罕见病小鼠模型｜为罕见病患者带来曙光

“高昂的研发成本，狭窄的市场空间，不少罕见病特效药在诞生前，就注定了天价命运”

迄今为止，已有7,000多种罕见病（或孤儿病）见诸报道，全球患病人数超过3.5亿人。

然而遗憾的是，在这些疾病中，只有不到10%的疾病有已获得批准的治疗方法。开发新疗法已经被纳入许多国家公认的优先事项。

在开发罕见病的新疗法的过程中，也出现了一些独特的挑战，例如难以在很小的患者群体中开展临床试验。正是由于这些临床上的局限性，动物模型（特别是经基因工程改造过的小鼠）已成为临床前孤儿药开发的所有阶段（从基因发现和验证到安全性和药效研究）中最有价值的资产之一，并在推动此类疗法的临床试验决策方面发挥着越来越重要的作用。 

小鼠模型在罕见病基因发现和验证中的应用

研究表明，80%以上的罕见病是由基因突变所致。借助这些基因组信息，科学家致力于开发体外和体内模型，以了解疾病背后的分子机制。由于基因组操作技术已非常成熟且基因组学和功能高度保守，因此小鼠模型目前是孤儿药开发中使用最多的模型 (Vaquer et al., 2013)。

在了解患者体内特定突变如何影响特定器官和组织的功能方面，小鼠模型是非常便捷的工具。这在多个系统受单个突变（例如具有多效性或影响代谢的突变）影响的情况下极为重要 (Ittisoponpisan et al., 2017)。

此外，在许多情况下，在小鼠基因组中引入与人类疾病相关变体所对应的突变会导致小鼠品系表现出至少一部分临床表型 (Lutz, 2018)。

小鼠模型也被广泛用于
简化和聚焦基因组研究，旨在通过分析导致拷贝数变异的大规模基因组重排来鉴别新的罕见病基因。

在这种情况下，可以通过分析先前所述的小鼠表型相关的数据，将与特定疾病相关的基因组区域限制为一个或几个基因，并将它们与人类病理表现关联起来。

通过这种方法，研究人员能够将某些症状与特定基因联系起来。例如，鉴别出与人类在一天特定时间的惊厥发作相关的拷贝数变异，因为它们扰乱了小鼠的昼夜节律周期 (Webber et al., 2009; Boulding and Webber, 2012)。

McGary及其同事提出了另外一种有趣的方法，通过直系同源表型 (phenologs) 的分析和相关性来鉴别新的致病表型 (McGary et al., 2010)。

小鼠模型还可用于
研究不同疾病之间的关系，并探索遗传修饰因子在疾病进展中的作用。

在一个典型的例子中，Tayebi及其同事将携带Gba1基因突变的戈谢病 (Gaucher disease) 小鼠模型与一个特征明确的帕金森病模型杂交，发现了GBA1与突触核蛋白病之间的直接联系，并为这类疾病的研究开辟了新的研究方向 (Tayebi et al., 2017)。 

使用小鼠模型评估安全性和疗效 

罕见病疗法的开发很大程度上依赖于在动物模型中获得的安全性和疗效数据。如果使用了错误的或者并非最理想的模型，或者体内实验设计不正确，临床前阶段所获得数据的价值将会受到限制，并且将会导致结果转化价值较低。

然而遗憾的是，因使用并非最理想的小鼠模型而受到影响的已发表研究数量不少。

ALS的TDP-43转基因模型是临床前小鼠模型的一个代表性案例，该模型在临床环境中并未达到预期。

在描述该模型的初步报告中，华盛顿大学医学院的研究人员通过研究 ALS 的特征，将该模型的致死性归因于运动神经元变性的作用 (Wegorzewska et al., 2009)。

在ALS研究领域引入新模型受到了许多研究人员的热情欢迎，这些研究人员此前主要依赖围绕另一种已知ALS突变开发的转基因模型，即SOD转基因小鼠。

多家实验室立即开始使用新品系开展临床前药物试验。但是，结果证明，TDP-43品系的致死性完全与运动神经元功能障碍无关，更与运动神经元变性无关，而是由肠梗阻引起的，正如杰克森实验室与 ALS 治疗发展研究所的研究人员所报道的一样 (Hatzipetros et al., 2014)。

其次，必须定义临床相关指标来评估药物治疗的结果。如果一种疗法提高了存活率但未能改善疾病症状，则可能不适合进行进一步临床开发。在这种情况下，需要确定与特定临床表现相对应的小鼠模型表型，并在治疗过程中反复测试，以评估候选药物的疗效。

例如，对于表现出运动功能表型的任何疾病，要监测其治疗效果，可以使用神经肌肉活动中复合肌肉动作电位（CMAP）的电生理测试，该测试也适合小鼠试验 (Bogdanik et al., 2015)。 

药物治疗试验的关键——合适的小鼠模型 

通过使用最合适的小鼠模型，设计反映临床方案的治疗方案，并将临床相关表型的活体重复测量与尸检病理分析相结合，临床前研究人员可以深入理解候选药物的疗效和安全性，进一步改进该候选药物（如有必要），并提高其在临床环境中取得成功的可能性。

JAX为全球研究人员提供了超过12,500种模型，其中包括疾病表型模型以及针对特定研究和临床前体内研究开发的独特模型，使研究人员顺利完成临床前研究的关键部分。 

如需了解有JAX所供各种小鼠模型和临床前体内研究的更多信息，以帮助您开展罕见病领域研究，请访问：jax.org/rare-disease。
您还可以访问如下页面，帮助您了解更多有关罕见病的信息：
JAX罕见病页面：https://www.jax.org/jax-mice-and-services/solutions-by-therapeutic-area/rare-diseases
罕见病和孤儿病研究中心：https://www.jax.org/research-and-faculty/research-centers/rare-and-orphan-disease-center
在线讲座-实现可重复的小鼠研究：https://www.jax.org/education-and-learning/webinars/achieving-reproducible-mouse-studies

参考文献：

• Bogdanik LP, Osborne MA, Davis C, Martin WP, Austin A, Rigo F, Bennett CF, Lutz CM. 2015. Systemic, postsymptomatic antisense oligonucleotide rescues motor unit maturation delay in a new mouse model for type II/III spinal muscular atrophy. Proc Natl Acad Sci U S A. 112(43): E5863-72. [PMID: 26460027]

• Boulding H, Webber C. 2012. Large-scale objective association of mouse phenotypes with human symptoms through structural variation identified in patients with developmental disorders. Hum Mutat. 33(5):874-83. [PMID: 22396327]

• Hatzipetros T, Bogdanik LP, Tassinari VR, Kidd JD, Moreno AJ, Davis C, Osborne M, Austin A, Vieira FG, Lutz C, Perrin S. 2014. C57BL/6J congenic Prp-TDP43A315T mice develop progressive neurodegeneration in the myenteric plexus of the colon without exhibiting key features of ALS. Brain Res. 10; 1584:59-72. [PMID: 24141148]

• Ittisoponpisan S, Alhuzimi E, Sternberg MJ, David A. 2017. Landscape of Pleiotropic Proteins Causing Human Disease: Structural and System Biology Insights. Hum Mutat. 38(3):289-296. [PMID: 27957775]

• Ludolph AC, Bendotti C, Blaugrund E, Chio A, Greensmith L, Loeffler JP, Mead R, Niessen HG, Petri S, Pradat PF, Robberecht W, Ruegg M, Schwalenstöcker B, Stiller D, van den Berg L, Vieira F, von Horsten S. 2010. Guidelines for preclinical animal research in ALS/MND: A consensus meeting. Amyotroph Lateral Scler. 11(1-2):38-45. [PMID: 20184514]

• Lutz C. 2018. Mouse models of ALS: Past, present and future. Brain Res. 15;1693 (Pt A):1-10. [PMID: 29577886]

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• Tayebi N, Parisiadou L, Berhe B, Gonzalez AN, Serra-Vinardell J, Tamargo RJ, Maniwang E, Sorrentino Z, Fujiwara H, Grey RJ, Hassan S, Blech-Hermoni YN, Chen C, McGlinchey R, Makariou-Pikis C, Brooks M, Ginns EI, Ory DS, Giasson BI, Sidransky E. 2017. Glucocerebrosidase haploinsufficiency in A53T α-synuclein mice impacts disease onset and course. Mol Genet Metab. 122(4):198-208. [PMID: 29173981]

• Vaquer G, Rivière F, Mavris M, Bignami F, Llinares-Garcia J, Westermark K, Sepodes B. 2013. Animal models for metabolic, neuromuscular and ophthalmological rare diseases. Nat Rev Drug Discov. 12(4):287-305. [PMID: 23493083]

• Webber C, Hehir-Kwa JY, Nguyen DQ, de Vries BB, Veltman JA, Ponting CP. 2009. Forging links between human mental retardation-associated CNVs and mouse gene knockout models. PLoS Genet. 5(6):e1000531. [PMID: 19557186]

• Wegorzewska I, Bell S, Cairns NJ, Miller TM, Baloh RH. 2009. TDP-43 mutant transgenic mice develop features of ALS and frontotemporal lobar degeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 3;106(44):18809-14. [PMID: 19833869]