小鼠疾病模型在轉化醫學(xué)研究中已發(fā)揮了極其重要的作用，無(wú)論是致病基因功能還是新藥研發(fā)的臨床前評價(jià)研究等方面。然而，關(guān)于小鼠疾病模型應用于藥物臨床前評價(jià)研究預測有效性的問(wèn)題，也一直是科學(xué)家及生物醫藥企業(yè)十分關(guān)注與思考的問(wèn)題。已有的經(jīng)驗教訓表明，如何構建小鼠疾病模型，以及如何從已有的模型中選擇合理的小鼠疾病模型等，都會(huì )直接影響到藥物臨床前評價(jià)研究結果的轉化效率。比如，由于肌萎縮側索硬化（ALS）小鼠疾病模型的錯誤選擇，導致大多數臨床前驗證實(shí)驗通過(guò)的藥物，到了臨床試驗階段，卻以失敗告終。
ALS也叫運動(dòng)神經(jīng)元病(MND), 影響中樞神經(jīng)系統上下運動(dòng)神經(jīng)。ALS患者出現擴張性肌肉消耗和萎縮，導致癱瘓，疾病出現后3-5年死亡。ALS分為家族性(fALS,10%) 和散發(fā)性(sALS, 90%)。目前已經(jīng)報道約50多個(gè)基因突變與ALS相關(guān)，但病理性突變相關(guān)致病基因多集中在SOD1, C9ORF72, FUS和TDP-43。
ALS小鼠疾病模型的構建為深入探索與揭示ALS病理學(xué)機制，以及開(kāi)展藥物臨床前評價(jià)研究等，發(fā)揮了重要作用。比如，最早的SOD1基因突變轉基因小鼠疾病模型，為ALS的早期研究鋪平了道路。1993年，SOD1作為第一個(gè)ALS致病相關(guān)基因被發(fā)現，該基因突變占家族性ALS～20% 、散發(fā)性ALS～2%, 且該基因編碼區域突變數超過(guò)150個(gè)，可以引起顯性毒性作用。目前已成功構建了超過(guò)20多種嚙齒類(lèi)動(dòng)物模型，多為人SOD1基因突變體的隨機過(guò)表達小鼠模型，而SOD1基因敲除小鼠模型卻未見(jiàn)任何表型。
人SOD1G93A點(diǎn)突變轉基因小鼠，是最早、且應用最多的ALS小鼠疾病模型，用于約97%的ALS藥物臨床前評價(jià)實(shí)驗研究。其次為SOD1G37R突變小鼠。應用人SOD1基因啟動(dòng)子及調控序列，表達人SOD1基因G93A突變體，構建不同人源化SOD1突變體轉基因小鼠模型。研究表明，有SOD1G93A突變小鼠含有25個(gè)拷貝的人SOD1G93A突變體，比內源性小鼠SOD1基因的表達量高約13倍。初步的研究發(fā)現，不同的人SOD1基因突變轉基因小鼠，雖然在疾病癥狀出現時(shí)間與嚴重程度等方面表現不同，但都會(huì )出現不同程度與人ALS疾病相似的進(jìn)行性運動(dòng)神經(jīng)元疾病表型。
然而，進(jìn)一步深入研究這些所謂小鼠ALS疾病模型發(fā)現，大多數人SOD1G93A突變轉基因小鼠，并未出現人ALS疾病患者中非常重要的病理特征，即出現大量腦皮層運動(dòng)神經(jīng)元退行性變化。因此，有人認為，作為人運動(dòng)神經(jīng)元疾病特征的研究工具，SOD1G93A突變小鼠疾病模型本有其先天不足。
另外，更為有趣的發(fā)現是，如果在小鼠體內過(guò)表達人野生型SOD1基因，也能誘發(fā)小鼠一定程度的神經(jīng)元損傷表型，說(shuō)明SOD1蛋白過(guò)度表達聚集，具有毒性作用。有人提出，與過(guò)度蛋白聚集的毒性假設一致，疾病發(fā)生嚴重程度與外源基因拷貝數增加（不管是突變體還是野生體）密切相關(guān)。因此，有理由懷疑，應用SOD1突變小鼠疾病模型，雖然可能對ALS致病機制研究有所幫助，但如果開(kāi)展藥物臨床前評價(jià)研究，可能難以發(fā)揮其臨床有效轉化的作用。過(guò)去在針對ALS疾病的藥物臨床試驗中，除了一個(gè)藥物（riluzole）表現有中等程度延緩疾病發(fā)生作用外，其他潛在藥物均在臨床試驗中遭遇失敗，也許就是個(gè)很好的證明。
關(guān)于家族型與散發(fā)型ALS表型及病理機制的問(wèn)題。SOD1突變較少存在于散發(fā)型ALS患者中，但散發(fā)型ALS表型與家族型ALS相似，有研究者認為，這兩種類(lèi)型ALS可能具有共同的神經(jīng)退行性通路。所以，研究家族型ALS有助于深入了解散發(fā)型ALS病理機制。但也有研究者持不同觀(guān)點(diǎn)，認為SOD1突變小鼠模型可能只反映家族型ALS患者表型，而不是那些散發(fā)型ALS患者，或者98%的非家族型ALS患者基因突變現象。
ALS研究的新發(fā)現，即突變TDP-43蛋白引起異常RNA加工過(guò)程。TDP-43蛋白為T(mén)ARDBP基因編碼，是DNA/RNA結合蛋白。已發(fā)現超過(guò)48個(gè)TARBDP基因變異體與ALS疾病相關(guān)。研究表明，雖然TDP-43突變只占家族性ALS患者3%，但運動(dòng)神經(jīng)元內的高磷酸化突變截短蛋白聚集和/或泛素化TDP-43，卻參與了超過(guò)95%ALS患者腦部與脊髓神經(jīng)衰退性變化。由于TDP-43蛋白具有RNA加工、傳遞和剪切等功能，目前認為，TDP-43突變與大多數ALS疾病的發(fā)生相關(guān)。關(guān)于TDP-43致病理論依據是，該突變蛋白與一些相關(guān)RNA結合后，通過(guò)蛋白增加毒性功能機制，改變這些RNA在細胞質(zhì)內的代謝過(guò)程。該基因如果在細胞核內被去除，則是通過(guò)蛋白缺失功能機制，引起相似的RNA代謝改變。所以，TDP-43平衡狀態(tài)是維持正常細胞功能的關(guān)鍵因素。該蛋白過(guò)表達和缺失均可成為ALS疾病的致病原因。
TDP-43純合全身敲除小鼠出現胚胎致死表型 ，雜合子敲除小鼠可存活，但老年小鼠出現運動(dòng)障礙跡象。為了探索TDP-43蛋白在中樞神經(jīng)系統及ALS作用機制，有研究者利用朊病毒啟動(dòng)子（PrP) 表達A315T突變體或野生體TDP-43蛋白，構建神經(jīng)系統表達的轉基因小鼠。該研究表明，Prp-TDP43A315T轉基因小鼠出現進(jìn)行性致命神經(jīng)退行性疾病。雖然突變基因在整個(gè)神經(jīng)系統表達，但泛素化蛋白沉積的病理學(xué)變化集中在特殊神經(jīng)元細胞，包括額葉皮層錐體與脊髓運動(dòng)神經(jīng)元，但卻未見(jiàn)細胞漿TDP-43聚集。提示DNA/RNA結合蛋白功能改變，而不是毒物聚集，導致了神經(jīng)退行性變化。
然而，后來(lái)的進(jìn)一步研究發(fā)現，TDP-43A315T小鼠模型并未表現令人信服的ALS樣肌肉神經(jīng)功能缺陷表型，而突變小鼠早期死亡與胃腸(GI)功能損傷有關(guān)。表現為進(jìn)行性胃腸蠕動(dòng)性降低，最終導致GI運動(dòng)停止。所以，目前認為，TDP-43A315T突變小鼠疾病模型可能適合研究胃腸道神經(jīng)退行性表型，但并不適合ALS疾病的藥物臨床前評價(jià)驗證研究。
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