2022-09-02 11:45

在灵长类动物身上进行的阿尔茨海默病研究可以解决在老鼠身上显示出希望但对人类没有帮助的治疗方法

Rhesus macaques

截至2022年,估计有650万美国人患有阿尔茨海默病,这种疾病剥夺了人们的记忆、独立性和个性,给患者及其家人造成痛苦。到2060年,这一数字可能会翻一番。美国已经在阿尔茨海默病研究方面投入了大量资金,今年已经拨款35亿美元。

那么,为什么今天的研究人员与30年前相比并没有更接近于治愈疾病呢?

早在1995年,研究人员就建立了第一个阿尔茨海默病转基因小鼠模型,对小鼠进行基因改造,使其携带与早发性阿尔茨海默病相关的基因。此后,无数的研究都集中在小鼠模型上,这些小鼠的大脑中积累了异常蛋白质,这是该疾病的一个标志。尽管这些研究在了解该疾病的具体机制方面取得了巨大进展,但它们未能转化为有效的治疗方法。

作为研究非人类灵长类动物的科学家,我们认为部分问题在于老鼠不能反映阿尔茨海默病的全部症状。然而,一种补充性更强的动物模型可以帮助研究人员更好地将动物研究的结果转化到人类身上。

为什么动物模型?

要想了解阿尔茨海默病中出错的原因,关键在于大脑和行为之间的关系。研究人员非常依赖动物模型来进行这类研究,因为伦理和实际问题使它们不可能在人类身上进行。

近年来,研究人员开发了研究阿尔茨海默病的替代方法,如计算机模型和细胞培养。尽管这些选择显示出推进阿尔茨海默病研究的希望,但由于重要的局限性,它们不能取代对动物模型的需要。

其一是它们无法复制人脑的复杂性。据估计,人类大脑有860亿个神经元,可以执行高度复杂的计算。虽然计算机模型可以模拟特定神经回路的工作,但它们无法完全捕捉这些复杂的交互作用,当与动物模型一起使用时,效果最好。

同样,细胞培养和脑类器官——从人类干细胞中提取的微型大脑——无法充分模拟衰老过程和人体各组成部分相互作用的所有方式。

由于这些局限性,研究人员转向更好地反映人类生物学和疾病过程的动物模型。

老鼠的问题

根据美国国家生物医学研究协会(National Association for Biomedical Research)的数据,在美国,大约95%的动物实验室研究是在小鼠和大鼠身上进行的。阿尔茨海默病也不例外:25年来,对阿尔茨海默病的研究一直专注于使用转基因小鼠,以更好地了解与这种疾病相关的生物学变化。

因为老鼠不会自然得阿尔茨海默氏症,所以通过基因工程,它们会产生一种名为淀粉样蛋白斑块和神经纤维tau蛋白缠结的异常蛋白质,在它们的大脑中模仿阿尔茨海默氏症。这些蛋白质的积累会损害大脑功能,并与记忆障碍有关。虽然去除这些蛋白质的治疗方法能够改善小鼠的认知能力,但类似的干预措施在人类身上却失败了。

这凸显了将实验室中的动物研究转化为临床中的人所面临的挑战。对老鼠的研究通常只反映了这种疾病的一个方面,可能与人类没有直接关系。例如,大多数转基因小鼠模型只关注淀粉样蛋白的堆积,而忽略了疾病的其他关键方面,如整体神经变性。这些局限性导致一些科学家质疑使用小鼠模型进行阿尔茨海默病研究的价值。

然而,重要的是要认识到,科学知识往往是通过使用不同方法和模型的许多研究的集体结果而逐步进步的。啮齿类动物研究为动物模型提供了必要的基础,可以更好地全面模拟老年痴呆症——比如非人灵长类动物。

没有非人灵长类动物提供了一个更接近的模型

一个物种的特定特征——包括大脑结构、认知能力、寿命以及它们显示出阿尔茨海默氏症特征的程度——决定了它对特定研究问题的适合程度。基于这些因素,我们认为非人灵长类动物特别适合研究阿尔茨海默病。

灵长类动物是一种多种多样的哺乳动物,包括人类、猿类、猴子和原猿。非人灵长类动物对理解人类的衰老和阿尔茨海默病特别有价值,因为它们的基因组成、大脑、行为、生理和衰老过程与人类非常相似。上了年纪的猴子会经历认知、身体和感官衰退,以及癌症和心血管疾病等各种疾病,这与上了年纪的人很像。也许对阿尔茨海默病研究最关键的是,非人灵长类动物比啮齿动物活得更长,随着年龄的增长,它们可以自然地发展出一些与阿尔茨海默病有关的特征。

在研究中使用非人灵长类动物面临一些挑战。与老鼠相比,非人类灵长类动物的住房和喂养成本更高,研究设施也日益短缺。非人类灵长类动物也是那些试图阻止在研究中使用动物的活动人士的主要目标。然而,鉴于啮齿类动物模型的持续失败,非人灵长类动物可以显著地帮助科学家更好地了解和治疗阿尔茨海默病。

科学家们通过多种方式研究非人类灵长类动物的阿尔茨海默病。

其中一种方法是,研究人员研究寿命较短的物种,如灰狐猴或普通绒猴,以测量大脑和行为如何随年龄自然变化,并识别疾病的潜在预测因素。其他研究人员可能会通过在长寿物种(如恒河猴)的大脑中诱导斑块或缠结形成来加速疾病进程。这些方法产生的研究特别有希望在短时间内测试治疗方法。

第三种方法利用基因组学的最新进展来研究出生时带有阿尔茨海默病基因突变的狨猴。这种方法提供了在生命早期,在疾病出现任何迹象之前测试预防性治疗的机会。

最后,比较灵长类物种的阿尔茨海默病样模式可能有助于揭示发生这种疾病的关键风险因素,可以减少这些因素来促进健康的衰老。

我们相信,在最高的道德标准下对非人灵长类动物进行的研究,可以提供最好的机会来了解阿尔茨海默病的发展方式和原因,并设计出对人类安全有效的治疗方法。