臨床前研究：讓老鼠物盡其用

       在失敗的轉化實驗中，老鼠作為最令人不安的因素之一承擔了過錯。即便動物實驗證明一種療法是安全和有效的，但當用于人類時，仍有超過80%的潛在療法失敗。動物模型通常被譴責為檢驗一種實驗藥物能否成為有效療法的欠佳預測變量。然而，真正的原因往往是臨床前研究并未進行嚴格設計。

　　對于一種潛在療法的一系列臨床試驗需要花費數百萬美元，人力成本甚至更大：絕癥患者可能只有一次機會嘗試一種未經證明但具有希望的治療方法。臨床試驗通常需要患者投入1年甚至更長時間到治療中，并且在試驗中他們不被允許同時選擇其他試驗。美國馬薩諸塞州肌萎縮側索硬化癥（ALS）治療發展研究所首席科學顧問Steve Perrin表示，啟動沒有扎實動物數據支持的臨床試驗從而讓患者置身治療測驗之外,可能是一個更好的成功機會。

　　ALS是一種致命的神經變性疾病，也被稱為路格里克氏病或運動神經元病。《自然》雜志撰文指出，在過去10年里，大約有12種ALS實驗療法進入臨床試驗階段。在動物模型中，所有這些療法都被證明能緩解疾病。但除了1種以外，這些療法在臨床試驗中全部失敗。

　　在ALS治療發展研究所，Perrin及其同事利用小鼠模型測試了超過100種治療ALS的潛在藥物（大部分尚未發表）。在相同的小鼠模型中，其中一些藥物能減緩疾病的發展。這些藥物中有8個最終在涉及數千人的臨床試驗中失敗。

　　經歷了近10年的確認工作后，ALS治療發展研究所出臺了指導方針，以期能降低臨床前試驗中的假陽性結果，從而阻止無根據的臨床試驗。這些建議也適用于其他疾病，其條款包括：嚴格評估動物的生理和生物化學特性，生產數學模型輔助實驗設計，例如一個實驗中應當包含多少只老鼠等。“這種簡單步驟被忽略的頻率令人驚訝。”Perrin說。例如，很難找到一篇文章論述臨床前動物實驗是由統計模型支持的，以便將實驗噪音最小化。

　　Perrin提到，雖然這些前期工作成本高昂、耗費時間，并且本身不會產生新療法，但是如果沒有這些前期投入，臨床試驗所消耗的資源可能更多，生命也可能逝去。

　　了解動物

　　ALS治療發展研究所的科學家研究證明了動物學模型最初的生理學描述如何難以包含動物的所有特征。ALS的發展過程以支配骨骼肌神經元的退化為特點。基因測序和遺傳研究暗示，RNA結合蛋白是維持運動神經健康的關鍵因素。表達RNA結合蛋白TDP43的一種突變形式的小鼠模型能顯示ALS的特征：運動神經元喪失、蛋白質聚集和漸進式的肌肉萎縮。

　　但是，有關這些老鼠的進一步研究揭示出重要的不同。在患者（和建立的小鼠模型）中，麻痹會隨著時間加重。但Perrin及同事并未在TDP43突變的老鼠身上觀察到這一進程。研究人員表示，步態和握力測量顯示，它們的肌肉虧損實際上是輕微的，尸體解剖也發現，這種動物不是死于肌肉萎縮，而是由腸平滑肌退化引發的急性腸梗阻。

　　盡管現有的TDP43突變老鼠在研究針對特定疾病機理的藥物的效果方面可能有用，但顯示出的藥物延長生命的能力很可能與人類并不相干。“使用動物模型進行轉化研究的科學家必須開始警惕。”Perrin說。

　　消除噪音

　　ALS治療發展研究所的研究人員對近5500只老鼠進行了薈萃分析，在過去4年中，這些老鼠被用于治療或對照組研究。所有老鼠的SOD1基因都有特定的缺陷，10%的ALS遺傳患者出現了該基因的突變。相關研究工作發現了在動物身上的所有意外變異及控制方法。

　　大約90%的老鼠的平均壽命為134天，上下浮動10天。在對存活時間更短或更長的老鼠進行仔細觀察后，研究人員發現一些因素會使該數字產生相當大的噪音，并且可能導致假結果的出現。至關重要的是，理解這種變化需要仔細監控數以百計或幾代老鼠。

　　其中一個因素是無法排除動物死亡與所研究的疾病無關。另外，科學家也無法將同窩出生的幼鼠分離到控制組和治療組，也沒有將性別包含在統計分析內。雄性SOD1老鼠癥狀出現時間要比雌性早1周，死亡也早1周。鑒于1周相當于4%的可變生存率，這種差異很容易被誤解為是藥物的效用。

　　還有一個因素是引發疾病的基因。通常，一群實驗設計鼠繁殖的后代，疾病顯型可能消失。對于包括ALS在內的多種疾病而言，動物模型攜帶致病基因的多個副本，而這些復制基因通常不是通過細胞分裂產生配子等穩定方式傳遞的。因此，常規基因分型實驗對確保老鼠后代的轉基因副本沒有變少且疾病沒有減緩至關重要。

　　Perrin及同事曾數次發現這種情況。2010年，所有的TDP43突變老鼠在200天里死亡。研究人員從這些老鼠的繁殖后代中選取老鼠進行了觀察，結果它們能活400天，并且沒有顯示疾病特征。為了完成TDP43突變老鼠的特征描述工作，研究人員花費數月時間回交了老鼠種系，以創建穩定的顯型。Perrin提到：“特征描述能標記更精細的轉化問題。”

　　另外，對于旨在預測延長存活或減緩癥狀發展等療法效益的研究而言，一種數字模擬法合乎規程。這能將動物模型中觀察到的典型變異結合進計算多少動物應被分配給實驗組。根據Perrin等人的計算，高變量動物模型中，每組需要數百只動物。

　　而且，在評估一種藥物的療效之前，研究人員將能調查動物可以忍受什么、藥物是否能到達相應的組織以及藥物在體內會多快代謝掉或退化。研究人員預計，要描繪分子的毒性特征需要花費3萬美元和6~9個月時間，而評估是否能到達相應組織和有足夠的半排出期則反映了潛在效用。

　　如果這些結果是有前途的，那么檢測一種藥物是否能延長動物壽命是有保證的——每劑藥物將花費10萬美元并需要12個月。至少要檢測3劑，才能有助得到真實的藥物反應，并設置合理的劑量水平。

　　因此Perrin表示，即使假設動物模型已經被充分描述，還須投入33萬美元以確定單個藥物是否能治療人類疾病。研究人員表示，這似乎是值得的，一個藥物經過臨床試驗階段需要數千名患者，并花費數年時間和數百萬美元。

　　共同努力

　　“隨著學術實驗室將注意力轉移到轉化研究中，描述動物模型特征的重擔便落在它們身上。”Perrin說。雖然與臨床試驗相比，這筆投入所需的時間和經費遠遠超過了任何一個實驗室的預期。“這些責任和產生的小鼠模型應該共享。”他說，“起碼研究人員應該將新動物模型放置在公共知識庫中，以便其他研究小組能重復該工作。”

　　另外，公共和私人機構也應該資助這些特征描述研究，并將其作為特定項目。一個好例子是阿爾茨海默氏癥神經影像創新計劃，它是一個旨在尋找該疾病的診斷生物學標記的大型合作研究。

　　競爭性招標和階段性支付將促使科學家使用合格實驗組進行必要的實驗，并得出普遍有效的結果。不過，“這種單調的工作將不會直接帶來突破或療法，并難以符合一般撥款計劃或研究生訓練項目的目標”。Perrin說，但如果沒有這些投資項目，更多的患者和資金將被浪費在那些不提供信息或令人失望的臨床實驗中。