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帕金森疾病动物模型的研究新进展

日期: 2018-07-19
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介绍神经毒素模型。

 

1.6⁃羟基多巴胺模型

6⁃羟基多巴胺(6⁃hydroxydopamine, 6⁃OHDA)不能通过血脑屏障,其结构与DA 神经递质相似,对DA 质膜转运蛋白具有高亲和力,诱导DA 神经元和去甲肾上腺素能神经元变性,通过触发氧化应激相关细胞毒性和小胶质细胞依赖性DA 神经元炎症,引起其毒性机制。

斑马鱼腹侧间脑与人类黑质致密部(Substantia nigra pars compacta, SNc)解剖学相似,Vijayanathan等将6⁃OHDA神经毒素(25mg/kg)显微注射到斑马鱼腹侧间脑,3d后,病理检测显示嗅球、端脑、中脑神经元损伤,并且行为学检测显示运动距离和速度明显下降,成功建立斑马鱼PD模型。Kaminska等将不同剂量的6⁃OHDA(8、12、16μg/4μL) 注入WisataHan 大鼠内侧前脑束(MFB),研究表明,使用高剂量的6⁃OHDA且无地昔帕明预处理可诱发神经和行为学改变,可用于建立晚期PD伴抑郁症模型。Thiele等的研究显示较小的注射体积和较慢的输注速率可MFB周围结构的小损伤,避免损伤小鼠的饮食模块,具有高的造模成功率和低的死亡率。


成年大鼠的双侧SNc病变可出现危及生命的吞咽困难、渴感缺乏和运动障碍, 所以很少使用。Kostrzewa等采用双侧脑室内或脑池内6-OHDA给予围产期大鼠制作PD 模型,该过程不致死、不缩短寿命,大鼠行为正常,可通过高剂量左旋多巴产生的运动障碍来辨别。该模型导致黑质纹状体神经纤维近乎破坏(双侧99%)和去神经支配,类似于人类严重PD 的神经化学状态,在评估抗PD 药物方面具有显著的优势。


狨猴纹状体注射6⁃OHDA可导致典型的PD运动障碍,SN 中酪氨酸羟化酶(TH)阳性细胞损失约63%,但无α⁃突触核蛋白(α⁃synuclein) 表达的报道。Santana等对狨猴MFB 单侧多位点给予6⁃OHDA(4mg/mL,10μL),8周后对侧采用同样处理方法,相比8周前,双侧处理的动物出现更严重且稳定的运动障碍,虽然有程度的自发恢复,32周期间总PD 评分逐渐下降。表明两阶段神经毒性损伤程序会诱发持续数月的稳定运动症状,该模型适用于PD 新疗法的长期评估。恒河猴中6⁃OHDA全身给药,可建立常见的PD非运动症状—心脏肥大症。

6⁃OHDA建模可选择纹状体、SN或MFB,6⁃OHDA所致的纹状体损伤在几周内中度持续,而MFB病变严重并且在1 ~2 周内迅速发展。MFB模型更适合于研究DA 神经元死亡的后果,并测试治疗运动症状的治疗策略,而纹状体模型可能更有助于阐明PD的细胞死亡机制,并测试神经保护策略。

 

2 1⁃甲基⁃4⁃苯基⁃1,2,3,6⁃四氢吡啶模型

1⁃甲基⁃4⁃苯基⁃1,2,3,6-四氢吡啶(1⁃methyl⁃4⁃phenyl⁃1, 2, 3, 6⁃tetrahydropyridine,MPTP)是脂溶性的,可以快速通过血脑屏障,主要通过氧化损伤和抑制线粒体呼吸链复合物杀死DA神经元。这种模式再现了DA缺乏综合征,而不是DA神经元进行性变性的过程。


小鼠MPTP 损伤模型多出现PD 运动障碍,而Zhang等采用雄性C57BL/6小鼠腹膜内注射MPTP[30 mg/(kg·d)]连续5d,虽然纹状体DA神经元损伤、α⁃synuclein水平升高且血脑屏障通透性改变,但没有明显的运动缺陷,推测可能是由于去甲肾上腺素系统和DA 系统的补偿作用。Dauer等指出黑质纹状体DA含量损失约60% ~80% 即DA 神经元的损失量约40%~60%时,运动症状变得明显。丙磺舒可以避免神经毒素的肾清除并增加毒性代谢物MPP+ 的水平,使DA神经元产生显著不可逆的损失。研究发现用MPTP(25mg/kg)加上丙磺舒(250mg/kg)制作的C57/ black 小鼠慢性PD 模型在第4周给药后运动障碍表现较明显,而且在5周的慢性方案中,非运动和运动症状逐渐出现,小鼠SNc中会出现典型的PD 特征,如α⁃synuclein沉积物,是进行性PD 的有效模型。采用雄性C57BL/6N小鼠皮下施用低剂量MPTP(20 mg/kg,每周3 次)3 个月,可建立小鼠慢性PD 模型。该模型死亡率低,黑质纹状体DA 神经元进行性退化,伴随着持续的神经炎症反应和运动缺陷,类似于PD 的缓慢进行性神经变性过程。这种建模方式可能有助于建立不同阶段的PD,更好地了解疾病的病理生理学,可用于测试PD 中的神经保护和修复治疗策略。Pain等评估了急性、亚急性和慢性的MPTP 雄性C57BL/6小鼠模型,结果显示各组中纹状体DA 含量损失一致(约60%),而TH 活性和DA 能转运体水平减少取决于MPTP 的累积剂量。虽然急性和亚急性中毒小鼠的中脑和海马5⁃羟色胺水平降低,但似乎不依赖于MPTP 注射剂量。


在食蟹猴中,慢性和延长的MPTP给药(0.3mg/kg,静脉注射,间歇性两年,2 岁给药,10 年后处死),在剩余的SN神经元胞体和神经纤维结构中发现α⁃synuclein积累、磷酸化的α⁃synuclein免疫反应性,但无典型的LB发现[27] 。猕猴连续低剂量[0.1mg/(kg.d)]MPTP 皮下注射14d后可出现中度PD症状,此后隔日注射一次,4次后猕猴出现不可逆性PD 运动症状,且可自主摄食并长期存活。李鹏等对猕猴后小腿皮下静脉缓慢注入MPTP 溶液(0.2~0.4mg/kg,间隔1d,连续5次),3个月后评估模型情况。虽然猕猴出现典型帕金森运动症状、TH 阳性纤维大量丧失,但未见到LB形成。史良琴等采用恒河猴小剂量、长时间前臂肌内注射MPTP(0.2mg/kg,45d),动物可出现典型行为学症状,且观察到LB形成。但该方法存在时间长,脉冲式给药无法做到慢毒诱导,人为干扰大等因素。Ma等对树鼩连续腹腔注射MPTP[3mg/(kg.d)],5d 后出现典型的帕金森运动症状,且纹状体DA 和DOPA 水平显著降低,脑中α⁃synucleinmRNA水平升高,提示树鼩可能是研究PD 发病机制的潜在动物模型。邓苙等研究指出树鼩MPTP 模型与6⁃OHDA模型相比,PD 行为学特征更明显,树鼩的TH阳性神经细胞呈双侧性减少,提示MPTP 经腹腔注射是制备树鼩PD模型的理想方法


与灵长类动物相比,啮齿动物对MPTP 毒性的敏感性较低,白老鼠不受MPP+ 的影响,MPTP限制在黑色小鼠或灵长类的PD 动物模型中。急性MPTP 给药主要引起DA 能神经细胞非凋亡性死亡,而长期施用低至中等剂量的神经毒素导致由凋亡性细胞死亡引起的进行性的神经变性,可以反映PD 患者大脑中的细胞分子生物学变化。

 

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