毒素诱导的帕金森病模型

摘要

简介

帕金森氏病（PD）目前被认为是继阿尔茨海默氏痴呆症（Alzheimer's dementia）之后最常见的脑老化退化性疾病。大多数流行病学研究估计，美国有100多万人被诊断为帕金森病，每年约有5万例新病例出现。¹临床上，PD的特征是休息时四分之一的震颤、自主运动缓慢、僵硬和姿势不稳定。¹帕金森病的主要生化异常是大脑多巴胺水平的严重不足，主要（但不仅限于）归因于黑质纹状体多巴胺能通路神经元的丢失。²该通路由多巴胺能神经元组成，其胞体位于黑质致密部，其轴突和神经末梢投射到纹状体。²然而，PD的神经病理学远不止局限于黑质纹状体通路，在许多其他多巴胺能和非多巴胺能细胞群中也发现组织学异常。²除了神经元丢失外，PD的其他突出神经病理学特征包括神经胶质增生症^三以及在少数剩余的黑质多巴胺能神经元中存在称为路易体（LBs）的神经元内蛋白内含物。²

到目前为止，对于帕金森病神经退行性过程的开始和进展的原因和方式知之甚少。然而，在过去的二十年里，由于在尸检材料和在体外和体内PD的实验模型。²尽管取得了这些毋庸置疑的进展，但我们对帕金森病分子和细胞生物学的理解仍存在重大差距。因此，研究人员仍然严重依赖帕金森病的实验模型来更深入地了解其病因，尤其是其发病机制。尽管最近的基因发现导致了许多不同的PD遗传模型，但这些模型均未显示多巴胺能神经元的典型变性。迄今为止，在各种公认的帕金森病实验模型中，神经毒素仍然是两种帕金森病中产生选择性神经元死亡的最常用工具在体外和体内系统。

本文将综述帕金森病的主要神经毒性模型，即由毒素6-羟基多巴胺（6-OHDA）、1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）、鱼藤酮和百草枯产生的模型。其他不太常用的神经毒素，如异喹啉衍生物和甲基苯丙胺，在此不再讨论，但可以找到有关这些毒素的信息（参见参考文献。⁴). 最后，在本审查文件的开头必须强调两点。首先，在体外只有在必要时才会提及数据，因为本文将重点关注体内研究。这不应被视为破坏在体外研究，但仅仅是作为这些作者的刻意选择。其次，这篇综述的一些部分代表了这些作者以前撰写的综述中的缩短和更新部分。如果读者对这些其他评论感兴趣，请参阅参考文献。²和^4–6.

6-OHDA或原型氧化应激神经毒素

从历史的角度来看，必须记住，在为研究神经系统的特定结构而开发的所有选定技术中，去甲肾上腺素能类似物6-OHDA和其他几种合成的类似物在30多年前就被作为儿茶酚胺能神经毒素引入。⁷从那以后，这些神经毒素化合物，特别是6-OHDA，一直被广泛用于这两种药物在体外和体内调查。出于实际考虑，6-OHDA主要用于活体动物，如啮齿动物。然而，在某些情况下，它也被用于非人类灵长类动物^8–11尤其是针对研究犬心血管系统的研究。^12–14

6-OHDA与多巴胺和去甲肾上腺素有一些结构相似性，对几种儿茶酚胺能质膜转运体如多巴胺（DAT）和去甲肾上腺转运体（NET）具有高度亲和力。因此，6-OHDA可以进入多巴胺能和去甲肾上腺素能神经元，并对周围和中枢神经系统的儿茶酚胺能通路造成损伤。因此，如果目标是生产一种具有黑质纹状体多巴胺能通路特定病变的PD模型，那么必须注意6-OHDA的给药模式（见下文）以及Jonsson审查过的几个重要技术细节。^7,15

关于其作用方式，人们普遍认为6-OHDA通过活性氧物种（ROS）和醌的联合作用破坏儿茶酚胺能结构。¹⁶这种观点主要源于6-OHDA一旦溶解在需氧和碱性环境中，很容易氧化，生成过氧化氢（H₂O（运行）₂)和对位-醌^17,18如所示图1虽然6-OHDA诱导的神经毒性背后的化学反应看起来很简单，但实际上这是一个非常复杂的反应，不会被分子氧自发氧化。该化学反应已在别处进行了综述，因此本文不再讨论，但鼓励任何有兴趣获得有关6-OHDA生物学这方面进一步信息的读者参考Przedborski和Ischiropoulos。⁶

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图1。

6-OHDA的氧化。经Przedborski和Ischiropoulos许可使用。活性氧和氮物种：帕金森病模型中神经元破坏的武器。抗氧化剂氧化还原信号7:685–693. 版权所有©2005，Mary Ann Liebert，Inc.。保留所有权利。⁶

与这里讨论的其他帕金森神经毒素一样，6-OHDA可以通过全身注射给药。然而，与MPTP、鱼藤酮或百草枯相反，这种给药途径不会产生所需的黑质纹状体损伤。相反，这是6-OHDA给药的首选途径，通过破坏外周神经系统而导致化学交感神经切除术。⁷事实上，6-OHDA很难跨越血脑屏障（BBB），因此在全身注射后，无法在脑实质内积聚到有意义的神经毒性浓度。为了避免这个问题，6-OHDA必须直接注射到大脑中，可以是自由的，也可以是通过立体定向的方法。因此，多年来，一些局部注射部位被用于破坏中枢多巴胺能通路，包括脑室内、脑干内和脑内。⁷尽管这些损伤模型主要用于大鼠，但有时小鼠甚至猴子也会受到6-OHDA损伤。^{9–11,19–22}

就脑室内和脑室内注射6-OHDA而言，两者都会产生双侧儿茶酚胺能损伤，注射毒素后数小时内即可观察到，受影响的神经纤维的再生长通常非常有限。⁷然而，当双侧6-OHDA病变严重时，动物通常主要死于明显的失语症、失语和癫痫发作。^23,24因此，一种更流行、更实用的6-OHDA模型是单侧脑内注射。后者可成功用于靶向大脑的特定儿茶酚胺能通路。^25,26为了专门损伤黑质纹状体多巴胺能通路，将6-OHDA立体定向注射到黑质、内侧前脑束（包括黑质纹状束）或纹状体。^7,27在黑质或前脑内侧束注射6-OHDA后，多巴胺能神经元在最初的24小时内开始死亡，并表现出非凋亡形态。²⁸纹状体多巴胺水平在损伤后3-4天内达到最大降低，²⁹而且，在大多数研究中，纹状体多巴胺残留量低于对照组的20%。有趣的是，尽管内侧前脑束注射大剂量6-OHDA后，黑质多巴胺能神经元显著减少，但细胞外多巴胺水平仍接近正常。³⁰也许这可以解释为黑质中为数不多的幸存神经元释放多巴胺。当注射到纹状体中时，6-OHDA会产生更持久的黑质纹状体系统退行性变性，这种变性可以在损伤后持续1-3周，^31,32死亡神经元呈现出多种形态，包括一些令人联想到凋亡的特征。³³除了多巴胺能系统受损外，神经胶质增生也是6-OHDA模型的一个显著特征。³⁴许多数据支持这样的观点，即PD实验模型中的胶质细胞反应，尤其是小胶质细胞，加剧了多巴胺能神经元的退化。^三然而，其他研究也表明，在特定情况下，大鼠在6-OHDA诱导的损伤前通过注射白细胞介素-1β而产生的星形胶质细胞的激活，减轻而不是增强对多巴胺能神经元的毒性。³⁵如果得到证实，这一观察结果将证明，胶质细胞激活的启动与多巴胺能神经元死亡之间的时间关系对于确定不同类型的胶质细胞在神经退行性过程中的作用至关重要。最后，在6-OHDA致敏大鼠的大脑中，LB的形成从未得到令人信服的证明，这种缺乏将被一些人视为该模型的主要缺点。

就行为异常而言，罗德里格斯和合作者³⁶据报道，在双侧6-OHDA损伤后存活并恢复正常摄食和体重的少数大鼠表现出运动异常，这些异常可以通过刺激多巴胺能受体的药物得到部分纠正。Cenci和合著者进一步描述了双侧6-OHDA损伤大鼠的运动异常。³⁷相反，单侧注射会导致典型的不对称旋转运动行为，其在啮齿动物中的大小取决于黑质纹状体损伤的程度。^31,38,39这种特殊的行为异常在服用刺激多巴胺能受体的药物后最为显著，例如阿朴吗啡（旋转远离病灶），或刺激多巴胺释放的药物，例如安非他明（旋转朝向病灶），由于受损和未受损纹状体之间的生理失衡。这种转向行为的量化已被广泛用于评估新药的抗帕金森病效力，⁴⁰移植和基因治疗^41,42并研究左旋多巴慢性治疗中的运动波动。^43,44此外，Olsson等人。⁴⁵开发了一种非常有用的单侧运动大鼠步进测试，显示前肢运动障碍，通过多巴胺能刺激得到改善，这让人想起PD患者的缓慢运动。在6-OHDA大鼠身上还进行了一些额外的运动测试，包括L-DOPA诱导的运动障碍模型；Cenci和其他作者对所有这些进行了详细讨论和评估。³⁷

6-OHDA模型也已成功用于证明多巴胺刺激对成年大鼠室管膜下和颗粒下区前体细胞增殖的重要性。⁴⁶它还可以证明，与先前的报告相反，没有证据表明从头开始在成年大鼠黑质中产生多巴胺能神经元。⁴⁷总之，尽管从技术上讲，这一特定模型的使用可能比下文讨论的其他一些模型更具挑战性，但基于其使用的大量工作为在各种调查中使用它提供了巨大的动力。为了与此保持一致，读者必须记住，单侧6-OHDA大鼠模型在新的症状治疗、神经保护策略（例如营养因子传递）和移植方法的临床前测试方面，一直是并将继续是PD最流行的实验模型之一。^{20,44,48–55}同样需要记住的是，单侧6-OHDA大鼠模型在识别控制基底神经节功能性神经解剖学的关键神经递质通路方面所起的工具作用。^56–60然而，为了研究多巴胺能神经元死亡的精细分子基础，立体定向注射6-OHDA，特别是在黑质中，可能会有问题，并且其细胞毒性的分子机制可能因细胞位于注射部位附近或远离注射部位而不同。然而，尽管有此警告，许多数据表明6-OHDA神经毒性引起的分子改变与PD相似，⁶¹从而支持了该模型对探索PD神经退行性变机制的意义。

人类帕金森神经毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶

20世纪80年代初，几名来自北加利福尼亚州的吸毒者在静脉注射街头制剂1-甲基-4-苯基-4-丙哌啶（MPPP）（一种麻醉剂哌啶的类似物）后，出现了急性运动障碍状态（最初与紧张症混淆）。⁶²经过精细的侦探工作，发现在非法合成MPPP期间无意中产生的MPTP是这一引人注目的临床图片背后的罪魁祸首。⁶²MPPP和MPTP的化学结构如所示图2.

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图2。

MPPP和MPTP的化学结构比较。

自这一发现以来，线粒体电子传递链复合物I抑制剂MPTP已被用于多种哺乳动物物种，以模拟从非人灵长类到蠕虫等无脊椎动物的PD。^63,64在过去的几年中，发表了几篇关于MPTP模型的综述，其中最集中于MPTP对小鼠等小型脊椎动物的影响。^65,66值得注意的是，大鼠的多巴胺能神经元对MPTP诱导的神经毒性具有相对抵抗力，原因尚不清楚。正如读者将在这些之前的评论中看到的那样，由于使用了MPTP PD小鼠模型，在阐明多巴胺能神经元死亡的机制和发展实验性神经保护疗法方面取得了巨大的进展。在这个意义上，制定了多种MPTP管理程序；有关更多详细信息，感兴趣的读者可以参考Przedborski等人。⁶⁵然而，这些论文中很少讨论人类和猴子的MPTP问题，而且通常是简短的。因此，本次审查将对MPTP故事的这一方面进行总结，毕竟这代表了与缺乏或很少使用灵长类动物的任何其他PD模型相比具有显著的竞争优势。

现已明确，MPTP在人类和猴子中都会产生一种不可逆的严重帕金森综合征，其特征是帕金森病的所有主要特征，包括震颤、僵硬、运动迟缓、姿势不稳定，甚至冻僵。然而，在非人灵长类动物中，帕金森病典型的4赫兹静息性震颤仅在非洲绿猴中得到令人信服的证明⁶⁷; 其他种类的猴子表现出姿势/动作颤抖。MPTP患者的认知障碍表现为在构念、言语流利性和执行功能测试中表现不佳。^68,69显然，人类没有^68,69但在被MPTP中毒的猴子身上，⁷⁰此外，还发现了反应集的维持缺陷和转移注意集的困难。在这些动物中观察到维持空间注意力或集中注意力的能力受损，运动准备和计划不足，以及时间估计受损。⁷⁰总之，这些认知改变与MPTP中毒后的注意力和执行功能缺陷相一致，这与PD患者的一些认知改变非常相似。正如Stern所强调的，⁶⁸值得注意的是，在MPTP中毒的有症状个体中，除了预期的PD症状外，没有其他神经症状；类似的说法可能也适用于注射MPTP的猴子。

从治疗的角度来看，人类和猴子对左旋多巴/卡比多巴等抗PD治疗的反应都很好。然而，与PD患者一样，⁷¹长期使用左旋多巴治疗会导致运动过度并发症，称为运动障碍，其致残程度与帕金森病症状本身一样。例如，在7例MPTP患者中，有5例在使用左旋多巴/卡比多巴治疗的第一年内出现运动障碍。⁷²迄今为止，左旋多巴诱导的运动并发症的发生仍然是帕金森病患者正确治疗的主要障碍。在这里，MPTP猴子模型已经成为一种非常宝贵的工具，可以研究这些药物引起的异常运动的分子基础，并测试控制它们的治疗策略。⁷³贝扎德及其合作者最近的研究很好地说明了这一事实⁷⁴其中，D3-多巴胺部分激动剂的给药显示可以显著改善左旋多巴诱导的MPTP猴子运动障碍，而不会加剧帕金森病症状。

人类和猴子的神经病理学数据^75,76表明MPTP对黑质纹状体多巴胺能通路的损伤与PD中的损伤相同。⁷⁷此外，与PD一样，MPTP导致黑质多巴胺能神经元的损失大于腹侧被盖区^78,79并且，在低剂量MPTP中毒的猴子中（但在人类中没有），壳核中多巴胺能神经末梢的退化程度比尾状核更严重。^80,81然而，对于6-OHDA，迄今为止在MPTP诱导的帕金森综合征中尚未令人信服地观察到LBs⁷⁶; 然而，在年龄较大的MPTP注射猴中，已经描述出类似LB的神经元内蛋白内含物。⁸²目前，尚不清楚MPTP模型中缺乏明确的LB形成是由于MPTP杀死多巴胺能神经元的实际分子机制，还是由于这种神经毒素破坏多巴胺能神经元的速率。事实上，所有MPTP中毒的治疗方案，即使通过多次低剂量注射也会在现实中引发独特或反复的急性侮辱。

围绕MPTP神经毒性的另一个尚未解决的问题是，急性接触这种帕金森神经毒素是否会导致进行性神经变性。一方面，伯恩斯和合作者⁸³报道了一名年轻的化学家在实验室大量接触MPTP后患上帕金森综合征的病例，他几年来没有发现任何神经状况恶化的证据。另一方面，对10名暴露于MPTP的个体进行了两次正电子发射断层扫描，间隔7年，结果显示纹状体[¹⁸F] 这些患者的氟多巴摄取。⁸⁴此外，对暴露于MPTP后存活3-16年的三名个体进行了尸检研究⁸⁵6只猴子在暴露于MPTP后存活5-14年⁸⁶有证据表明黑质中存在细胞外神经黑色素积聚和激活的小胶质细胞，这两个神经病理学特征与正在进行的退化过程相一致。正如先前推测的那样，⁶⁶这些发现表明，一次急性MPTP损伤可以启动一系列细胞和分子事件，并产生长期的有害影响。

虽然MPTP在猴子身上已经完成了大量研究，但非人类灵长类动物通常还没有被用于研究多巴胺能神经变性的分子机制；相反，MPTP给小鼠（主要通过全身注射）和小范围给大鼠（主要通过脑内注射）通常用于此类研究。^2,66相反，猴MPTP模型仍然是评估治疗PD症状的新策略和药物的金标准。例如，对MPTP猴子的电生理研究表明，丘脑底核的过度活动是运动迟缓和僵硬发展的关键因素。⁸⁷这一发现促使研究人员考虑使用高频电刺激靶向丘脑底核，以改善具有顽固症状的PD患者的运动功能。⁸⁸MPTP注射猴^89,90还用于证明在给动物损伤前给予胶质源性神经营养因子（GDNF）可以限制黑质纹状体多巴胺能神经变性并促进行为恢复，⁹⁰这两项研究都是过去十年来PD治疗和理解方面的重要进展。

罗腾酮：从杀虫剂到PD建模

在帕金森病的毒性动物模型中，鱼藤酮是最近使用的方法之一。⁹¹鱼藤酮是鱼藤酮类化合物中最有效的一种，鱼藤酮属天然细胞毒性化合物，从鱼藤酮的不同部位提取豆科植物植物。鱼藤酮的化学结构见图3.

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图3。

鱼藤酮的化学结构。

鱼藤酮在世界各地广泛用作杀虫剂和鱼腥草苷。⁹²在美国，治疗区域受到限制，治疗日期选择在作物灌溉和游泳期间之外。⁹²鱼藤酮在阳光下容易分解。在春季阳光照射5-6天或夏季阳光照射2-3天时，该化合物的几乎所有毒性都会消失。鱼藤酮在土壤和水中也会迅速分解。这两种环境中的半衰期都在1到3天之间。⁹²由于它的半衰期短，而且不容易从土壤中浸出，因此预计它不会成为地下水污染物。因此，环境暴露于鱼藤酮导致PD的可能性很低，不说为零。相反，必须记住，除鱼藤酮外，许多环境神经毒素的半衰期较长。因此，如果鱼藤酮看起来不太可能是罪魁祸首，那么其他一些人可以解释流行病学数据显示，随着农药的接触，PD的风险增加。^93,94鱼藤酮接触人类最常见的方式是通过摄入。然而，胃和肠中的吸收缓慢且不完全，肝脏有效地分解了这种化合物。这些事实表明，除非摄入大量鱼藤酮，否则不太可能有大量鱼藤素进入全身循环。与这一观点一致的是，大鼠在24个月内长期摄入鱼藤酮的剂量是通过系统输注模拟PD的30倍⁹¹没有引起该疾病的任何行为或神经病理学特征。⁹⁵然而，有一例鱼藤酮急性摄入后发生致命中毒。⁹⁶尸检时，在血液、肝脏和肾脏中发现鱼藤酮，但在大脑中未发现。

与MPTP一样，鱼藤酮具有高度的亲脂性，因此很容易接触到包括大脑在内的所有器官。单次静脉注射后，鱼藤酮在15分钟内达到CNS中的最大浓度，并在不到2小时的时间内衰减至该浓度的一半左右。⁹⁷它的大脑分布是异质的，⁹⁷氧化代谢的平行区域差异。⁹⁷鱼藤酮还可自由穿过所有细胞膜，并可在亚细胞器（如线粒体）中积累。在线粒体中，鱼藤酮通过抑制还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）而损害氧化磷酸化-泛醌还原酶通过其与电子传递链多肽酶复合物I的PSST亚单位结合而发挥活性。⁹⁸除了对线粒体呼吸作用外，鱼藤酮还抑制微管蛋白形成微管。^99,100这种效应可能与多巴胺能神经变性的机制密切相关，因为过多的微管蛋白单体可能对细胞有毒。^101,102有趣的是，与某些家族性帕金森病相关的蛋白parkin似乎与微管蛋白结合，从而增强错误折叠微管蛋白的泛素化和降解，而PD-linked parkin突变体缺乏这种作用。¹⁰³

鱼藤酮在细胞培养中被广泛用作线粒体的原型毒物，但在活体动物中使用的频率较低。胚胎中脑腹侧培养物暴露于鱼藤酮会导致严重的神经毒性，¹⁰⁴尤其是在存在小胶质细胞的情况下。¹⁰⁵在这两项研究中，多巴胺能神经元的标记物比γ-氨基丁酸（GABA）神经元的标记改变更多，表明多巴胺能神经细胞更容易受到这种损伤。在动物中，鱼藤酮是通过不同的途径给药的。如上所述，口服鱼藤酮对动物的神经毒性似乎很小。⁹⁵另一方面，全身给药通常会导致毒性和致死性，其程度与使用的剂量有关。向正中前脑束立体定向注射鱼藤酮会耗尽纹状体多巴胺和血清素。¹⁰⁶静脉输注鱼藤酮10-18 mg/kg·天治疗一周的大鼠显示双侧纹状体和苍白球损伤，特征是神经元丢失和胶质增生。¹⁰⁷在该研究中，黑质纹状体多巴胺能通路未受影响。¹⁰⁷同样，皮下注射鱼藤酮15 mg/kg或1.5 mg/kg一次或多次，虽然会导致死亡，但并不能影响小鼠纹状体多巴胺能含量。¹⁰⁸相反，Greenamyre和合作者^91,109发现大鼠静脉和皮下注射鱼藤酮2-3mg/kg·d，持续约3周，可引起黑质纹状体多巴胺能神经变性。通过定量分析，与溶媒对照组相比，鱼藤酮注入大鼠的黑质多巴胺能神经元数量减少了约30%。¹¹⁰这项研究还表明，中缘多巴胺能神经元的数量在鱼藤酮给药后保持不变，中边缘多巴胺能神经细胞的胞体位于腹侧被盖区（VTA）的黑质附近。¹¹⁰在大鼠纹状体中，注射鱼藤酮后多巴胺能纤维的平均损失估计为55%，¹¹⁰这与帕金森病一样，大于黑质多巴胺能神经元的丢失。尽管使用了完全相同的鱼藤酮方案，但在给定的实验中，大鼠纹状体多巴胺能损伤的严重程度似乎有很大差异，从无到接近完全。^91,109–112输注鱼藤酮后，纹状体中酪氨酸羟化酶阳性纤维的丢失要么是局部性的，在中央显示最大丢失区，要么是弥漫性的^91,109–112; 后者是否代表纹状体多巴胺能纤维网络比前者更严重的损伤尚待证实。值得注意的是，一些受损大鼠纹状体中心的局灶性丢失与PD不同，PD的纹状体背外侧象限通常受影响最大。

与6-OHDA和MPTP模型相比，在鱼藤酮注入的大鼠中，一些剩余的黑质多巴胺能神经元含有蛋白质内含物。^91,109,110与PD中的LB一样，这些内含物对泛素和α-突触核蛋白都具有免疫反应性，⁹¹通过电子显微镜观察，它们似乎由一个致密的核心和纤维外围元素组成。⁹¹同样，在帕金森病中，神经退行性变超出多巴胺能系统，⁷⁷鱼藤酮输注可使纹状体5-羟色胺转运体密度降低35%，蓝斑去甲肾上腺素能神经元减少26%，蒂核胆碱能神经元减少29%。¹¹⁰

虽然最初的描述性研究没有报告任何纹状体损伤，⁹¹大鼠纹状体中多巴胺调节的磷蛋白-32投射神经元、胆碱能中间神经元和减少的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）黄递酶阳性神经元的数量都因鱼藤酮的输注而显著减少。^110,111出乎意料的是，即使服用鱼藤酮的剂量不会损害大鼠黑质纹状体多巴胺能通路，Höglinger及其合作者¹¹⁰仍发现固有纹状体神经元明显缺失。值得注意的是，朱和合作者¹¹²发现鱼藤酮诱导的固有纹状体神经元丢失尤其发生在表现出上述中枢纹状体酪氨酸羟化酶免疫反应性丢失的大鼠。这些结果表明，鱼藤酮具有比最初想象的更广泛的神经毒性，与最初的争论相反，它并没有持续地保护纹状体突触后多巴胺能神经元。黑质纹状体多巴胺能神经元对鱼藤酮中毒也不优先敏感。

在行为上，鱼藤酮注射大鼠表现出活动性降低、姿势弯曲，在某些情况下还表现出僵硬¹⁰⁹甚至还有催化作用。¹¹³输注鱼藤酮四周后，大鼠的自发运动活动减少了70%以上。¹¹⁰虽然这需要独立的确认，但这些运动异常似乎可以通过服用左旋多巴逆转。¹¹⁴然而，据报道，一些没有黑质纹状体多巴胺能损伤的鱼藤酮灌注大鼠也表现出类似的运动异常。¹⁰⁹此外，不同剂量鱼藤酮的多巴胺能损伤指数与个别大鼠的运动行为无关。¹¹⁵因此，尽管鱼藤酮相关的运动异常非常显著，但它们是由黑质纹状体多巴胺能神经元的丢失引起的，这一点仍然值得怀疑，因此，必须谨慎使用这些行为改变作为PD症状的实验相关性。

根据这篇综述，可以得出结论，长期服用鱼藤酮对黑质纹状体通路的影响不一致且不可预测，要成为常规PD模型还有很长的路要走。除非这些问题得到解决，否则不太可能在这种模型中成功进行临床前神经保护研究。

神经毒性除草剂百草枯

强力除草剂百草枯(N个,N′-二甲基-4-4′-联吡啶）是另一种已知的通过氧化应激产生有害作用的原型毒素。事实上，正如其他地方回顾的那样，⁶百草枯毒性是通过细胞黄递酶（如一氧化氮合酶）的氧化还原循环介导的，¹¹⁶产生ROS。如前所述，⁶因此，百草枯的实际还原-氧化循环反应可以描述为图4到目前为止，已有多起因摄入或皮肤接触而导致致命中毒的案例。¹¹⁷多年来，使用百草枯的实验研究主要关注其对肺、肝和肾的影响，可能是因为这种除草剂在这些器官中诱导的毒性导致急性接触后死亡。然而，在死于百草枯中毒的患者中，大脑受到了严重损伤^118,119尽管百草枯很难自发穿过BBB。¹²⁰此外，流行病学研究表明，接触百草枯会增加PD的风险，¹²¹提出百草枯可能是环境帕金森毒素的可能性。与此一致，需要指出的是，百草枯与MPTP有毒代谢物1-甲基-4-苯基吡啶（MPP）具有惊人的结构相似性⁺) (图5).

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图4。

百草枯的还原氧化循环反应。

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图5：。

MPP化学结构比较⁺和百草枯。经Przedborski和Ischiropulos许可使用。活性氧和氮物种：帕金森病模型中神经元破坏的武器。抗氧化剂氧化还原信号7:685–693. 版权所有©2005，Mary Ann Liebert，Inc.。保留所有权利。⁶

对小鼠进行全身注射后，结果令人困惑。一些研究人员发表了百草枯治疗小鼠纹状体多巴胺能神经纤维和黑质神经元胞体运动活性降低和剂量依赖性丢失的研究结果。¹²²很明显，在这种情况下，百草枯确实是通过我-中性氨基酸转运，作为动物的预处理我-缬氨酸或我-苯丙氨酸完全阻止了神经变性。¹²³然而，其他研究人员最初未能在同样治疗的小鼠中发现任何行为异常或黑质纹状体多巴胺能通路损伤，^124,125但后来¹²⁵他们还发现注射百草枯的小鼠出现选择性黑质多巴胺能细胞丢失。¹²⁶除了这一令人困惑的方面外，必须强调的是，在百草枯治疗的小鼠的额叶皮层和中脑腹侧以及黑质神经元中的α-突触核蛋白阳性内含物中，α-突触素水平均升高。¹²⁷就所观察到的α-突触核蛋白上调而言，它可能不是百草枯诱导的神经毒性的有毒介质，因为表达高水平野生型或突变型α-突触核蛋白的转基因小鼠的多巴胺能神经元似乎比非转基因小鼠对百草枯更具抗药性。¹²⁸尽管如此，我们不能排除在这些组成型转基因动物中可能发生了代偿机制，因此混淆了对高水平α-突触核蛋白可能对多巴胺能神经元的作用的解释。鉴于α-突触核蛋白表达增加本身对人类多巴胺能神经元有害，这一警告尤其重要。¹²⁹多巴胺能神经元死亡与α-突触核蛋白上调和聚集的关系表明，百草枯模型对于再现PD样病理学（例如，黑质细胞丢失和突触核素病理学）非常有价值。虽然活性氧无可争辩地参与百草枯杀死多巴胺能神经元的有害机制，但在这个模型中，氧化应激和细胞死亡之间的分子联系仍然未知。然而，百草枯似乎可以触发c-Jun N末端激酶（JNK）、c-Jun和caspase-3的顺序激活在体外和体内,¹³⁰提示JNK信号通路可能介导百草枯诱导的神经退行性变。

值得一提的是，在与百草枯重叠的地理区域中使用的杀菌剂亚乙基二硫代氨基甲酸锰（Maneb）已被证明可降低小鼠的运动活性，并增强百草枯对小鼠黑质纹状体通路的影响。^124,125在这些研究中，百草枯和代森锰锌联合暴露对多巴胺能系统的影响比单独使用这两种化学物质更大。^124,125然而，在这些研究中，作者没有评估除多巴胺能神经元外的神经元群体的表型标记。因此，注射百草枯后GABA能神经元、胆碱能神经元甚至星形胶质细胞是否也受到影响尚不清楚。因此，目前尚不清楚观察到的百草枯/Maneb细胞毒性是否真的针对多巴胺能系统，因此可以被视为PD的可靠实验模型。有趣的是，Maneb还被用于多项研究，以确定环境毒物对发育中大脑的产前或产后侮辱是否会导致涉及黑质纹状体多巴胺能通路的成年性神经变性过程。^131,132

结论

本综述总结了帕金森病四种最常见毒性模型的显著特征。虽然此处所述的四种神经毒素都被认为会杀死多巴胺能神经元，但它们都会产生特定的临床或神经病理学异常，使它们彼此不同。正如我们在本文中强调的那样，每个模型都有优点和缺点，没有一个模型适合代表所有方面或解决与PD相关的所有问题。因此，值得注意的是，所提出的模型都不完美，选择一种调查方法而不是另一种，必须完全取决于所要进行的调查的问题和类型。换句话说，在使用PD模型进行研究之前，我们必须始终问自己：哪种模型最适合解决待研究的问题？

致谢

参考文献