帕金森病腦網(wǎng)絡(luò)與恒河猴關(guān)聯(lián)模型的建立及疾病機(jī)制探索.pdf

1、帕金森?。≒arkinson's disease）是中老年人最常見(jiàn)的神經(jīng)退行性運(yùn)動(dòng)障礙。到目前為止，世界范圍內(nèi)尚沒(méi)有有效治愈此病的方法，這給帕金森病患者的日常生活，及其所在家庭以及社會(huì)都造成了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。帕金森病的病因和發(fā)病機(jī)制目前尚未徹底闡明，中腦黑質(zhì)區(qū)域內(nèi)多巴胺能神經(jīng)元不可逆地進(jìn)行性丟失被認(rèn)為是帕金森病主要的病理生理基礎(chǔ)。目前帕金森病的一線(xiàn)治療方法是長(zhǎng)期藥物治療，對(duì)于藥物治療效果不理想的患者，二線(xiàn)治療是深部腦刺激治療，遺憾的是，兩種

2、治療方法建立多年來(lái)，效果均一直難以令人滿(mǎn)意。
　　制約近年來(lái)帕金森病研究的可能原因，一是腦結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性，超越了既往傳統(tǒng)研究方法和理論所能把握的范圍;二是目前的帕金森病動(dòng)物模型仍然存在著諸多問(wèn)題，不利于預(yù)測(cè)已有研究結(jié)果在人類(lèi)患者上的應(yīng)用效果。因此，發(fā)展或引入新的基本理論和更好的驗(yàn)證工具，可能為突破目前帕金森病研究的瓶頸提供新的動(dòng)力。故而本研究擬在基本理論和動(dòng)物模型兩方面進(jìn)行嘗試，對(duì)其進(jìn)行一些新的構(gòu)建。
　　在基本理論方面

3、，隨著對(duì)腦研究的不斷推進(jìn)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到大腦作為目前已知最為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之一，具有極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能。越來(lái)越多的研究表明，很多大腦的高級(jí)功能，無(wú)論是運(yùn)動(dòng)、記憶或是情感，都承載于不同層次的神經(jīng)環(huán)路和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，因此，尋找更合適分析這類(lèi)問(wèn)題的新分析方法，便成為一種新的探尋腦及其疾病的重要方向。
　　鑒于此，本研究分析了現(xiàn)有的神經(jīng)示蹤數(shù)據(jù)庫(kù)（也即構(gòu)建腦解剖網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)）的基本現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)目前尚缺乏一種整合不同研究數(shù)據(jù)的方法，因而

4、難于獲得較大規(guī)模的可分析的腦解剖網(wǎng)絡(luò)。為此，本研究首先提出一套能夠整合不同來(lái)源的連接數(shù)據(jù)的算法，從而全面地利用了現(xiàn)有的連接數(shù)據(jù)，生成了首個(gè)可用于后續(xù)分析的恒河猴全腦宏觀(guān)網(wǎng)絡(luò)模型。在此過(guò)程中，本研究使用統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的方法證實(shí)了模型中的不確定性部分對(duì)最終結(jié)論的影響較小，模型適用性好。在此基礎(chǔ)上，本研究依據(jù)現(xiàn)有對(duì)帕金森病病理生理機(jī)制的認(rèn)識(shí)，在該網(wǎng)絡(luò)模型中模擬了進(jìn)展期帕金森病的腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);再次，基于正常與帕金森病的全腦網(wǎng)絡(luò)模型，本研究運(yùn)用圖論等基本

5、原理和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法，初步描述并比較了理論模型中帕金森病發(fā)病前后腦網(wǎng)絡(luò)各個(gè)腦區(qū)的改變，并利用降維方法給出了帕金森病全腦網(wǎng)絡(luò)層面各腦區(qū)的變化模式。簡(jiǎn)單地說(shuō)，結(jié)果顯示各個(gè)腦區(qū)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中心性發(fā)生了不同的改變，如尾狀核和殼核的輸出角色明顯降低;蒼白球的中介角色明顯增加;杏仁核的接收角色明顯降低;其它腦區(qū)，如前額葉（包括運(yùn)動(dòng)前區(qū)）、丘腦、丘腦底核、海馬、視皮層以及島葉等也按各自的模式出現(xiàn)相對(duì)明顯的中心性改變。
　　建立了合適的網(wǎng)絡(luò)分析方

6、法后，我們能夠方便地將帕金森病的腦網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┯?jì)算分析的數(shù)學(xué)模型。然而，僅將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型是不夠的，還需要將模型計(jì)算出的結(jié)果在與之對(duì)應(yīng)的可靠的動(dòng)物模型上進(jìn)行驗(yàn)證。因此，開(kāi)發(fā)與計(jì)算模型相匹配的動(dòng)物模型也對(duì)來(lái)來(lái)的研究非常重要。在各種動(dòng)物模型中，非人靈長(zhǎng)類(lèi)模型有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)，因而適合于作為可靠的驗(yàn)證工具。
　　因此，在動(dòng)物模型方面，本研究首先闡述了現(xiàn)有非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物模型存在的問(wèn)題，諸如帕金森病細(xì)胞損傷不完全，病理性的神經(jīng)損

7、傷和癥狀體征無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定，難以避免消化系統(tǒng)損傷及其它急慢性不良反應(yīng)，癥狀和發(fā)病進(jìn)程的個(gè)體差異很大，建模時(shí)和成模后基本生理狀況很差，死亡率高等。各種問(wèn)題背后實(shí)質(zhì)上體現(xiàn)了造模過(guò)程的“特異性不足”，這也正是動(dòng)物模型需要與計(jì)算模型相銜接的“接口”。為解決此問(wèn)題，本研究分析并選用1-Methyl-4-phenylpyridinium iodide(MPP+)的生理鹽水溶液作為損毀藥物，特別設(shè)計(jì)了可同時(shí)滿(mǎn)足給藥方便、周邊損傷小、特異性高的給藥路徑，

8、通過(guò)改進(jìn)的磁共振輔助的立體定位技術(shù)，將MPP+精確地送入恒河猴一側(cè)黑質(zhì)和紋狀體內(nèi)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)猴進(jìn)行長(zhǎng)期的研究人員回避的行為錄像，定期進(jìn)行的體重測(cè)量、呼吸計(jì)數(shù)和靜脈血檢驗(yàn)等相關(guān)指標(biāo)的采集和分析，以及最終的病理切片和免疫組化，證實(shí)了通過(guò)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，恒河猴一側(cè)黑質(zhì)-紋狀體通路中的多巴胺能神經(jīng)元可以獲得精確和完整的損毀，而不影響臨近的多巴胺能通路;其相關(guān)癥狀可以保持長(zhǎng)期（至少28周）穩(wěn)定，基本情況可以保持長(zhǎng)期（至少28周）良好。其建模

9、的快捷性、特異性、安全性?xún)?yōu)于現(xiàn)有模型，更適宜進(jìn)行長(zhǎng)期“無(wú)毒”的細(xì)胞移植研究和行為任務(wù)研究。
　　本研究提供的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物模型，具有同樣的特異性和可操作性，可以在完整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中特異性的對(duì)某一節(jié)點(diǎn)或通路進(jìn)行精確干預(yù)，因而兩者可以方便地聯(lián)合使用，達(dá)到相互解釋和預(yù)測(cè)的目的。在理論計(jì)算和實(shí)際驗(yàn)證層次上，同時(shí)提供高效特異的控制變量，將為未來(lái)的研究提供更多和更加科學(xué)的可能性。綜上，本研究提供的新型帕金森病模型（體系），為未來(lái)帕金