PD의 주요 신경 병리학 적 특징은 흑질파 콤팩타 (SNc)에서 도파민성 뉴런의 만성 진행성 신경 변성과 α 시누클레인 단백질을 함유 한 Lewy 바디의 존재^입니다1. SNc 도파민성 뉴런이 악성협 경로를 통해 축삭돌기를 선조체로 투사함에 따라, SNc에서 뉴런의 신경변성은 선조체²에서 도파민성 결핍을 초래한다. 선조체에 도파민이 없으면 PD의 주요 운동 증상 인 운동 운동 (느린 움직임), 서동 운동 (운동 시작의 어려움), 근육 경직 및 휴식시 떨림^3,4,5.

PD의 발병에 관여하는 분자 및 생리학적 메카니즘이 아직 완전히 이해되지 않았기 때문에, 현재 이용가능한 주요 치료법들은 약물요법, 심뇌 자극^6,7, 유전 요법⁸, 및 세포 이식⁹을 통해 운동 증상을 완화시키려고 노력한다. 따라서, 전임상 연구는 PD의 발병에 관여하는 기전을 밝히고 ^PD10에 의해 영향을 받는 뉴런의 퇴행을 예방하거나 정지시키기 위한 조기 진단 및 새로운 치료법을 위한 새로운 방법론을 발견하는 데 필수적이다.

동물 모델은 실험실에서 인간의 병리학을 시뮬레이션하는 데 널리 사용되어 의학 및 과학의 발전에 기여합니다.^11,12,13,14. 그러나 동물 모델의 올바른 선택이 연구의 성공을위한 기본이라는 것을 강조하는 것이 중요합니다. 따라서 동물 모델은 세 가지 주요 측면에서 검증되어야합니다 : i) 동물 모델이 인간 병리학의 특성을 가져야하는 얼굴 타당성; ii) 동물 모델이 견고한 이론적 근거를 가져야하는 건설적인 타당성; iii) 동물 모델이 임상 치료와 유사한 방식으로 치료에 반응해야하는 예측 타당성.

현재, 몇몇 동물들이 PD를 위한 동물 모델로서 사용되고 있다. 주요 그룹에는 설치류, 영장류, 미니 피그, 개 및 고양이와 같은 포유류 및 초파리 및 제브라 피쉬와 같은 다른 그룹이 포함됩니다. 설치류는 PD를위한 가장 고전적인 동물 모델이며 취급 및 유지 보수의 용이성으로 인해 가장 많이 사용됩니다. 또한, PD의 해부학 및 분자, 세포 및 약리학적 메카니즘은 설치류 및 인간에서 유사하다¹⁵.

2019 년 Kin과 동료들이 발표 한 리뷰는 2000 년대에 PD에 사용 된 주요 동물 모델 방법론을 분석한 결과, 가장 많이 사용되는 동물 모델은 6-하이드록시도파민 (6-OHDA) 및 1-메틸-4-페닐-1,2,3,6-테트라하이드로피리딘 (MPTP)과 같은 신경 독소와 관련이 있음을 발견했습니다. 두 신경독소 모두 니그로스트리아 경로의 도파민성 뉴런에서 미토콘드리아 조절 장애를 일으켜 세포 사멸을 초래합니다¹⁶. 널리 사용되는 또 다른 모델은 PD의 발병에 관여하는 특정 유전자의 돌연변이를 통한 유전자 조작을 포함하며, 이는 미토콘드리아 조절 장애를 일으킨다¹⁷. 신경독소 모델은 일반적으로 치료제를 평가하고 비교하는 데 사용되는 반면, 유전자 모델은 예방 요법 및 특발성 ^PD15의 개발을 연구하는 데 사용됩니다.

신경독소 MPTP는 일곱 명의 환자가 이 물질을 사용한 후 1980년대 중반에 파킨슨증을 일으키는 것으로 밝혀졌으며 심각한 PD 증상을 나타내었다. 증상 외에도 환자들은 L-DOPA로 치료하여 연구원이 분자를 PD에 직접 연결하게했습니다. 이 사건이 1986년에 발표된 후, 몇몇 연구자들은 전임상 PD 연구¹⁸에서 MPTP를 사용하기 시작했다. 연구자들은 친유성 분자 인 MPTP가 혈액 뇌 장벽 (BBB)을 통과하여 MPP ^{+ 19}로 전환 될 수 있음을 발견했습니다. 이 독성 물질은 뉴런 내부에 축적되어 미토콘드리아 호흡 사슬의 복합체 1에 손상을 일으켜 도파민성 뉴런²⁰의 죽음을 초래합니다.

6-OHDA 신경독소 모델은 ¹⁹⁶⁸²¹년 니그로스트리아 경로의 모노아민 뉴런의 변성을 유도하기 위해 처음 사용되었다. 6-OHDA 모델은 도파민 유사체이며 카테콜아민 함유 세포에 독성이 있기 때문에 nigrostriatal 경로에서 신경 변성을 일으키는 데 일반적으로 사용됩니다. 6-OHDA가 뇌에 들어간 후, 도파민성 뉴런에서 도파민 수송체 (DAT)에 의해 흡수되어 nigrostriatal 경로의 퇴행을 초래할 수 있습니다²². 6-OHDA는 BBB에 침투하지 않기 때문에, 뇌출혈성 입체택시 주사²³을 통해 직접 투여되어야 한다. 노르아드레날린 재흡수 억제제는 종종 6-OHDA 미세주사와 결합하여 노르아드레날린 섬유를 보존하고 도파민성 뉴런의 보다 선택적 변성을 제공합니다²⁴.

DAT가 6-OHDA를 섭취한 후, 뉴런의 시토졸에 축적되어 반응성 산소 종(ROS)을 생성하고 세포 사멸을 유도합니다¹⁵. 6-OHDA의 세 가지 상이한 병변 모델이 빈번하게 사용된다: i) ^SNc25,26에 대한 병변; ii) 선조체에 병변^27,28; iii) ^MFB29,30에 대한 병변. 선조체에서 발생하는 병변은 SNpc에서 도파민성 뉴런의 느리고 역행적인 퇴화를 초래한다. 대조적으로, SNpc 및 MFB에서 야기된 병변은 뉴런의 급속하고 총체적인 퇴행을 초래하여, 더 진행된 파킨슨병 증상으로 이어진다³¹.

6-OHDA의 일방적 또는 양측 주사는 도파민성 뉴런에서 신경 변성을 일으킬 수 있습니다. 6-OHDA가 항상 뉴런에 심각한 손상을 일으키는 것은 아닙니다. 때때로, 주사는 부분적인 손상을 초래하며, 이는 또한 ^PD32의 초기 단계를 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 일방적 인 주사는 암페타민 / 아포모르핀 유도 회전 및 스테핑 테스트²⁹와 같은 테스트를 통해 동물의 운동 결핍을 평가하고 세포 손실을 예측하는 모델의 능력으로 인해 더 일반적으로 사용됩니다. 양측 주사는 공간 기억과 인식을 평가하는데 가장 많이 사용된다³³.

암페타민/아포모르핀 유도 회전 검사는 nigrostriatal 경로에서 세포 손실을 예측하는 데 일반적으로 사용되는 행동 검사입니다. 도파민 작용제의 반복 투여가 6-OHDA-병변 동물에서 회전 거동을 강화시키는 과정으로 정의된다³⁴. 회전 거동은 일방적으로 병변 설치류에서 암페타민으로 유도된 동측성 회전 또는 아포모르핀-유도된 대측성 회전을 정량화하는 것으로 구성된다. 약물-유도된 회전 거동은 회전이 인간의 PD 증상과 일치하지 않으며 내성, 감작 및 “프라이밍”³⁵과 같은 변수에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 비판을 받아왔다.

프라이밍은 이러한 행동 테스트에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. L-DOPA의 단일 투여가 회전 거동에 실패를 초래하는 일부 사례가 보고되었다³⁶. 추가적으로, 암페타민-유도된 검정 및 병용 사용을 위한 아포모르핀-유도된 시험의 조합된 적용과 관련된 또 다른 중요한 인자는 상이한 작용 기작 때문에 상이한 종점을 측정하고, 상이한 신호전달 메커니즘 및 경로의 불활성화를 반영한다는 것이다. 또한, 암페타민 유도 검사는 50-60 % 이상의 nigrostriatal 병변을 측정하는 것이 더 정확하지만 아포모르핀 유도 검사는 80 % 이상의 병변에 대해 더 정확합니다 ³⁷.

스테핑 테스트는 도파민성 뉴런 변성 및 치료 효과와 관련된 결핍을 나타내는 행동 테스트로 등장했습니다. 그것은 약물 유도 절차없이 도파민성 뉴런에서 6-OHDA 병변에 의해 야기 된 무감각증의 분석을 가능하게합니다. 또한이 테스트는 Olsson et ^al.35에 의해 처음 설명 된 1995 년부터 잘 확립되고 일반적으로 사용되었습니다. 1999 년 Chang et ^al.38 은 또한 스테핑 테스트에서 쥐의 성능을 6-OHDA에 의한 퇴화 수준과 분석하고 비교했으며 스테핑 테스트에서 더 나쁜 성능을 수행 한 동물도 도파민성 뉴런의 더 중요한 변성을 가지고 있음을 발견했습니다.

스테핑 테스트는 6-OHDA 병변 쥐에서 심각한 도파민성 nigrostriatal 손상을 예측하는 훌륭한 방법입니다. 증거에 따르면 SNc의 도파민성 손실 정도가 >90 % ³⁹ 일 때 스테핑 테스트 중에 6-OHDA 주입의 대측성 앞다리에 운동 결핍이 나타납니다. 이 논문은 쥐의 MFB에 6-OHDA를 일방적으로 주입하기 위해 입체 택시 수술을 수행하는 데 사용되는 프로토콜, 방법론 및 재료와 스테핑 테스트를 통해 독소에 의해 유발되는 도파민성 병변을 예측하는 방법에 대해 설명합니다.