罕見病小鼠模型的優(yōu)勢與應(yīng)用

“高昂的研發(fā)成本，狹窄的市場空間，不少罕見病特效藥在誕生前，就注定了天價命運”

迄今為止，已有7,000多種罕見病（或孤兒�。┮娭T報道，全球患病人數(shù)超過3.5億人。

然而遺憾的是，在這些疾病中，只有不到10%的疾病有已獲得批準的治療方法。開發(fā)新療法已經(jīng)被納入許多國家公認的優(yōu)先事項。

在開發(fā)罕見病的新療法的過程中，也出現(xiàn)了一些獨特的挑戰(zhàn)，例如難以在很小的患者群體中開展臨床試驗。正是由于這些臨床上的局限性，動物模型（特別是經(jīng)基因工程改造過的小鼠）已成為臨床前孤兒藥開發(fā)的所有階段（從基因發(fā)現(xiàn)和驗證到安全性和藥效研究）中最有價值的資產(chǎn)之一，并在推動此類療法的臨床實驗決策方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

 

小鼠模型在罕見病基因發(fā)現(xiàn)和驗證中的應(yīng)用

研究表明，80%以上的罕見病是由基因突變所致。借助這些基因組信息，科學(xué)家致力于開發(fā)體外和體內(nèi)模型，以了解疾病背后的分子機制。由于基因組操作技術(shù)已非常成熟且基因組學(xué)和功能高度保守，因此小鼠模型目前是孤兒藥開發(fā)中使用最多的模型 (Vaquer et al., 2013)。

在了解患者體內(nèi)特定突變?nèi)绾斡绊懱囟ㄆ鞴俸徒M織的功能方面，小鼠模型是非常便捷的工具。這在多個系統(tǒng)受單個突變（例如具有多效性或影響代謝的突變）影響的情況下極為重要 (Ittisoponpisan et al., 2017)。

此外，在許多情況下，在小鼠基因組中引入與人類疾病相關(guān)變體所對應(yīng)的突變會導(dǎo)致小鼠品系表現(xiàn)出至少一部分臨床表型 (Lutz, 2018)。

小鼠模型也被廣泛用于
簡化和聚焦基因組研究，旨在通過分析導(dǎo)致拷貝數(shù)變異的大規(guī)�；�因組重排來鑒別新的罕見病基因。

在這種情況下，可以通過分析先前所述的小鼠表型相關(guān)的數(shù)據(jù)，將與特定疾病相關(guān)的基因組區(qū)域限制為一個或幾個基因，并將它們與人類病理表現(xiàn)關(guān)聯(lián)起來。

通過這種方法，研究人員能夠?qū)⒛承┌Y狀與特定基因聯(lián)系起來。例如，鑒別出與人類在一天特定時間的驚厥發(fā)作相關(guān)的拷貝數(shù)變異，因為它們擾亂了小鼠的晝夜節(jié)律周期 (Webber et al., 2009; Boulding and Webber, 2012)。

McGary及其同事提出了另外一種有趣的方法，通過直系同源表型 (phenologs) 的分析和相關(guān)性來鑒別新的致病表型 (McGary et al., 2010)。

小鼠模型還可用于
研究不同疾病之間的關(guān)系，并探索遺傳修飾因子在疾病進展中的作用。

在一個典型的例子中，Tayebi及其同事將攜帶Gba1基因突變的戈謝病 (Gaucher disease) 小鼠模型與一個特征明確的帕金森病模型雜交，發(fā)現(xiàn)了GBA1與突觸核蛋白病之間的直接聯(lián)系，并為這類疾病的研究開辟了新的研究方向 (Tayebi et al., 2017)。
 
 

使用小鼠模型評估安全性和療效
 

罕見病療法的開發(fā)很大程度上依賴于在動物模型中獲得的安全性和療效數(shù)據(jù)。如果使用了錯誤的或者并非最理想的模型，或者體內(nèi)實驗設(shè)計不正確，臨床前階段所獲得數(shù)據(jù)的價值將會受到限制，并且將會導(dǎo)致結(jié)果轉(zhuǎn)化價值較低。

然而遺憾的是，因使用并非最理想的小鼠模型而受到影響的已發(fā)表研究數(shù)量不少。

ALS的TDP-43轉(zhuǎn)基因模型是臨床前小鼠模型的一個代表性案例，該模型在臨床環(huán)境中并未達到預(yù)期。

在描述該模型的初步報告中，華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員通過研究 ALS 的特征，將該模型的致死性歸因于運動神經(jīng)元變性的作用 (Wegorzewska et al., 2009)。

在ALS研究領(lǐng)域引入新模型受到了許多研究人員的熱情歡迎，這些研究人員此前主要依賴圍繞另一種已知ALS突變開發(fā)的轉(zhuǎn)基因模型，即SOD轉(zhuǎn)基因小鼠。

多家實驗室立即開始使用新品系開展臨床前藥物試驗。但是，結(jié)果證明，TDP-43品系的致死性完全與運動神經(jīng)元功能障礙無關(guān)，更與運動神經(jīng)元變性無關(guān)，而是由腸梗阻引起的，正如杰克森實驗室與 ALS 治療發(fā)展研究所的研究人員所報道的一樣 (Hatzipetros et al., 2014)。

其次，必須定義臨床相關(guān)指標來評估藥物治療的結(jié)果。如果一種療法提高了存活率但未能改善疾病癥狀，則可能不適合進行進一步臨床開發(fā)。在這種情況下，需要確定與特定臨床表現(xiàn)相對應(yīng)的小鼠模型表型，并在治療過程中反復(fù)測試，以評估候選藥物的療效。

例如，對于表現(xiàn)出運動功能表型的任何疾病，要監(jiān)測其治療效果，可以使用神經(jīng)肌肉活動中復(fù)合肌肉動作電位（CMAP）的電生理測試，該測試也適合小鼠試驗 (Bogdanik et al., 2015)。
 
 

藥物治療試驗的關(guān)鍵——合適的小鼠模型
 

通過使用最合適的小鼠模型，設(shè)計反映臨床方案的治療方案，并將臨床相關(guān)表型的活體重復(fù)測量與尸檢病理分析相結(jié)合，臨床前研究人員可以深入理解候選藥物的療效和安全性，進一步改進該候選藥物（如有必要），并提高其在臨床環(huán)境中取得成功的可能性。

JAX為全球研究人員提供了超過12,500種模型，其中包括疾病表型模型以及針對特定研究和臨床前體內(nèi)研究開發(fā)的獨特模型，使研究人員順利完成臨床前研究的關(guān)鍵部分。

如需了解有JAX所供各種小鼠模型和臨床前體內(nèi)研究的更多信息，以幫助您開展罕見病領(lǐng)域研究，請訪問：jax.org/rare-disease。

您還可以訪問如下頁面，幫助您了解更多有關(guān)罕見病的信息：
JAX罕見病頁面：https://www.jax.org/jax-mice-and-services/solutions-by-therapeutic-area/rare-diseases
罕見病和孤兒病研究中心：https://www.jax.org/research-and-faculty/research-centers/rare-and-orphan-disease-center
在線講座-實現(xiàn)可重復(fù)的小鼠研究：https://www.jax.org/education-and-learning/webinars/achieving-reproducible-mouse-studies

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