摘要：模拟人类疾病的动物模型是研究疾病发病机制和寻找治疗途径的重要工具。毫无疑问，小型动物模型提供了有关疾病发病机理的大量信息，并且还提供了广泛使用的工具来开发治疗策略。啮齿动物模型对于研究人员了解各种神经退行性疾病（包括阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿病）中错误折叠蛋白介导的神经元功能障碍和行为表型的潜在机制非常有价值。然而，这些疾病的大多数转基因啮齿动物模型缺乏在病人大脑中可见的明显和选择性的神经变性。由于大动物比小动物和啮齿动物更接近人类，大动物模型更可能模仿人类重要的神经病理学特征。本文以HD大动物模型为研究对象，探讨大动物模型在神经退行性疾病研究中的应用，以期对动物模型在神经退行性疾病研究中的应用有所启示。

 

亨廷顿病是一种常染色体显性遗传性神经退行性疾病。由HD基因第1外显子的CAG重复扩增引起。 结果，CAG扩展编码了疾病亨廷顿蛋白（Htt）N端区域中的聚谷氨酰胺（polyQ）重复序列。HD基因突变的鉴定导致了多种表达含Htt的polyQ的动物模型的产生。通过在不同物种中表达含有扩增CAG重复序列的突变Htt，建立并鉴定了多种HD基因修饰动物模型。在这些模型中，小鼠HD模型被广泛应用，为HD的发病机制和治疗进展提供了有价值的信息。这些动物模型提供了明确的证据，表明带有polyQ扩增的N末端小Htt片段容易发生错误折叠和聚集，并且比全长突变体Htt更具毒性，表达小N末端Htt片段的转基因Htt小鼠模型比表达全长突变Htt的小鼠更早死亡，且表现出更严重的行为表型。尽管这些HD小鼠模型显示出年龄相关的突变型Htt积累和相关的神经系统症状，但它们缺乏明显的和选择性的神经变性，这是HD的典型病理特征。与HD小鼠模型相似，其他转基因小鼠模型，包括AD和PD模型，表达不同类型的错误折叠蛋白，也显示没有选择性神经变性。物种间的巨大差异被认为是啮齿动物和人类病理学差异的原因。

 

非人类灵长类动物已经被用来产生表达疾病基因或外源基因的转基因猴模型。其中，转HD基因的恒河猴是人类疾病的第一个猴模型，在人类泛素启动子的控制下，表达84Q的外显子1突变体Htt。将慢病毒注射到受精卵母细胞中，产生HD猴，以表达突变的Htt。然而，HD猴模型显示出比由相同方法生成的HD鼠模型更严重的表型。不同于转基因小鼠，当用更长的polyQ重复序列（150Q）表达相同的外显子1突变体Htt时，小鼠可以在出生后存活，而6只84Q的HD转基因猴可能在出生后死亡。尽管转基因猴很早就死亡了，但它们还是发展出了包括肌张力障碍、舞蹈病和癫痫发作在内的关键临床HD特征，而小鼠模型和其他小动物模型并未复制14种特征。此外，HD猴的大脑中有大量的Htt聚集和轴突变性。上述结果表明，大动物对毒性HTT蛋白比啮齿动物更敏感。为支持这一观点，通过体细胞核移植（SCNT）获得的表达N末端突变体Htt（N208-105Q）的转基因猪模型也显示了出生后死亡表型和丰富的Htt聚集。此外，转基因HD猪模型显示细胞凋亡和舞蹈病，而转基因HD小鼠模型中未发现这种现象。

 

大、小转基因HD动物模型之间的显著差异强调了利用大动物研究HD神经病理学的重要性。这些差异还指出，N-末端突变体Htt的过度表达对大型动物是非常有害的。因此，建立一个在内源性水平表达全长突变体Htt的大动物模型对于研究神经病理学和表型具有重要意义。虽然非人灵长类动物比其他动物更接近人类，是研究HD的理想模型，但它们的繁殖期长、成本高，以及修改内源性猴基因的困难，给产生一种能够内源性表达突变Htt的猴子模型带来了相当大的挑战。另一方面，与非人灵长类动物相比，猪在产生转基因动物模型方面有一些优势。现有的遗传操作工具能够产生多种猪疾病模型。体细胞核移植（SCNT）结合CRISPR/Cas9可以对猪内源基因进行遗传修饰。SCNT导致第一代的非嵌合动物，它们可以概括与内源性遗传突变相关的表型。此外，考虑到建立人类疾病大动物模型的时间线，猪的快速繁殖期（性成熟期5-6个月）和大窝（平均7-8头仔猪）比非人灵长类动物具有明显的优势。

 

最近，Yan和她的同事们用猪成功地建立了第一个内生表达全长突变体Htt的大型动物模型。他们应用CRISPR / Cas9将一个大的CAG重复序列（150个CAG）插入培养的成纤维细胞猪细胞的内源性猪Htt基因中，然后利用体细胞核移植技术将含有150聚谷氨酸重复序列的全长突变Htt的HD基因敲入猪体内。HD-KI猪表现出年龄依赖性的神经症状，包括体重减轻、早期死亡和运动困难。HD-KI猪的大脑也显示出Htt聚集体的积累，类似于其他HD动物模型。更重要的是，HD-KI猪脑显示了纹状体的选择性神经变性，再现了HD患者的重要病理特征。此外，F1-KI猪的表型和神经退行性变可通过种系传递。HD-KI猪模型的建立首次证明了大型哺乳动物可以重现显性和选择性神经变性以及由内源性表达的突变蛋白引起的严重症状。小动物和大动物HD模型在病理和表型上的明显差异可能归因于以下事实。首先，生命周期，基因组学，解剖学和生理学中依赖物种的差异在确定不同物种中神经变性的严重性方面起着至关重要的作用。 确实，啮齿类动物纹状体中缺乏可分辨的尾状核和壳状结构，这导致无法模拟HD中的优先尾状退变。第二，不同物种的中枢神经系统发育有显著差异。啮齿动物脑的快速发育和成熟可能使神经元细胞对毒性蛋白产生抗性。

 

使用大型动物研究HD的例子突出了大型动物模型在研究其他神经退行性疾病中的重要性。虽然啮齿动物模型为我们研究神经退行性疾病的发病机制提供了有价值的工具，但大型动物模型可以作为验证重要发现和治疗目标的重要工具。此外，HD KI猪神经退行性变的证据也为建立动物模型以模仿其他关键性神经退行性疾病（如AD和PD）中的选择性神经退行性铺平了道路。大型动物模型使我们能够使用小分子化学物质，基因治疗和干细胞替代来制定有效的治疗策略。