学。

我们这里工具齐全。不需要任何人告诉我们该怎么做。我们自己就能做到。但是，当涉及到衰老，当我们需要研究血管化、成熟的免疫相互作用、神经免疫学，以及大脑与外周器官的相互作用、行为和功能、复杂的神经回路、认知等问题时，我们已经讨论过这些了。

无论是研究血脑屏障、药理学、药代动力学、肠脑相互作用，还是想测试一种新的外科手术器械（例如深部脑刺激），你仍然需要完整的生物体。这就是为什么我们仍然需要研究。但我们都在努力利用一切可用的方法来获取更多知识，对吗？

或许在遥远的未来，我们会拥有一个理想的模型，它是我们患者的数字孪生体，其中输入了所有关于疾病和生物学的信息，用于预测安全性问题和疗效。但我们距离那一天还很遥远，因为我们缺乏设置该系统所需的信息。[00:25:00]

我们对这种疾病及其生物学特性了解甚少。因此，我们仍需开展更多研究，因为患者迫切需要改进治疗方法。

蒂亚戈·奥特罗教授：太好了。不，我完全同意。

我觉得这次讨论很有帮助。可惜的是，讨论即将结束，所以我想给各位一个机会，补充一些你们认为我们可能遗漏的内容。杰夫。 

杰弗里·科多沃教授：我只是想让普通民众知道，我们正在竭尽全力、以最快的速度努力帮助帕金森病和其他神经退行性疾病患者。动物模型在这一过程中至关重要。

Tiago Outeiro 教授： Franziska

弗朗齐斯卡·里希特·阿森西奥教授：正是如此。我们应该尽一切努力减少、优化、替换数据，同时还要保证数据的高质量。这就是我想补充的。

蒂亚戈·奥特罗教授：太棒了。[00:26:00] 非常感谢二位抽出时间，并为我们深入讲解了如此复杂的领域。你们提到，我们有很多模型可以利用，包括毒素模型、基因模型、病毒载体介导模型以及基于蛋白质注射的模型。

我们正朝着构建多种病理模型的目标迈进，我们认为这些模型将能更好地反映老年人大脑的真实情况。因此，我认为未来有很多值得期待的地方。最后我想说的是，动物模型的使用已经显著影响并改变了我们目前治疗帕金森病的方式，而且它在未来也将继续发挥作用。

这并不是说，就像弗兰齐斯卡说的那样，我们没有使用细胞模型、类器官以及所有这些先进的技术，而是说所有这些模型都有其存在的空间和潜力。再次非常感谢你。很高兴你能来参加播客节目。

Franziska Richter Assêncio 教授：谢谢你，蒂亚戈

杰弗里·科多沃教授：谢谢。

蒂亚戈·奥特罗教授：感谢所有听众。我们诚挚邀请您继续收听我们即将推出的播客节目。

感谢。