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模型制备

诱发性帕金森病动物模型

2016年04月25日 浏览量: 评论(0) 来源:《人类疾病动物模型》 作者:刘恩岐 李亮平 师长宏 责任编辑:wlladmin
摘要:诱发性帕金森病动物模型

经典诱发性帕金森病动物模型,多采用利血平、6-OHDA、MPTP诱导啮齿类和灵长类动物法。

【造模机制】

 1.利血平是一种生物复合物,可以通过封闭囊内不可逆的单胺的运输,消耗中枢和外周的单胺,导致肌肉僵硬,姿势弯曲,运动减慢或无能,从而出现了与帕金森病相似的临床症状。

 2.6-OHDA和DA的结构相似。在动物机体内,6-OHDA被转送至儿茶酚胺类神经通路吸收系统,6-OHDA代谢导致众多氧化应激现象,由于自由基的形成最终使得DA神经元抗过氧化系统破坏,随着自由基对线粒体功能的损伤,其膜稳定性和DNA完整性的破坏,最终致使细胞死亡。在注射6-OHDA的30分钟内即可观察到6-OHDA对DA神经元毒害作用,注射14~26天90%以上DA细胞丢失。将不同剂量的6-OHDA定位注射于大鼠的黑质周围和黑质纹状体通路上均能够选择性损毁黑质内DA神经元,可模拟出自发性帕金森病的原始病理过程,最终产生类似自发性帕金森病。

3.黑质选择性毒物MPTP,本身不具有神经毒性,但可以穿越血-脑脊液屏障,并主要在星形胶质细胞和5-HT能神经元内的单胺氧化酶B作用后转变为有毒性的1-甲基-4苯基吡啶离子(MPP+),然后释放到细胞外,Mpp+不能穿越血-脑脊液屏障,而是经由DA转运体进入DA能神经末梢和胞体。MPP+对DA细胞的选择性毒性源于它被选择性摄入神经元,一旦进入DA神经元末梢,MPP+被逆行转运至黑质,从而通过干预线粒体,引起脂质过氧化,使得膜结构紊乱,影响细胞功能,最终导致选择性破坏黑质DA能神经元,导致黑质DA能神经元大量死亡,纹状体酪氨酸羟化酶阳性纤维大量丧失,纹状体DA及其代谢产物3,4-二羟基苯乙酸、高香草酸水平均明显降低,也有黑质纹状体小胶质细胞和星形细胞的增生和蓝斑、下丘脑等区的损伤,与帕金森病患者的改变基本相同。

【造模方法】

1.Wistar大鼠,体重200~220g,10周,腹腔内注射一定剂量的利血平后可使其出现骨骼肌僵硬、震颤、身体屈曲、运动减少及其他的一些类似的帕金森病临床主要运动症状。

2.6-OHDA损伤大鼠帕金森病模型,6-OHDA定向性注射通常定位于中间前脑束,而不是黑质致密区,因为前者包含了所有传出于黑质致密层和前侧盖区的DA能神经束。因此,与注射于黑质致密区相比,当6-OHDA注射在中间前脑束时,DA细胞丢失更多,而且6-OHDA在中间前脑柬导致损伤的病理变化与观察到的自发性帕金森病有极强的相关性。常用的6-OHDA损伤的大鼠帕金森病模型是6-OHDA单侧损伤大鼠帕金森病模型。它是用6-OHDA单侧注射大鼠中脑黑质诱发的单侧中脑黑质DA神经元损毁模型。

立体定向毁损具体过程如下,将经反复行为检测确认无旋转行为的大鼠进行实验。采用间隔注射两点法制模:腹腔注射10%水合氯醛(40mg/kg)将大鼠麻醉后,固定于Stoelting脑立体定向仪上(使双侧耳杆尖端插入外耳道,可听到“咔嚓”声,并使头部两侧保持在水平位置;门齿勾低于耳杆平面2.4mm,使前、后囟水平高度相差0.4mm以下)。常规消毒后,切开头皮约1.0cm,剥离骨膜,确定右侧黑质致密部和中脑腹侧被盖坐标,用针尖标记。牙科钻小心钻透颅骨(注意勿损伤硬脑膜),按确定坐标将微量注射器连接于微量推进器上,垂直入颅,缓慢进针到预定深度,向黑质致密区和中脑腹侧被盖区各注射6-OHDA 8μg(溶于4μl含质量分数为0.2%抗坏血酸的生理盐水中),注射深度应以针孔斜面中点为参照点,针尖向前,保证6-OHDA能准确注入预定部位,注射速度为1μl/min,留针10分钟,缓慢退针(1mm/min)。牙科胶覆盖钻孔,常规缝合伤口,连续腹腔注射青霉素5万U一周以防止感染。

3.大鼠对MPTP不敏感,不易诱发与帕金森病临床相似的动物模型,虽然小鼠相对敏感,但在30mg/(kg·d)剂量5~10天的作用下,黑质A10区、蓝斑、背核及下丘脑的神经元仍不受任何影响。制作MPTP非人灵长类帕金森病模型常采用非人灵长类动物全身静脉、浅静脉、颈总静脉或腹腔注射 MPTP方法进行。选用成年非人灵长类动物,注射 MPTP(0.2~0.5mg/kg),每天1次,共15~18天,也有报道仅用4~6天(剂量大小不同、年龄选择差异、注射部位和途径不同造成的差别),所有动物均能出现帕金森病样症状,与人体产生的症状相似。

【模型特点】

1.运用利血平诱发的大鼠帕金森病模型对快速评价治疗帕金森病的药物具有重要的价值。该模型迅速易得,但其症状会产生可逆性变化,该模型的缺点是不能深入复制自发性帕金森病的病理过程。因此,不能用于慢性DA消耗时产生的一些临术变化的研究。该模型的另一缺陷在于,它与自发性帕金森病相比,当5-HT、去甲肾上腺素降到一个很低的水平时,可能导致两者产生不同的药理学反应。另外,通过注射酪氨酸类似物(1-甲基酪氨酸),可抑制DA和去甲肾上腺素的合成,对啮齿类动物具有与利血平诱导相似的功效,因此可选择此方法复制帕金森病模型。

2.由于同侧纹状体DA功能的丧失,动物表现出向与6-OHDA引起的损伤部位相反侧自发旋转,暗示神经节向丘脑和中脑运动区发出的冲动减少,该模型对于了解黑质纹状体通路降解时病理、电生理和药理学变化非常有用,有利于我们对帕金森病症状产生机制的理解。假设在帕金森病中这种冲动属于过量运动,那么这种行为所代表着的就是抗帕金森病的作用。尽管6-OHDA单侧损伤复制的大鼠帕金森病模型与帕金森病患者在病理学、药理学的变化相似,但是这种动物模型仍存在一些缺点。由于在这个模型中6-OHDA的损伤属单侧,通过大脑非损伤侧补偿介导的通路,可以影响大脑的单侧作用DA消耗的改变。6-OHDA制备的大鼠模型需要立体定向仪等特殊设备,制作技术要求高,但大鼠易控制,来源广,价格低,行为持续时间长且观察方便,因而是常用的模型之一。

3.MPTP诱导的啮齿类动物模型所表现的症状和病理变化与人帕金森病临床主要体征相去甚远。目前看来没有太大的推广价值。MPTP制备的非人灵长类帕金森病模型方法简单,行为体征、病理特征与人类更相似,加之非人灵长类进化上的类人性、观察和取材的易操作性,而广泛受到人们的欢迎。此模型明显优于6-OHDA模型,是目前应用最广泛的模型。

【模型评估和应用】

 1.应用利血平模型迅速发现了L-DOPA可作为治疗帕金森病的潜在药物。到目前为止,这种药物依然是临床治疗帕金森病的首选药物和主要药物。

 2.6-OHDA单侧损伤复制的大鼠帕金森病模型,可从模型动物旋转数量和方向上加以评估。由于动物行为特异性差异,判断大鼠帕金森病模型是否成功,通常以动物出现旋转行为的次数为标准,一般超过7转/min即为成功的帕金森病模型,否则为不成功模型。6-OHDA损伤动物引起的旋转被认为是抗帕金森病的行为,但诸如震颤、强直和运动减慢等帕金森病的主要临床症状却没在这些动物中出现。通过双侧注射6-OHDA在啮齿类动物中间前脑束引起损伤的办法也可诱导出帕金森病症状,但是一些不利的症状包括吞咽困难、高致死率等使得这些帕金森病模型无法广泛应用,因而不常用。当直接向纹状体注射6-OHDA时,一些动物纹状体DA中枢端通路发生部分耗竭,在这种帕金森病模型中,纹状体神经元退化速率非常缓慢。与中间前脑束注射6-OHDA相比,向纹状体注射6-OHDA时,黑质纹状体神经元退化的速度与自发性帕金森病极其相似。但是,经纹状体注射6-OHDA引起部分损伤,纹状体中DA耗竭不足可以引起异常运动。因此,当评估治疗帕金森病能力时,不能使用向纹状体注射6-OHDA复制的帕金森病动物模型。

3.非人灵长类动物是人类进化过程的近亲,在神经系统的发生发育学上表现出与人类密切的相关和相似性,且其行为与人类行为的可比性,都提示着研究者对它们的关注。MPTP意外发现和在非人灵长类动物体的使用,使帕金森病动物模型的各方面研究有了长足的进步。MPTP损伤后,非人灵长类动物会显示姿势异常、运动减少、四肢紧张弯曲、肢体强直伴有震颤、吞咽困难、不能进食、发音减弱、定向反应性减弱等体征。动物反应的程度与MPTP剂量及动物年龄有关,给予L-DOPA后所有症状减轻。

前面提及的对放线菌素等一类细菌、真菌和植物可合成产生的蛋白质酵解抑制剂在大鼠的研究结果,同样在非人灵长类帕金森病模型的研制中引起关注。美国Machel Jackson Foundation、英国Motac Neuroscience、法国Basal Gang等跨国研究机构和组织均已在这方面的研究中有所投入。使PSI导致非人灵长类帕金森病的研究成为该病非人灵长类动物模型制作的新热点话题。李秦等和Motac Neuroscience开展合作研究,已经开始并且阶段性地完成了部分研究工作,研究发现该方法制造的非人灵长类帕金森病模型具有较高优越性:①造模制剂毒性温和,没有广泛的急性毒副作用,不会引起动物瘫痪和死亡,大大降低造模风险;②造模过程相对缓和,在动物机体不出现剧烈体征波动的情况下,即可完成模型的制作,更加近似于人类原发性帕金森病的病理过程;③在脑内形成的病变更类似于人类,尤其是黑质中DA神经元的缺失的PET检验更加能够表明其模型相似性;④动物模型的行为表现与MPTP损伤稳定后的模型无明显差异。对于在黑质DA神经元中是否可见Lewy样包涵体,还要进一步观察。

综上所述,由于帕金森病发病机制并不是很明确,现有模型和自发帕金森病不具有完全相同病因学,但一定有相似性。已有的几种非人灵长类和啮齿类动物模型都是通过对脑部施加实验因素完成的,这些模型都不会出现与原发性帕金森病完全相同的病理生理改变和神经分化模式,特别是在疾病进行性变化方面更不能很好体现。在目前还没有更好的造模方法的情况下,可以说,MPTP诱导的非人灵长类帕金森病模型是目前较为成熟、有价值的帕金森病研究载体,MPTP制备的非人灵长类帕金森病模型,方法简便,行为和病理方面的变化与人相近。PSI诱导的非人灵长类帕金森病模型不但涵盖了MPTP制备的非人灵长类帕金森病模型的所有优点,而且在疾病发生上更加与人类原发性帕金森病相似,是环境毒素致病学说的有力佐证,有广阔开发和应用前景。

 类似于人的帕金森病临床继发症,利用MPTP诱导猕猴出现帕金森病主要体征之后,机体也会出现很多病理、生理、代谢功能上的变化,这些综合因素共同作用的结果就会使动物出现各种各样的临床症状。随着帕金森病三大主要体征:运动减慢、震颤和强直的出现和加剧,动物的食欲和采食能力也不断下降,若不及时采取相应的对策和有效的处理方法,动物的体质将迅速降低,出现消化不良、便秘、消瘦、肌肉萎缩等与营养有关的其他体征,进一步发展,动物的免疫功能也逐渐低下,条件致病病原体感染随之出现。这在已处于帕金森病主要体征状态下的动物就很有可能无法承受,致动物救治无效于成模中途死亡,实验失败。因此,一套有效的继发症防治方案和一个良好的、全价的、易于帕金森病态下动物消化吸收的营养食物配方对保障大批量造模工作的顺利进行是非常重要的。很多研究人员在造模过程中会遇到此类问题,需要结合其具体情况对帕金森病模型动物可能出现的各种并发症有针对性进行预防和处置,以保证模型动物的长期维持。

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