藥物研發(fā)：生物模型亟待突破

葛利云/編譯

將嚙齒動物用在藥物測試上，目的是為了改善精神分裂癥患者的認(rèn)知障礙

●在認(rèn)知能力動物試驗上，研究者已經(jīng)取得了一些很好的進(jìn)展。下一步準(zhǔn)備將嚙齒動物模型應(yīng)用于藥物開發(fā)。

1997年，當(dāng)帕特里西奧·奧唐奈（Patricio O'Donnell）在紐約奧爾巴尼醫(yī)學(xué)院開始他的實驗室研究以來，精神分裂癥的研究似乎在停滯很長一段時間之后才有了新的進(jìn)步。

幾十年來，主要認(rèn)為這類疾病是大腦中多巴胺的濃度升高引起的，特別是在紋狀體中，也就是緊貼大腦皮層下方的核狀腦組織部分。但從上世紀(jì)90年代初起，多巴胺假說不能全面地解釋這個疾病。核磁共振成像以及對精神分裂癥患者的人體解剖實驗結(jié)果都指出疾病的產(chǎn)生與大腦皮質(zhì)和其他神經(jīng)傳導(dǎo)系統(tǒng)有關(guān)，如谷氨酸鹽和血清素。生物學(xué)家也正在開發(fā)轉(zhuǎn)基因小鼠模式用于研究精神分裂癥，同時為遺傳和病原學(xué)的因素研究提供一套方法。

這種觀點(diǎn)的傳播為調(diào)查研究打開了新的大門，也為疾病動物模型研究領(lǐng)域提供新的研究方法。用于研究精神分裂癥的典型的小鼠模型研究涉及了安非他明這種藥物，這是一種提高神經(jīng)突觸中多巴胺濃度并引發(fā)人類幻覺和妄想癥狀的藥物，然后再觀察小鼠行為，如多動癥或者消極回避。隨后，研究者又開始使用其他代替藥物，如苯環(huán)己哌啶（PCP）和克他命，通常它們會起到干擾谷氨酸鹽受體NMDA或者其他神經(jīng)遞質(zhì)受體的作用，如那些神經(jīng)遞質(zhì)受體代碼。

奧唐奈對一種特別的研究方法很感興趣，即用化學(xué)藥物先破壞新生動物的海馬體部分。在介入試驗中，新生嚙齒動物在開始沒有表現(xiàn)出異常，但逐漸顯示出類似孤僻癥和對遭受的壓力反應(yīng)強(qiáng)烈，在解剖實驗中也發(fā)現(xiàn)大腦皮質(zhì)中出現(xiàn)一些病變。這些發(fā)現(xiàn)均反映出目前被大家所接受的一個假說——精神分裂癥是一種發(fā)展障礙，這一現(xiàn)今被大眾接受的假說。美國馬薩諸塞州劍橋輝瑞神經(jīng)科學(xué)研究機(jī)構(gòu)的副總裁兼精神病學(xué)和行為障礙方面的主管奧唐奈總結(jié)道：“這項實驗吸引我的是，盡管在發(fā)育早期身體已經(jīng)受到傷害，但所有這些行為異常都是在實驗個體的青春期才顯現(xiàn)出來。

隨后，嘗試模擬精神分裂癥癥狀或潛在生理效應(yīng)的研究成倍增長。當(dāng)基因組研究能對與疾病相關(guān)的基因進(jìn)行精準(zhǔn)定位時，研究者開始對小鼠的這些基因進(jìn)行干擾或去除。另外的研究則著眼于其他環(huán)境因素，如孕期感染、幼年期的社會孤立或壓力，或損傷，類似奧唐奈用在下丘腦實驗中的影響研究。研究者已經(jīng)開發(fā)出一些動物用藥，如安非他明、克他命和PCP。也有些研究者開始將部分這些方法結(jié)合起來，提供一個環(huán)境壓力源，如對帶有精神分裂癥基因缺陷的小鼠進(jìn)行研究。

但對于藥物研發(fā)階段，什么樣的模型是最佳的呢？“有這么多的風(fēng)險因素,如此多的變化，你所想得到的就有多巴胺系統(tǒng)、5-羥色胺、GABA等等，”致力于藥物研發(fā)的托馬斯·斯特克勒 （Thomas Steckler，比利時貝爾賽楊森研究所行為神經(jīng)學(xué)家）說道，“我們真不知道哪個模式是最好的。”

超越“我也是”

動物模型通常由兩個部分組成：疾病誘因的調(diào)控和行為或其他方面的治療測試來衡量調(diào)控效果。精神分裂癥的研究人員著力于后者研究,關(guān)于前者的解釋很模糊。

多年來,精神分裂癥藥物研究主要是為了治療精神病患者的精神錯亂和幻覺,因為這兩種抗精神病藥物是目前市場上唯一被許可的治療該疾病的藥物。意料之中，這個研究策略是徒勞的。“如果你的模型和研究所做的只是把和新方法與老方法進(jìn)行比較,那研究如何能獲得進(jìn)展?”美國賓夕法尼亞州匹茲堡大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家碧塔·穆賈達(dá)姆（Bita Moghaddam）這樣說道，“所有我們做的只不過是制造出和過去四、五十年已有同樣療效的藥物。”

但在過去的15年里,研究已經(jīng)表明,精神分裂癥和其他重要精神病一樣具有其他核心癥狀：記憶困難、注意力差和其他認(rèn)知病癥。因此藥物研發(fā)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，推進(jìn)動物模型朝前發(fā)展。然而精神病或負(fù)面癥狀(如缺乏情感或動機(jī))模型構(gòu)建非常困難，英國劍橋大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)學(xué)家特雷弗·羅賓斯（Trevor Robbins）解釋道：“模擬精神錯亂或負(fù)面情緒是相當(dāng)困難的，但我們了解很多有關(guān)動物認(rèn)知能力和智力系統(tǒng)，以及知道如何將這些研究推論到人類。”

他的研究團(tuán)隊設(shè)計了一種動物行為認(rèn)知過程的測試,可以匹配測試精神分裂癥患者的認(rèn)知過程。例如,在一個籠子五個不同位置，使用探頭捕捉嚙齒類動物對短暫刺激的精確反應(yīng)，以及在刺激發(fā)生之前它們?nèi)绾螒?yīng)對易沖動行為。致力于疾病認(rèn)知障礙的藥物開發(fā)的兩個重大合作項目正在驗證這些模型，從而研究者能確定他們正在用的對比模型及利用正確的認(rèn)知方式。近來，在美國國家精神衛(wèi)生研究所資助的CNTRICS（提高精神分裂癥患者認(rèn)知能力的認(rèn)知神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)治療研究）項目中，研究者認(rèn)為需要進(jìn)行一些研究，以便能更加精確地反映出六個不同的認(rèn)知或行為方面的每一個反應(yīng)（如大腦的工作記憶、執(zhí)行功能和情感等）。

監(jiān)視人類和小鼠的行為模式

同時，在歐洲，作為一項為期5年、總額2 000萬歐元（2 800萬美元）的公-私合作研究項目參與者，包括楊森、禮來、諾華在內(nèi)的8家企業(yè)一起建立一套臨床藥物試驗的測試標(biāo)準(zhǔn)。這項合作被稱為NEWMEDS（抑郁癥和精神分裂癥新型藥物測試的新方法)，要求多個參與者執(zhí)行相同的任務(wù),以確保他們的程序一致。NEWMEDS協(xié)調(diào)動物模型部分的英國薩里禮來制藥公司的行為神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)家馬克·崔邦克（Mark Tricklebank）說：“我們開始了目標(biāo)識別，發(fā)現(xiàn)研究中每個人的研究方式總是有些不同。”例如，研究者使用的試驗空間和試驗動物都不同，或者一天中給藥時間點(diǎn)也不同。這讓NEWMEDS對每個研究任務(wù)都要花好幾個月才能達(dá)成統(tǒng)一。CNTRICS和NEWMEDS所采用的測試方法實際上有相當(dāng)大的重疊，但因為NEWMEDS的目標(biāo)是建立行業(yè)通用測試標(biāo)準(zhǔn)，因此它專注于這種測試的可實際操作性。

“我們正處在這樣一個階段，我們可以參照范例合理地進(jìn)行動物測試，至少我們可以利用相同的認(rèn)知域理論，”斯特克勒說，跟人類研究一樣，“然而，解決動物模型方程的另一個問題，即動物試驗中如何判斷該藥物產(chǎn)生的副作用，這將會更困難。”

原因與不足

奧唐奈還認(rèn)為，既然在操作上有很大的選擇空間，那么應(yīng)該提供基于上述假說的生物測試方式。比如說，精神分裂癥的一個突出病征是大腦前額葉皮質(zhì)中間神經(jīng)元的大量喪失，這一病征在許多動物實驗中也存在。為了確定這個機(jī)制是否會改善疾病癥狀，有必要在動物模型上驗證候選的新藥物是否對這個特殊癥狀有效。所以目前為止,藥物的行業(yè)測試大多采用過去的經(jīng)典模式,包括藥理學(xué)藥劑的作用。“盡管在藥物動物試驗中仍存在著不足,以至于藥物研究必須扭轉(zhuǎn)動物試驗的模型應(yīng)用窘?jīng)r，但像特殊模型的生物方法還沒有建立起來。”

美國費(fèi)城賓州大學(xué)傳導(dǎo)神經(jīng)學(xué)專家斯蒂文·西格爾（Steven Siegel）指出，這種情形正在發(fā)生改變。他認(rèn)為行業(yè)研究人員與他的團(tuán)隊聯(lián)合其他人，正一起探討潛在的有用的、可復(fù)制的模型,而且一些公司正大力投資這些研究。

但是另一方面,也有行業(yè)研究人員認(rèn)為，學(xué)術(shù)界的研究并不總是可重現(xiàn)的。斯特克勒舉了一個例子，一個大學(xué)研究者聲稱識別了小鼠中一種精神分裂癥風(fēng)險基因的認(rèn)知缺失。他介紹道，“在學(xué)術(shù)界如果有研究成果，你所要做的就是將它發(fā)表出來。”但是在行業(yè)里，必須有更多的可重復(fù)的結(jié)果和可靠性。當(dāng)然這里也有個問題，還沒有一種藥物確認(rèn)能提高精神分裂癥患者的認(rèn)知能力，因為我們還不清楚該如何通過測試模型來驗證這種效果。

除了關(guān)注生物認(rèn)知能力的模式研究以外，NEWMEDS也在試圖解決動物模型問題。研究團(tuán)隊正試圖將病變調(diào)控進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，也就是對懷孕的大鼠或小鼠注射甲基氧化偶氮甲醇醋酸鹽，一種能迅速阻斷胚胎發(fā)育中的細(xì)胞分裂。一旦大腦海馬體受損，動物在青年時期就會顯現(xiàn)精神分裂癥的一些病征，如大腦皮質(zhì)變薄、心室增大、前額葉中間神經(jīng)元損傷和認(rèn)知突變等。

盡管在各個參與的公司中，大家遵循盡可能一致的操作程序進(jìn)行動物喂養(yǎng)和藥物注射，但結(jié)果往往差異較大，某些受試動物完全沒有顯現(xiàn)預(yù)期應(yīng)有的變化。當(dāng)一年后再進(jìn)行測試時就產(chǎn)生一個問題。崔邦克說道，“困難在于在藥物治療，你如何準(zhǔn)確去挑出合適的模式動物，以保證藥理試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性呢？”這些研究團(tuán)隊將大腦活動和其他生理指標(biāo)綜合起來判斷藥物是否產(chǎn)生了影響。結(jié)果表明，單基因模式生物也存在類似問題。盡管如此，崔邦克還是希望合作項目組能在2014年資助結(jié)束前完成一些操作規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)化的制定工作。

崔邦克認(rèn)為，就算這些問題都解決了，還有一個大的難題在于動物試驗的結(jié)果有效性是否適用于人類。盡管如此，每一步的驗證都為成功帶來最大希望。NEWMEDS動物模型研究的學(xué)術(shù)委員會主席羅賓斯指出，“就我個人理解而言，我們正開始從科學(xué)意義上攻克這些難題。”