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    【文题】Disease model: Parkinson’s disease

    【作者】Shun Shimohama1, Hideyuki Sawada1, Yoshihisa Kitamura2 and Takashi Taniguchi2

    【杂志】TRENDS in Molecular Medicine Vol.9 No.8 August 2003

    【单位】1Department of Neurology, Graduate School of Medicine, Kyoto University, 54 Shogoin-Kawaharacho, Sakyoku, Kyoto 606-8507,Japan;    2Department of Neurobiology, Kyoto Pharmaceutical University, Misasagi, Yamashinaku, Kyoto 607-8412, Japan

    【文摘】Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder that is primarily characterized by the degeneration of dopaminergic neurons in the nigrostriatal pathway. The pathology of PD is typified by the presence of cytoplasmic inclusions (Lewy bodies) containing a-synuclein and ubiquitin. The pathogenesis of PD is not completely understood but environmental and genetic factors are thought to play important roles.To understand the pathophysiology of PD, and to develop novel therapies for improved symptomatic management, it is important to have relevant disease models. In this review, we summarize the available in vivo and in vitro models of PD and discuss their value.

    帕金森病的动物模型

    Shun Shimohama1, Hideyuki Sawada1, Yoshihisa Kitamura2 and Takashi Taniguchi2
    1京都大学医学研究生院神经病学系 54 Shogoin-Kawaharacho, Sakyoku, Kyoto 606-8507,Japan
    2京都药科大学神经生物学系 Misasagi, Yamashinaku, Kyoto 607-8412, Japan

    帕金森病（PD）是一种神经退行性疾病，其特征为黑质纹状体通路的多巴胺能神经元的变性。PD典型的病理学改变是包括α-synuclein和泛肽在内的胞浆内含物的出现（Lewy体）。PD的发病机理并不完全清楚，但是环境和遗传因素在该病的发生过程中的两个重要的因素。为了研究PD的发病机制和探索缓解该病症状的更好的疗法，故制造出与此病相似的动物模型非常重要。在这篇综述中，我们总结了各种体内和体外的PD模型并评价他们的价值。

    PD是一种年龄相关性神经退行性疾病，其特征为黑质纹状体多巴胺能神经元的选择性变性。PD的临床症状有静止振颤，僵硬，运动徐缓和姿势不稳定。该病的病理学特征为多巴胺神经元的缺失以及黑质细胞内出现被称之为Lewy体的内含体，它们能用α-synuclein和泛肽的抗体进行免疫染色。在纹状体内多巴胺减少，而其代谢产物高香草酸，3，4二羟基乙酸苯酯以及DA受体均减少。

    PD的发病机制并不完全明确，但是环境和遗传因子被认为在这一过程中发挥了重要的作用。遗传学研究已经证实在编码α-synuclein和泛肽的羰基末端羟化酶L1的突变个体中很少发生常染色体显性遗传的PD，而parkin突变则产生了常染色体隐性遗传的青少年帕金森病。另外，流行病学研究已经提示杀虫剂暴露于散发的PD发生有关。在对该病患者黑质的尸检研究已经为发病过程中氧化损伤和线粒体电子传递链复合物Ⅰ的减少提供了证据。此外，最近由于一种新的DA神经毒素1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四羟基嘧啶（MTPT）的发现促进了PD研究的进一步发展，该毒素是一种人造吗啡1-甲基-4-苯基-丙酸酯氧哌啶（杜冷丁的类似物）的次要代谢物。MTPT的暴露能够使人快速产生帕金森病。

    为了更明确的理解PD的发病机制和探索缓解该病症状的更好的疗法，制造出与该病相应的疾病模型的非常重要的，采用这些模型可以为某些新药和新治疗方案的临床前疗效进行评估。这篇综述总结了目前在无脊椎动物和脊椎动物中采用的体内和体外实验的模型制造方法并评估它们的价值。

    使用神经毒素制作体内实验的PD模型

    在对PD患者大脑的研究显示出在氧化应激过程中存在线粒体复合物Ⅰ功能的抑制，因而这可能是黑质DA神经退行性变的重要组成部分。采用MTPT，6羟基多巴胺（6-OHDA）和罗滕酮的研究已经为探索多巴胺神经元的死亡的分子机制提供了希望。

    MPTP

    MPTP是1982年在一组药物成瘾所致的亚急性重症帕金森患者体内发现的。这种症状是由于这些人自己服用一些含有与人工合成的吗啡结构相似的药物所致，而这种药物被加工过程中的一些副产物MPTP所污染，这种副产物有高亲脂性并且能够通过血脑屏障。胶质细胞内的单胺氧化酶能将MPTP转化成1-甲基-4-苯基吡啶（MPP⁺），后者可以被DA转运体所摄取并在DA神经元内堆积。缺乏这种转运体的小鼠能避免MPTP的毒性损害。吸收的MPP+在线粒体内富集，它们能够抑制线粒体电子转运链中复合物Ⅰ从而使ATP的生成减少并且产生活性氧自由基诱导DA神经元的凋亡。有趣的是，MPTP甚至能使具有中央神经系统的一些最低级的无脊椎动物如扁形虫、三涡虫神经元死亡。这提示MPTP对无脊椎动物和灵长类动物都具有神经毒性。

    在灵长类动物，如人、猴、狒狒中，MPTP能引起不可逆的严重的帕金森症状，这种症状与散发的PD不能区别。这其中包括黑质DA神经元的变性，微包涵体的出现（例如嗜依红性包涵体和a-synuclein的聚合体（并不是典型的Lewy体）），在电镜下观察这些微包涵体由一个高密度的粒状核心和围绕其周围的放射状细丝晕组成。对灵长类动物予以MPTP处理后其显示出对左旋多巴（L-3，4二羟基多巴）及其它DA受体激动剂较好的应答。然而，采用MPTP毒素制作PD模型的主要缺点是PD是一种慢性发展的疾病，而MPTP所致的是急性或亚急性的发病过程。在灵长类动物中采用不同的剂量水平慢性给与MPTP已经显示能够产生缓慢发展的帕金森病症状，其在纹状体多巴胺纤维的损失不均匀并且显示出在黑质部位DA神经元的选择性的损耗。

    啮齿类动物，如大鼠和小鼠，其对MTPT的神经毒性作用不如灵长类的敏感，它们需要更高浓度的MPTP才能诱导DA的损耗而且很少产生永久的帕金森病的行为学症状。在啮齿类动物，帕金森样症状的出现需要采用D2受体拮抗剂完全阻断DA的应答，相对较少的DA损耗是不足以产生这些症状的。因而，采用MTPT处理的猴子可能是PD更加理想的动物模型。然而，C57BL/6系的小鼠是对MPTP最敏感的啮齿类动物。因而MTPT处理过的C57BL/6系小鼠可能是一个同样很有效的模型，而这种模型对于PD最主要的区别在于缺少Lewy体的结构。

    另外还还有用MPTP处理过的其他脊椎动物和无脊椎动物模型。例如，一种两栖类的脊椎动物Rana pipiens蛙，在用MPP⁺或MPTP处理之后其能显示出DA含量的减少和运动失调。有一种医用的无脊椎节段蠕虫Hirudo medicinalis水蛭，在使用MPTP处理之后其同样能显示出DA含量的减少和运动失调，而另外一种美国水蛭Macrobdella decora却对MPTP不敏感。近来，人们对一种无脊椎扁形虫——涡虫（Dugesia japonica）予以MPTP处理，从而制作了一种全新的模型，并且发现MPTP能够明显的诱导DA神经元的自我分解（类似于细胞凋亡）。此外MPTP在涡虫中诱导的自我分解可以被抗帕金森的新药如pramipexole和talipexole,完全阻断，这两种药物是非麦角碱类的D2受体亚族激动剂。因而MPTP诱导的凋亡样神经元死亡同样可能发生在无脊椎扁形虫中。

    6-OHDA

    6-OHDA是用来制作帕金森病动物模型的第一种药物，两种啮齿类动物模型已经讲述过了。最常用的方法是单侧注射6-OHDA至黑质或者中央前脑束，这可以使DA神经元细胞在较短的时程内快速的死亡，这与急性MPTP模型相似。另外一种6-OHDA模型直接注射这种毒素到纹状体内而导致黑质神经元的退行性变。这种方法可以在四周时间内缓慢的部分损伤这些神经元，因而已经被用来模拟PD的慢性病程。

    在向黑质注射6-OHDA之后，这些药物选择性的累积在DA神经元并对其产生毒性作用。这一过程可能是通过产生自由基而完成的。6-OHDA对大鼠、小鼠、猫以及灵长类动物是一种高效的毒物，并且被广泛用来制作单侧损伤模型。在大鼠中广泛的DA损耗可以通过对给与安非他明和脱水吗啡引起的旋转活动来进行评估。6-OHDA在黑质中引起的损伤并不形成Lewy体，并且可以引起其他神经元非特异性的损伤。尽管如此，这种模型主要的优点是可以计量运动减少（旋转），因而这一模型被证实在药理学研究中用来观察药物对多巴胺及其受体是否有效是非常有用的。


    罗滕酮（Rotenone）

    罗滕酮是一种天然的杀虫剂，其起源于某些特殊植物的根部，并且是一种线粒体复合物Ⅰ的高亲和力的特异性抑制剂。Betarbet等人证实大鼠通过颈静脉丛插管长期的系统的给与罗滕酮可以产生许多PD的特征，包括黑质纹状体多巴胺能神经元的变性和DA神经元内Lewy体的形成。这些包涵体可以被泛肽和a-synuclein抗体所染色，电镜下观察示高密度的核心被纤维状物质环绕，这与Lewy体的结构非常相似。实验大鼠出现运动徐缓，姿态不稳，步态不稳以及一些振颤的迹象，这些症状在给与DA受体激动剂脱水吗啡后得以改善。然而，PD样病理学改变仅见于用6OHDA处理过的大约半数Lewis大鼠，而这些症状在其他系的大鼠中则观察不到。

    近来Betarbet等又证实这些PD特征可以同样通过采用皮下微量渗透泵长期系统给与罗滕酮来产生，并提示这种缓慢的罗滕酮给药法是一个较好的改进的简单给药法。

    在大鼠黑质内单独注射MPP⁺、6OHDA和罗滕酮所引起的不同的运动功能抑制的动物模型

    MPP⁺、6-OHDA和罗滕酮是多巴胺能的神经毒素，但是这些毒素对体内大鼠脑组织毒性作用的机制仍然不是很清楚。我们采用单侧黑质内注射MMP⁺和6-OHDA来比较在体内它们的毒性作用。注射6-OHDA使得黑质和纹状体内的多巴胺能神经元大量的缺失，并且同样与脱水吗啡诱导的对侧旋转相关。与此形成对比的是，单侧注射MPP⁺后脱水吗啡诱导产生了旋转运动而在注射罗滕同组中却观察不到。此外，尽管MPP⁺和罗滕酮能够使黑质损失大量的多巴胺能神经元，而纹状体的神经推行性变却各有差异。在注射6-OHDA之后，纹状体内大量的DA的消耗使得DA受体超敏，因而能使得脱水吗啡诱导出对侧旋转。相反，MPP⁺诱导纹状体DA的释放增加可能使得纹状体DA受体上调，进而使脱水吗啡诱导出同侧旋转。