你脑中的 “星辰大海”——神经领域动物模型

电影《流浪地球》正在热映，人类最终的航行剑指星辰大海。

但是你知道吗，人脑里有一千亿个神经细胞，神经胶质细胞还要再多10倍，而神经细胞之间的突触（指一个神经元的冲动传到另一个神经元或传到另一细胞间的相互接触的结构）约有100万亿个，这相当于整个银河系恒星的1000倍。我们抬头可以看见几万光年外的星星，低头却无法解释心头的触动来自何处。

事实上，人类对于自身的探索从未停止。

自1950年到现在，神经科学获得了长足发展。对行为及学习的研究都是神经科学的分支。最高层次的研究就是结合认知科学成为认知神经科学。

神经科学作为一门实验科学，其研究很大程度上有赖于研究手段的发展和完善，其次则取决于能否找到合适的实验材料来对某个特定问题进行研究。所谓实验材料，大多数情况下指的就是——动物模型。

大鼠在心脑血管、代谢、神经系统和药物代谢方面比小鼠更接近于人类，因此常用于人类神经系统研究和相关药物开发。

随着基因工程技术的日臻完善，人们可以使用转基因技术、基因打靶技术或基因重组技术手段进一步人为地修饰、改变或干预生物原有DNA遗传组成，从而得到更适合特定疾病研究的新品系实验动物。

其中，基因编辑大鼠的研制成为国际实验动物研究的热点。本文接下来就给大家详解一下神经领域内几个动物模型专利，分析其技术亮点。

1

神经痛

神经痛是因为神经系统受损而造成的疼痛。神经痛并不是病因，而是一种症状，其成因复杂，可由各种不同的神经疾患造成。

患者可体验到的感觉包括刺痛、针扎、电击、撕裂、灼热、冰冷、麻痹、痒等等，这些疼痛感虽不致命，但却会严重影响患者的心情、睡眠及生活品质，也会干扰日常生活的各项活动及工作。针对神经痛建立的动物模型多种多样，多依据病症具体要求进行建立。

CN105594660中公开了一种针对关节疼痛和局部注射的大鼠动物模型。该动物模型可用于研究阿片类药物经关节周围局部注射后发挥镇痛作用机制。

阿片类药物——也称为麻醉性镇痛药，是指作用于中枢、外周神经系统和胃肠道，主要用于减轻或消除疼痛以及疼痛引起的精神紧张和烦躁不安等情绪反应，但不影响意识及其他感觉的药物

近年来临床研究发现，阿片类药物虽能提供良好的关节镇痛作用，但是长期口服会带来危及生命的并发症，如严重胃肠道溃疡、心血管疾病、凝血功能障碍等。在对大鼠后足垫步向踝关节方向注射适宜剂量的点醋酸钠生理盐水溶液后，可观察到大鼠活动减少、三足跛行，同时右踝关节红肿，出现频繁添咬后足的行为，表明关节疼痛模型制备成功。

2

退行性神经病

退行性神经病——又称神经退化性疾病，是一种大脑和脊髓的细胞神经元逐渐退化 (死亡) 的慢性疾病。

大脑和脊髓的细胞不会再生，所以此类病症一般无法逆转，只能减缓或停止其发展，避免患者症状随时间推移而恶化从而导致功能障碍。阿兹海默症 (AD)和帕金森病(PD)是最重要的两种退行性神经病。

报告估计，到2030年，阿兹海默症患者数量将增至7562万，而到2050年，中国患者数量预计将达到3000万。

更令人担忧的是，该病发病率近几年呈现年轻化趋势。这些数据都进一步表明，应对阿兹海默症是当今社会必须面临的挑战。优良的动物模型则能帮助我们进一步了解这个棘手的敌人。

「我们之前发表过一篇关于阿兹海默症的深度内容，点击下图可直接跳转。」

CN10291274中公开了一种阿兹海默症动物模型的制备方法。其设计依据AD特征性病理学改变为脑内由大量Aβ（Aβ（β-淀粉样蛋白），39-43个氨基酸组成。是大脑皮质老年斑的主要成分。可溶性二聚体可以有效削弱突触结构和功能）沉积这一点，模拟人类阿兹海默症的发病过程，向制备的动物模型脑部注射Aβ的前体蛋白，即淀粉样蛋白前体 (APP)的siRNA靶向序列，使所制备的动物模型出现脑内APP表达上升，进而Aβ生成增多的典型症状。

实验结果表明，模型动物出现行为迟缓，痴呆的表象，同时采用其它检测手段如RT-PCR、Western Blot等对模型动物生物样本进行检测，结果显示APP基因表达（指基因指导下的蛋白质合成过程）、APP蛋白和Aβ蛋白水平明显高于正常动物水平。

β-淀粉样蛋白

由此可验证成功建立了阿兹海默症动物模型。该方法制作方便，成本相对较低，同时具有重复性好、模型成功可靠的优点。实验所得模型不仅可以用于分析发病机理，也可进行治疗药物的筛选。

帕金森病是继阿兹海默症后最常见的神经退行性疾病，按照国际统计数据，中国目前帕金森病患人数已有200余万人，且这个数字还在不断攀升中。同时，帕金森发病同样呈现年轻化趋势，临床治疗中不乏低于40岁发病的青年帕金森患者。

CN105878251A中公开了一种帕金森病动物模型的制备方法。发明人认为现有的建模技术都有各自的局限：一种是通过注射药物损毁大鼠黑质-纹状体系统多巴胺能神经元，该方法技术操作要求高，具有较高失败风险；另一种是采用MPTP (神经毒素) 制备猴等灵长类动物模型和C57B小鼠模型，但MPTP对人类同样有着不可修复的神经毒性，操作需要严格的安全控制。

该专利公开方法包括连续多日向动物皮下注射大麻素受体拮抗剂，之后对该动物进行检测运动协调性的实验，随后取其脑部组织进行检测，即得帕金森病动物模型。

大麻素受体拮抗剂可穿过血脑屏障，通过抑制相关受体、蛋白活性剂信号转导通路，进而加聚多巴胺能神经元的死亡，使动物出现帕金森病的症状。该方法得到的动物模型，造模成功率高，无其他毒副作用。

3

抑郁症

抑郁症已经成为当今社会臭名昭著的精神杀手。早期的抑郁症模型制备主要采用极端条件下使动物产生强烈的失望情绪而导致抑郁，比如对大小鼠采取倾斜鼠笼、禁水禁食、昼夜颠倒、和无预知的足底电刺激等。

为了深入确切地探讨人类抑郁性障碍，大多数学者已开始转向通过慢性应激的方法来建立抑郁模型。例如人为干预调整群体的社会等级次序，将社会地位的变更作为一种慢性应激，使得那些经历了剧烈社会地位变更的实验对象产生挫败感，进而抑郁。

然而这种建模方法存在一个缺陷，即掺杂了人为因素的干扰，相对地缩短了抑郁症的发病进程，不能充分模拟人类抑郁症的发展过程。

CN101773096中公开了一种社会地位诱发的抑郁症动物模型建立方法。其通过在非人灵长类动物的天然群体中，以个体蜷缩、自主活动和对外界刺激反应的总时间作为考量标准，将个体蜷缩总时间最短的个体划分为正常个体，其它为抑郁个体。

换句话说，该方法通过自己的标准筛选出猴群中潜在的抑郁猴。这种建模方法主要由两个阶段组成：首先通过三个行为指标 (如蜷缩、自主活动和对外界刺激反应行为) 的持续时间筛选出抑郁个体；然后通过生化指标 (毛发可的松含量和局部血流值) 进一步确证模型的可靠性。该方法可以对天然繁殖的猴群进行筛选，尽最大可能降低了人为因素对实验结果的干扰。

4

头痛

如果说前面的病症都离我们的生活比较遥远，那么这一个病症则可以说得上是“日常伴侣”。解放军总医院于生元主任团队曾做过一项流行病学调查，结果发现每月头疼15天、持续3个月以上的人，年患头疼病率约1%；其中60%的病因是过度服用止疼药物，甚至有人因此引起并发症。

其实我国头痛人数众多，与头痛科普宣传不规范紧密相关。患者往往认为头痛，忍几天就好了，殊不知头痛也需根据情况去医院就诊。

神经性头痛是头痛的一种常见临床分型，主要症状为持续性的头部闷痛、压迫感、沉重感，大部分患者为两侧头痛，多为两颞侧、后枕部、头顶部或全头部。

其中又以偏头痛是临床最为常见的原发性头痛。目前研究偏头痛常用的动物模型包括化学刺激模型和电刺激模型，其中电刺激模型对手术的要求较高，且通常为麻醉状态下建造，不符合临床实际偏头痛发作的情况。

鉴于这种情况，于生元主任在CN104623803A中公开了一种清醒状态下偏头痛动物模型造模仪。其采用内置铜芯双螺丝铆钉固定电击的方法，直接将电极固定在动物颅骨表面，并与刺激器连接，增加电极的牢固性和动物模型反复使用的可行性，操作简化，电极与硬脑膜接触的可靠性提高。

方法包括将内置铜芯螺丝铆钉尾部铜丝旋转固定于颅骨表面，使其贴近硬脑膜表面，由于该尾部为平面，因此不会对大鼠脑部造成损伤，但是又能给与电刺激。待大鼠皮肤愈合后，螺丝铆钉顶部上方的铜丝裸露在皮肤表面，即可给大鼠给予电刺激。

该方法所得大鼠模型，可有效模拟临床上偏头痛患者清醒状态下发病、反复发病的临床过程，同时由于螺纹铆钉的固定效果，电极不易脱落，解决了以往动物模型使用次数有限的问题。

于生元主任

现任解放军总医院内科临床部神经内科科室主任、主任医师、教授，博士研究生导师。

神经病学专家，尤其在神经内科常见病及疑难病的诊断和治疗特别是头痛及脑血管病方面较突出，组建了世界第一所国际头痛中心，获评“百项优势”。