世界帕金森症日 | 帕金森发病机制及相关的动物模型

每年的4月11日是世界帕金森日。帕金森病（Parkinson's Disease，PD）是最常见的神经系统疾病之一，仅次于阿尔茨海默症。年龄是帕金森病的风险因素，其平均诊断年龄为60岁。欧美国家60岁以上帕金森病患病率达到1%，80岁以上超过4%。我国65岁以上人群患病率为1.7%，与欧美国家相似。随着人口老龄化，越来越多的人会患上帕金森病。另一方面，帕金森患者趋于年轻化，"青少年型帕金森病"患者占据患者总人数的10%。               

帕金森病是一种常见的神经功能障碍疾病，大多是个体病例，家族性PD较少。PD的主要特征大脑中黑质多巴胺神经元的死亡、缺失，黑质-纹状体DA能系统功能减退，纹状体DA含量降低使胆碱（Ach）能系统的功能相对亢进。

PD的发病机制

图1 PD词云

（cr.Management of Psychosis in Parkinson Disease,Psychiatric Times）

PD的发病机制比较复杂，已有研究表明PD的发病机制主要分为以下四类：

●α-突触核蛋白：帕金森病患者的大脑中存在一种异常的蛋白质，称为α-突触核蛋白，它可能在神经元死亡过程中扮演了重要角色。

●氧化应激：氧化应激是指细胞中的自由基和其他有害分子对细胞产生的损害。一些研究表明，氧化应激可能是导致帕金森病发生的一个因素。

●环境因素：一些环境因素也可能与帕金森病有关，例如暴露于某些化学物质（如农药）和重金属（如铅）可能增加患病风险。

●基因因素：虽然大多数情况下，帕金森病并不是由单一基因突变引起的，但是有些人可能会遗传一些突变，这些突变可能增加他们患帕金森病的风险。

这些因素可能相互作用，导致神经元死亡和神经系统功能受损，最终导致帕金森病的发生。

PD相关的动物模型

表1   PD基因编辑小鼠造模

●α-突触核蛋白（α-Synuclein）是一种小蛋白质，PD的发生与α-synuclein在神经系统中的异常聚积相关。α-synuclein编码基因SNCA的无义突变、重复或调节区域序列的突变，与疾病的发生具有密切的相关性。

●富含亮氨酸的重复激酶 2 （Leucine-Rich Repeat Kinase 2，LRRK2）在帕金森病发展中有关键作用。LRRK2基因突变是最常见的帕金森病遗传风险因素。LRRK2无突变的帕金森患者也存在LRRK2蛋白过度激活，神经元细胞自噬功能受损，导致α-突触核蛋白的异常积累，参与帕金森疾病发展。抑制LRRK2活性并由此改善膜运输和溶酶体功能，是一种有前途的帕金森病治疗新方法。

●Parkin是由PRKN基因编码，该基因长达138万bp，是人类最大的基因之一。Parkin是一种泛素连接酶，在泛素-蛋白酶体降解途径中起重要作用。负责将泛素标签添加到无用的蛋白上，引导蛋白酶体识别分解。当parkin突变时，无法正常行使泛素化的功能，从而导致一些细胞周期蛋白或其他功能性蛋白的聚集，在具备有丝分裂条件的细胞中将引起异常增殖，在无法有丝分裂的的神经元中引起凋亡。PD早期发病中最常见的常染色体隐性突变。敲除Parkin 相关基因的动物模型是最早使用的PD转基因动物模型之一。最新研究表明，激活Parkin 相关基因，可改善线粒体功能，恢复PD运动症状，或可治疗PD疾病。此外，Parkin 相关基因过度表达会保护黑质免受其他神经毒素作用，如 6-OHDA、病变突触核蛋白等。这一发现或为PD治疗提供新的思路。

●DJ-1基因敲除小鼠：蛋白质去糖酶 （DJ-1）是一种抗氧化蛋白，有助于抵消DA神经元的氧化环境。DJ-1 基因的突变可以引起早发型常染色体隐性遗传的 PD。

●PINK1基因敲除鼠：研究发现，PINK1 基因突变会导致常染色体隐形PD发生。该基因动物模型通常不表现出典型的PD病变—突触核蛋白沉积。

PD药物造模

表2   PD药物造模

●6-羟多巴胺诱导大鼠PD模型（6-OHDA）是多巴胺的羟基化衍生物，化学结构与DA类似。一般注射后24h出现DA能神经元变性，2-3天后出现纹状体DA含量减少，成功的模型DA含量减少80%-90%，行为学表现为身体向损毁侧偏斜。可对PD症状的严重程度进行量化，可部分模拟DA能神经元渐进性变性的特点，病理生化方面表现同人类PD有很多相似之处。

用途：PD发病机制及药物疗效判定、细胞移植治疗、基因治疗、神经保护治疗方面的研究。

●MPTP动物模型(1-甲基-4苯基-1,2,3,6-四氢吡啶,MPTP)是一种主要针对多巴胺（dopamine，DA）能神经元的神经毒素。该模型是目前所建立的最能反应人类PD特征的动物模型。

用途：广泛用于PD发病机制、诊断及治疗方面的研究工作中，有助于PD氧化应激模型的建立，并为PD细胞死亡机制研究提供线索。

●百草枯（Paraquat，PQ）小鼠模型：PQ暴露的这些神经毒性作用可能在机械上促成PQ诱导的帕金森综合征的发病机制。这项研究的结果也强烈支持了帕金森病患病率不断增加的病因学与暴露于神经毒性环境污染物的健康风险相关的假设。

●鱼藤酮诱导大鼠PD模型在行为方面有屈曲体姿、运动减少，有时伴强直、震颤。鱼藤酮可选择性引起黑质-纹状体DA系统变性。该模型在病理、生化、致病机制、行为等方面均能较好地模拟PD相关特征。但该模型制备时间久、个体差异大，对动物损伤较大，存活率相对较低。

基因工程小鼠模型

基因工程小鼠模型，可将特定的靶点基因导入小鼠的基因组内，使其发生整合，通过遗传与繁殖培养出携带外源基因的小鼠；或者可将相关的内源基因敲除，使其不表达，由此探究该基因在癌症发生发展中的作用。明迅生物可根据客户需求，提供针对PD特定靶点的模式小鼠，如LRRK2、Parkin等。独有的TurboMice™技术可大大缩短小鼠造模周期，且基因改造位点的位置、片段长短及靶点数量的选择性大，无等位基因分离困扰，是目前市场上构建多位点联合表型模型的最优选择。

参考文献：

[1] Bloem BR, Okun MS, Klein C. Parkinson's disease. Lancet. 2021 Jun 12;397(10291):2284-2303. doi:   Epub 2021 Apr 10. PMID: 33848468.

[2]Chia SJ, Tan EK, Chao YX. Historical Perspective: Models of Parkinson's Disease. Int J Mol Sci. 2020 Apr 2;21(7):2464. doi: 10.3390/ijms21072464. PMID: 32252301; PMCID: PMC7177377.

[3] Yang, Y., Shi, Y., Schweighauser, M. et al. Structures of α-synuclein filaments from human brains with Lewy pathology. Nature 610, 791–795 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05319-3IF: 69.504 Q1

[4] Tong T, Duan W, Xu Y, Hong H, Xu J, Fu G, Wang X, Yang L, Deng P, Zhang J, He H, Mao G, Lu Y, Lin X, Yu Z, Pi H, Cheng Y, Xu S, Zhou Z. Paraquat exposure induces Parkinsonism by altering lipid profile and evoking neuroinflammation in the midbrain. Environ Int. 2022 Nov;169:107512. doi: 10.1016/j.envint.2022.107512. Epub 2022 Sep 8. PMID: 36108500.