藥物研發：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知障礙

●在認知能力動物試驗上，研究者已經取得了一些很好的進展。下一步準備將嚙齒動物模型應用于藥物開發。

1997年，當帕特里西奧·奧唐奈（Patricio O'Donnell）在紐約奧爾巴尼醫學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步。

幾十年來，主要認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果都指出疾病的產生與大腦皮質和其他神經傳導系統有關，如谷氨酸鹽和血清素。生物學家也正在開發轉基因小鼠模式用于研究精神分裂癥，同時為遺傳和病原學的因素研究提供一套方法。

這種觀點的傳播為調查研究打開了新的大門，也為疾病動物模型研究領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，這是一種提高神經突觸中多巴胺濃度并引發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或者其他神經遞質受體的作用，如那些神經遞質受體代碼。

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出異常，但逐漸顯示出類似孤僻癥和對遭受的壓力反應強烈，在解剖實驗中也發現大腦皮質中出現一些病變。這些發現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展障礙，這一現今被大眾接受的假說。美國馬薩諸塞州劍橋輝瑞神經科學研究機構的副總裁兼精神病學和行為障礙方面的主管奧唐奈總結道：“這項實驗吸引我的是，盡管在發育早期身體已經受到傷害，但所有這些行為異常都是在實驗個體的青春期才顯現出來。

隨后，嘗試模擬精神分裂癥癥狀或潛在生理效應的研究成倍增長。當基因組研究能對與疾病相關的基因進行精準定位時，研究者開始對小鼠的這些基因進行干擾或去除。另外的研究則著眼于其他環境因素，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。研究者已經開發出一些動物用藥，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合起來，提供一個環境壓力源，如對帶有精神分裂癥基因缺陷的小鼠進行研究。

但對于藥物研發階段，什么樣的模型是最佳的呢？“有這么多的風險因素,如此多的變化，你所想得到的就有多巴胺系統、5-羥色胺、GABA等等，”致力于藥物研發的托馬斯·斯特克勒 （Thomas Steckler，比利時貝爾賽楊森研究所行為神經學家）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：疾病誘因的調控和行為或其他方面的治療測試來衡量調控效果。精神分裂癥的研究人員著力于后者研究,關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行比較,那研究如何能獲得進展?”美國賓夕法尼亞州匹茲堡大學的神經學家碧塔·穆賈達姆（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、注意力差和其他認知病癥。因此藥物研發應進行調整，推進動物模型朝前發展。然而精神病或負面癥狀(如缺乏情感或動機)模型構建非常困難，英國劍橋大學認知神經學家特雷弗·羅賓斯（Trevor Robbins）解釋道：“模擬精神錯亂或負面情緒是相當困難的，但我們了解很多有關動物認知能力和智力系統，以及知道如何將這些研究推論到人類。”

他的研究團隊設計了一種動物行為認知過程的測試,可以匹配測試精神分裂癥患者的認知過程。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，以及在刺激發生之前它們如何應對易沖動行為。致力于疾病認知障礙的藥物開發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知方式。近來，在美國國家精神衛生研究所資助的CNTRICS（提高精神分裂癥患者認知能力的認知神經系統科學治療研究）項目中，研究者認為需要進行一些研究，以便能更加精確地反映出六個不同的認知或行為方面的每一個反應（如大腦的工作記憶、執行功能和情感等）。

監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、諾華在內的8家企業一起建立一套臨床藥物試驗的測試標準。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)，要求多個參與者執行相同的任務,以確保他們的程序一致。NEWMEDS協調動物模型部分的英國薩里禮來制藥公司的行為神經系統學家馬克·崔邦克（Mark Tricklebank）說：“我們開始了目標識別，發現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也不同。這讓NEWMEDS對每個研究任務都要花好幾個月才能達成統一。CNTRICS和NEWMEDS所采用的測試方法實際上有相當大的重疊，但因為NEWMEDS的目標是建立行業通用測試標準，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行動物測試，至少我們可以利用相同的認知域理論，”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生的副作用，這將會更困難。”

原因與不足

奧唐奈還認為，既然在操作上有很大的選擇空間，那么應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中間神經元的大量喪失，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,藥物的行業測試大多采用過去的經典模式,包括藥理學藥劑的作用。“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動物試驗的模型應用窘況，但像特殊模型的生物方法還沒有建立起來。”

美國費城賓州大學傳導神經學專家斯蒂文·西格爾（Steven Siegel）指出，這種情形正在發生改變。他認為行業研究人員與他的團隊聯合其他人，正一起探討潛在的有用的、可復制的模型,而且一些公司正大力投資這些研究。

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

除了關注生物認知能力的模式研究以外，NEWMEDS也在試圖解決動物模型問題。研究團隊正試圖將病變調控進行標準化，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育中的細胞分裂。一旦大腦海馬體受損，動物在青年時期就會顯現精神分裂癥的一些病征，如大腦皮質變薄、心室增大、前額葉中間神經元損傷和認知突變等。

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行動物喂養和藥物注射，但結果往往差異較大，某些受試動物完全沒有顯現預期應有的變化。當一年后再進行測試時就產生一個問題。崔邦克說道，“困難在于在藥物治療，你如何準確去挑出合適的模式動物，以保證藥理試驗結果的準確性呢？”這些研究團隊將大腦活動和其他生理指標綜合起來判斷藥物是否產生了影響。結果表明，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年資助結束前完成一些操作規程標準化的制定工作。

崔邦克認為，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動物模型研究的學術委員會主席羅賓斯指出，“就我個人理解而言，我們正開始從科學意義上攻克這些難題。”