小鼠疾病模型在药物临床前评价研究中面临的挑战？

小鼠疾病模型在转化医学研究中已发挥了极其重要的作用，无论是致病基因功能还是新药研发的临床前评价研究等方面。然而，关于小鼠疾病模型应用于药物临床前评价研究预测有效性的问题，也一直是科学家及生物医药企业十分关注与思考的问题。已有的经验教训表明，如何构建小鼠疾病模型，以及如何从已有的模型中选择合理的小鼠疾病模型等，都会直接影响到药物临床前评价研究结果的转化效率。比如，由于肌萎缩侧索硬化（ALS）小鼠疾病模型的错误选择，导致大多数临床前验证实验通过的药物，到了临床试验阶段，却以失败告终。

ALS也叫运动神经元病(MND), 影响中枢神经系统上下运动神经。ALS患者出现扩张性肌肉消耗和萎缩，导致瘫痪，疾病出现后3-5年死亡。ALS分为家族性(fALS,10%) 和散发性(sALS, 90%)。目前已经报道约50多个基因突变与ALS相关，但病理性突变相关致病基因多集中在SOD1, C9ORF72, FUS和TDP-43。

ALS小鼠疾病模型的构建为深入探索与揭示ALS病理学机制，以及开展药物临床前评价研究等，发挥了重要作用。比如，最早的SOD1基因突变转基因小鼠疾病模型，为ALS的早期研究铺平了道路。1993年，SOD1作为第一个ALS致病相关基因被发现，该基因突变占家族性ALS∼20% 、散发性ALS∼2%, 且该基因编码区域突变数超过150个，可以引起显性毒性作用。目前已成功构建了超过20多种啮齿类动物模型，多为人SOD1基因突变体的随机过表达小鼠模型，而SOD1基因敲除小鼠模型却未见任何表型。

人SOD1G93A点突变转基因小鼠，是最早、且应用最多的ALS小鼠疾病模型，用于约97%的ALS药物临床前评价实验研究。其次为SOD1G37R突变小鼠。应用人SOD1基因启动子及调控序列，表达人SOD1基因G93A突变体，构建不同人源化SOD1突变体转基因小鼠模型。研究表明，有SOD1G93A突变小鼠含有25个拷贝的人SOD1G93A突变体，比内源性小鼠SOD1基因的表达量高约13倍。初步的研究发现，不同的人SOD1基因突变转基因小鼠，虽然在疾病症状出现时间与严重程度等方面表现不同，但都会出现不同程度与人ALS疾病相似的进行性运动神经元疾病表型。

然而，进一步深入研究这些所谓小鼠ALS疾病模型发现，大多数人SOD1G93A突变转基因小鼠，并未出现人ALS疾病患者中非常重要的病理特征，即出现大量脑皮层运动神经元退行性变化。因此，有人认为，作为人运动神经元疾病特征的研究工具，SOD1G93A突变小鼠疾病模型本有其先天不足。

另外，更为有趣的发现是，如果在小鼠体内过表达人野生型SOD1基因，也能诱发小鼠一定程度的神经元损伤表型，说明SOD1蛋白过度表达聚集，具有毒性作用。有人提出，与过度蛋白聚集的毒性假设一致，疾病发生严重程度与外源基因拷贝数增加（不管是突变体还是野生体）密切相关。因此，有理由怀疑，应用SOD1突变小鼠疾病模型，虽然可能对ALS致病机制研究有所帮助，但如果开展药物临床前评价研究，可能难以发挥其临床有效转化的作用。过去在针对ALS疾病的药物临床试验中，除了一个药物（riluzole）表现有中等程度延缓疾病发生作用外，其他潜在药物均在临床试验中遭遇失败，也许就是个很好的证明。

关于家族型与散发型ALS表型及病理机制的问题。SOD1突变较少存在于散发型ALS患者中，但散发型ALS表型与家族型ALS相似，有研究者认为，这两种类型ALS可能具有共同的神经退行性通路。所以，研究家族型ALS有助于深入了解散发型ALS病理机制。但也有研究者持不同观点，认为SOD1突变小鼠模型可能只反映家族型ALS患者表型，而不是那些散发型ALS患者，或者98%的非家族型ALS患者基因突变现象。

ALS研究的新发现，即突变TDP-43蛋白引起异常RNA加工过程。TDP-43蛋白为TARDBP基因编码，是DNA/RNA结合蛋白。已发现超过48个TARBDP基因变异体与ALS疾病相关。研究表明，虽然TDP-43突变只占家族性ALS患者3%，但运动神经元内的高磷酸化突变截短蛋白聚集和/或泛素化TDP-43，却参与了超过95%ALS患者脑部与脊髓神经衰退性变化。由于TDP-43蛋白具有RNA加工、传递和剪切等功能，目前认为，TDP-43突变与大多数ALS疾病的发生相关。关于TDP-43致病理论依据是，该突变蛋白与一些相关RNA结合后，通过蛋白增加毒性功能机制，改变这些RNA在细胞质内的代谢过程。该基因如果在细胞核内被去除，则是通过蛋白缺失功能机制，引起相似的RNA代谢改变。所以，TDP-43平衡状态是维持正常细胞功能的关键因素。该蛋白过表达和缺失均可成为ALS疾病的致病原因。

TDP-43纯合全身敲除小鼠出现胚胎致死表型 ，杂合子敲除小鼠可存活，但老年小鼠出现运动障碍迹象。为了探索TDP-43蛋白在中枢神经系统及ALS作用机制，有研究者利用朊病毒启动子（PrP) 表达A315T突变体或野生体TDP-43蛋白，构建神经系统表达的转基因小鼠。该研究表明，Prp-TDP43A315T转基因小鼠出现进行性致命神经退行性疾病。虽然突变基因在整个神经系统表达，但泛素化蛋白沉积的病理学变化集中在特殊神经元细胞，包括额叶皮层锥体与脊髓运动神经元，但却未见细胞浆TDP-43聚集。提示DNA/RNA结合蛋白功能改变，而不是毒物聚集，导致了神经退行性变化。

然而，后来的进一步研究发现，TDP-43A315T小鼠模型并未表现令人信服的ALS样肌肉神经功能缺陷表型，而突变小鼠早期死亡与胃肠(GI)功能损伤有关。表现为进行性胃肠蠕动性降低，最终导致GI运动停止。所以，目前认为，TDP-43A315T突变小鼠疾病模型可能适合研究胃肠道神经退行性表型，但并不适合ALS疾病的药物临床前评价验证研究。