帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种发生于人类中老年中枢神经系统的疾病,动物并不自然发生该病。给动物使用不同的神经毒素如6-羟基多已胺。甲基安非他明、1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢砒啶(MPTP)以及Fe2可模拟出该病的某些特征。PD的运动症状和相应的病理变化可在动物如小鼠、大鼠、灵长类等观察到,大量的研究表明,中脑双侧苍白球和黑质DA能神经元坏死是PD的主要病理学改变。
1957年,Carlsson等首先描述了利血平可耗竭儿茶酚胺和5-羟色胺,并导致小鼠运动障碍。这种改变可被左旋多巴(L-dopa)拮抗,标志着第一个PD动物模型的建立。所有这些观察对于理解PD基底核多巴胺神经元的破坏和多巴胺(dopamine,DA)的耗竭做出了重要贡献,从而奠定了左旋多巴治疗PD的基础。
PD是为数不多的已经建立了较好的动物模型的神经系统疾病之一。这些模型对于理解PD的发病机制、寻找新的抗PD药物做出了巨大的贡献。再合适的动物模型也不可能等同于人类的PD,但利用一个合适的动物模型,人们能够:(1)筛选出可*的、新的、作用强的药物:(2)阐明这些药物的作用机制:(3)阐明人类相应疾病的病理生理机制。下面简单介绍几种最重要的PD在体(in vivo)模型。
一、6-羟基多巴胺(6-hydroxydopamine,6-OHDA)模型
(一)6-OHDA及其动物模型简介
最常用的是大鼠6-OHDA模型。6-OHDA是第一个选择性破坏儿茶酚胺神经系统的工具药。当6-OHDA局部注射到黑质或纹状体后,某些胺类摄取系统误将它作为内源性儿茶酚胺(DA、去甲肾上腺素)来利用(Sachs & Jonsson l975)。
1.神经病理和神经化学变化
神经毒素6-OHDA的作用是在研究自主神经系统时首次发现的。在自主神经系统中,6-OHDA可引起长达几个月的去甲肾上腺素的耗竭并选择性破坏去甲肾上腺素能神经末梢。外周给6-OHDA不能通过血脑屏障,而脑室内或脑实质内给小剂量的6-OHDA (150ug或8ug)会引起儿茶酚胺能神经元的选择性破坏,耗竭受损脑区的DA、肾上腺素和去甲肾上腺素,而其它神经递质的浓度并不改变。另外,进一步的生物化学和组织化学变化如几茶酚胺代谢产物减少、四氢吡啶(TH的辅助因子)减少。突触前膜再摄取儿茶酚胺的位点数目减少、TH免疫组化阳性反应神经元减少等,表明有儿茶酚胺能神经元破坏。组织化学研究证实了6-OHDA对儿茶酚胺能神经元毒性作用的特异性。同时应用去甲肾上腺素高亲和力转运系统的抑制剂(如去甲丙咪嗪)可某种程度改变这种特异性,使损伤局限在DA能神经元。
2.单侧损毁后的行为学变化
因为6-OHDA并不能透过血脑屏障,所以它必须是脑室内或脑内直接注射。将6-OHDA注射到黑质致密部或纹状体,能产生DA能神经细胞的选择性的和永久性的破坏。若双侧黑质破坏,动物不仅运动障碍,而且出现吞咽困难和不渴症,不得不人工胃管饲养来维持动物生存。
大鼠单侧纹状体或黑质内注6-OHDA,引起同侧DA能神经元的广泛死亡及纹状体内DA的耗竭,现已成为PD研究的常用实验动物模型(During等,1992)。此模型在用药后2周左右即可出现不对称运动行为。外周给下列药物如DA受体激动剂L-DOPA和促DA释放剂等之后,身体纵轴出现明显的不对称表现并引发特征性的旋转行为,此行为可被定量。卜DOPA和DA受体激动剂如嗅隐亭能引起动物向对侧旋转(未受损一侧),而促DA释放剂如安非他明(Ampheltamine,AMPH)和金刚烷胺引起动物向同侧旋转(受损伤一侧)。例如,DA减少90%以上的大鼠,腹腔注射阿朴吗啡(Apomorphine,APO)1mg/kg后,向对侧旋转,4分钟内超过20圈(Hefti等, 1980)。
引起PD动物慢性旋转行为的可能机制是:(1)黑质DA能神经元变性引起纹状体内突触后膜DA受体超敏。损毁侧DA受体对激动剂的敏感性比对侧高。(2)促DA释放剂可刺激未受损一侧纹状体内的DA受体而不是损毁侧的受体。(3)纹状体的传出纤维抑制同侧的运动活动,纹状体内DA受体兴奋可抑制纹状体传出纤维的活动。这样, DA受体可增加运动活动,如果直接使用DA受体激动剂,受损侧超敏的DA受体的反应比健侧强,引起损毁侧更强的运动活动,导致动物向健侧(对侧)旋转。另一方面,促DA释放的药物主要刺激健侧DA受体,引起动物向损毁侧(同侧)旋转。这种旋转行为可以明确区分某种药物是激动DA受体的还是引起DA释放的,但不能区分两种作用都有的药物。
通过观察和测量这种旋转行为,或通过一种称为“旋转测量仪rotometer”的特殊装置,很容易进行计算。旋转测量仪的应用更方便了同时测量儿只动物、计算机控制。作图、统计分析。嗅隐亭(bromocriptine)和其它的DA激动剂甚至L-多巴都能产生与APO相似的向健侧旋转行为,但它们在作用的持续时间、强度和效能方面有量的差别。
3.神经毒作用的机制
因为6-OHDA与其它儿茶酚胺结构类似,所以很容易被儿茶酚胺高亲和力转运系统转运到相应的神经元内。这种假设可以解释6-OHDA对儿茶酚胺能神经元的特异性神经毒作用。实际上己证实,大鼠单侧纹状体内注射6-OHDA,同侧黑质内TH免疫组化阳性反应的神经元数量明显减少长达10个月(Ichitani等,1994)。6-OHDA通过产生H2O2和羟自由基损伤黑质纹状体DA能神经元,据推测某些金属如铁产生过多可损伤神经元。核磁共振、神经化学、组织化学己证实,在6-OHDA损伤的大鼠纹状体内铁增加。此外,6-OHDA引起体内铁蛋白释放铁增加。己有证据表明,黑质内注射Fe3+产生的神经毒作用与注射6-OHDA相似,铁可使H2O2产生羟自由基(Sengstock等, 1992)。 6-OHDA的神经毒作用中还包括羟自由基的作用,间接证据是:
6-OHDA影响自由基清除系统,因此,6-OHDA不仅引起受染脑区谷胱甘肽(GsH)减少(纹状体内减少22%),而且引起SOD活性降低(纹状体内降低22%)。纹状体注6-OHDA后ma1ondialdehyde水平和conjugated dienes水平分别增加43%和40%。最近发现6-OHDA对线粒体氧化呼吸链中复合物1的毒性比MPP+强(MPP+是MPTP产生神经毒的活性形式)。MPP+抑制复合物I导致线粒体产生超氧自由基、H2O2和羟自由基。paraquat抑制复合物I也导致超氧自由基的形成。预先给铁离子螫合剂、维生素E和单胺氧化酶B(MAO-B)抑制剂se1egiline可部分或全部防止6-OHDA和铁的神经毒作用,这也间接证明有自由基形成(Cleeter等, 1992: Perumal等, 1992;Glinka等,1995)。
(二)6-OHDA损毁建立“完全”损伤PD模型
1.制备PD大鼠模型用液体
称1.8毫克6-OHDA,溶于含0.2%抗坏血酸的0.9%氯化钠溶液600ul中(浓度为3mg/ml),分装,-20℃避光保存,贮存不宜超过10天。使用时从-20℃中取出,置于冰上,避光,30分钟内用完。
2.操作步骤
Wistar大鼠,雌雄均可,体重200-250g。10%水合氯醛(4℃存放,不宜过久)3ml/kg,腹腔注射麻醉。约5分钟动物麻醉平稳后,将动物俯卧位固定于小动物立体定位仪上。上耳杆时注意对称和稳固,上牙齿固定于门齿棒上,并用压杆压往鼻骨。剪去头部顶毛,切开或剪开皮肤,范围为:两外耳道中线连线前后各0.5厘米。用眼科剪去除颅骨表面的结缔组织膜或用手术刀刮去,以使颅骨表面尽可能干净。少量出血时用于棉球压迫止血。稍候干燥,可见到颅骨表面呈白色,前囟、后囟清晰可见。
将注射用的10ul或25ul Hamilton微量注射器固定于立体定位注射仪上颅骨正上方,准备好牙科钻头,钻头直径0.8m1。损毁部位为单侧黑质或内侧前脑束。以前囟为标准参考点,进针点可选择左侧或右侧。有时前囟不清晰,可分别按压两侧的顶盖骨和额骨,在“按压一放松”的过程中,便可清晰见到前囟。依Paxson《The Rat Brain》图谱,注射部位的坐标为:第一点(mfb),门齿棒高于耳杆3.4mm。前囟后4.0mn1,中线左旁开0.8mm,颅骨表面下8.0mm:第二点(SNC),门齿棒低子耳杆2.3mm,前囟后4.l4mm,中线左旁开1.2mm,颅骨表面下7.8mm。用牙科钻钻开颅骨恰至软脑膜表面。用小号针头轻轻挑破软脑膜。此时注意最好不要用钻头直接钻破软脑膜,以免大量出血。每点注射6-OHDA溶液4ul(12ug),注射速度为lul/min,留针10分钟,缝合皮肤,将术后的大鼠置于安静保温处直至清醒,自由进食饮水。
3.模型检测
(1)行为学检测:依照国际通用的标准(Hudson等,1993),对注射过6-OHDA的大鼠,于术后第二周开始筛选。即每周一次腹腔注射APO(0.25mg/kg体重)诱导其向健侧旋转,共筛选3周,每次记录30分钟,旋转210圈以上者为PD大鼠。
(2)病理学检查:模型成功的动物,10%水合氯醛过量麻醉,开胸,经心脏从胸主动脉滴入(或经恒流泵输入)0.1mol/L的磷酸缓冲液(pH7.3-7.4))或l%的多聚甲醛(磷酸缓冲液配制)100-150m1,然后继续输入4%多聚甲醛(磷酸缓冲液配制)200ml以进行内固定。全脑取出后,继续在4%多聚甲醛溶液中浸泡24小时以上进行外固定。然后经30%蔗糖置换后,OCT包埋,快速冰冻切片,片厚10um。常规病理学检查,或进行酪氨酸羟化酶(tyrosine droxylase,TH)的免疫组化染色,观察DA神经元的数目。可见损伤侧黑质致密部DA神经元明显缺失,胶质细胞增生,残留神经细胞固缩,部分胞浆明显肿胀和空泡变。同侧纹状体内DA神经元末梢的TH反应性大为降低甚至消失。生理盐水对照组上述部位DA神经元与未受损侧相比,无显著差别。尾核、豆状核可无明显特异性改变。
(3)生化检查:动物迅速断头取脑,速冻至-70℃。采用立体定位方法穿刺得到损伤侧与未损伤侧纹状体组织标本(湿重大约0.3mg)。高效液相电化学法(HPLC-ECD)检测中脑黑质、纹状体DA、高香草酸(HVA)和3,4-二羟基苯乙酸(DOPAC)的含量。可见受损侧上述部位的DA、HVA、DOPAC含量均降低。
(4)实验数据统计分析方法:旋转行为及DA等含量测定结果采用配对,检验。
(三)6-OHDA损毁建立部分损伤PD模型
1.低剂量6-OHDA内侧前脑束或黑质注射
(1)操作步骤 Fisher大鼠,雄性,体重275g左右。腹腔注射水合氯醛麻醉后,按上述方法固定于脑立体定位仪上,切开皮肤,暴露前、后囟以确定注射部位。损毁内侧前脑束(MFB)者定位于前囟后4.0mm,中线旁开1.8mm,颅骨外表面下8.5mm:损毁黑质吻侧部者定位于前囟后5.0mn1,中线旁开2.0mm,颅骨外表面下7.5mm。注射6-OHDA剂量4ug,注射时间为1分钟,留针5分钟,然后慢慢退针(约2分钟)。缝合皮肤后,将大鼠放口笼中。
(2)模型检测 行为学检测:术后第三周,将大鼠腹腔内注射AMPH(5mg/kg),诱发大鼠向损伤侧旋转。于第四周,再次腹腔内注射APO(0.05mg/kg),诱发大鼠向健侧旋转。用自动旋转测试仪计数每次药物注入后90分钟内大鼠旋转次数。将AMPH诱发旋转大于200圈/小时,且APO诱发旋转小于60圈/小时者,定为部分损伤大鼠模型。(F.Junn等,1994)
(3)其它检测 病理学和生化检测同“完全”损伤PD模型。
2.6-OHDA纹状体内注射
(1)操作步骤
Sprague Dawley大鼠,雌性,体重225g左右,按上述方法麻醉,固定,暴露前囟。注射部位于左、右侧纹状体均可。定位参数以前囟和颅骨中线为参照。注射部位在前囟前1.0mm,中线旁开3.0mm,硬脑膜下4.5mm:注入6-OHDA剂量为20ug(溶解于3ul 0.9%的生理盐水中并加入0.2mg/ml的抗坏血酸)。注射时间约3分钟,留针3分钟后慢慢退出。
(2)模型的检测
旋转行为检测:术后一周,将大鼠腹腔内注射AMPH(5mg/kg)诱发大鼠旋转。计数90分钟内的旋转次数。于第三周,皮下注射APO(0.25mg/kg),诱发大鼠向健侧旋转。计数40分钟内大鼠旋转次数。AMPH诱发旋转在3圈/分钟者,可作为部分损伤PD模型。
迈步试验:选择一个1.1米长,倾斜放置的木板,木板的一端连通鼠笼。试验开始前3天,先让鼠对试验环境有所适应,并设法训练大鼠慢慢爬回到笼中。试验开始后,实验者一只手固定大鼠双后肢并轻轻上提,使其离开桌面,另一只手固定一侧前肢,让未固定的一侧前肢接触桌面。待该前肢自动移动时,开始计时。记录从开始迈步到回到鼠笼所需要的总时间。同时记录走过整个斜面的步数。然后,用斜面的长度除以步数即为步长。检测顺序为先左侧后右侧,并重复2次。
步态调整试验:研究人员用上述相同的方法固定大鼠后,向侧前方慢慢移动大鼠,使其在5秒钟内走完90 cm距离,记录大鼠所用的步数。然后再向侧后方移动大鼠,记录步数。检测顺序为先右侧后左侧。每天重复2次。正常大鼠对这种被动运动的反应是被检前爪出现一系列的调整步态,6-OHDA损伤大鼠健侧前爪这种步态调整的次数明显减少,而损伤一侧前爪往往不受影响。
熟练运用前肢的试验: 在一有机玻璃制成的方盒内,放置一个有7层台阶的斜梯,在斜梯的第2-5层台阶的两侧各放10粒大鼠饲料颗粒,每粒45mg重。动物禁食2天后置于试验盒中,使其熟悉试验环境并爬梯取食。然后连续测试7天。分别记录每次测试中大鼠抓取和吃掉的饲料颗粒数。(Deniz Kirik等,1998)
(3)其它检测
病理学和生化检测同,完全,损伤PD模型。
注:
(1)立体定位必须准确:定位的位置可参见图谱;有不同的选择。本文的尺寸只是其中之一
(2)为保证定位准确,必须反复多次注射染料后切片,加以验证。
(3)6-OHDA的质量:粉剂和配好的溶液不宜久存,原则上不能氧化为红色。最好现用现配,正待使用的6-OHDA溶液必需置于冰上,避光,30分钟内用完。
二、机械损伤的大鼠PD模型
6-OHDA损毁MFB造成的大鼠PD模型有两个明显的弊端:一是神经元急性死亡。6-OHDA注入后15分钟即可检测到DA含量的下降,在第30-60分钟时更加明显,3-5天内绝大多数神经元死亡。二是损伤严重。经APO诱发旋转7圈/分以上者,黑质内多巴胺能神经元的死亡率已经超过90%。可见这种模型对于研究多巴胺能神经元慢性进行性病变的全过程不甚理想。但由此得到启发,人们发现机械损伤MFB同样可以造成黑质内的多巴胺能神经元变性坏死,并且这种变化呈现慢性、进行性过程。已经建立的造模方法有MFB轴突切断术(medial forebrain bundle axotomy)和中脑半切术(hemitransection of midbrain)。
(一)大鼠MFB切断术:
1.操作步骤
Wistar大鼠,雌性,体重185-210g。常规注射水合氯醛麻醉后,置于Kopf立体定位仪上固定。切开皮肤,暴露颅骨前囟。选择部位在前囟后3.8mm,中线旁开2.4mm处打孔。将Kopf公司(Kopf Instruments,Tuyunga,CA,USA)生产的可伸缩电线刀(retractable wire knife)垂直伸入孔内达颅骨平面下8mm处,固定外套管,将电线刀的刀刃由外套管中推出2.0-3.0mm。上提电线刀约2.5mm,然后下放回原处。再重复一次,以保证MFB充分切断。然后回收刀刃,退出电线刀。缝合皮肤(Lapchak PA等,1993)。
2.模型检测
(1)旋转行为学检测:术后4周,将大鼠腹腔内注射AMPH(5mg/kg)诱发大鼠旋转。计数90分钟内的旋转次数。
(2)其它检测:病理和生化检测与6-OHDA损毁模型同。
(二)中脑半切术(hemitransection of midbrain)
1.操作步骤
SD大鼠,雌雄不拘,体重200-250g。常规方法麻醉,立体定位仪上固定和暴露颅骨前后囟。在前囟后1mm,中线旁开0.5mm处打孔。将以特制的4mm宽的刀,沿与颅骨成68度角的方向,斜插入9mm,然后将刀退出。缝合皮肤。(Toffano G等,1984)
2.模型检测
(3)旋转行为学检测:术后8周,皮下注射APO(0.25mg/kg),诱发大鼠向健侧旋转。
(4)其它检测:病理和生化检测与6-OHDA损毁模型相似。
注:
1.有报道表明MFB切断后18和19天后黑质多巴胺能神经元存活率分别为44%和 50%(Knusel B等,1993; Lapchak P A等,1993)此时可模拟早期PD的病理改变。
2.逆行追踪显示MFB切断的成功率为92-99%。可见用该方法造模成功率高,较为经济。 3.MFB切断后,黑质多巴胺能神经元呈现渐进性地死亡,可以模拟PD病理变化的全过程,对于研究神经元的再生和PD的预防作用尤为合适。
4.切断术后短时间内,损伤的程度不严重,用APO难以诱发出大鼠的旋转行为。诱发这种异常旋转行为要在损伤后相对较长的一段时间内(约2月以上)。
三、1一甲基一4苯基一1,2,3,6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)模型
(一)MPTP及其模型简介
MPTP的毒性作用最早不是在动物而是在几位年青的吸毒者上发现的(Longston et a1. 1983)。
1979~1982年期间发现,一群有毒瘾的加利弗尼亚年轻人,因吸食新合成的海洛因而患上了严重的不可逆的PD,这些人出现了典型的PD症状,并且用L-DOPA及DA受体激动剂治疗有效。
分析新合成的海洛因时发现,这种海洛因不仅含有25%的1一甲基一4一苯基一4一丙酰氧基吡啶,而且还含2.9%的MPTP。随后在不同动物上均证实了MPTP导致PD的能力;生物化学和组织化学研究证明,MPTP引起的人的PD完全符合临床所见PD所有的显著特征;MPTP在实验动物上可完全再现PD病人的各种症状,所以,MPTP处理的动物可作为一种理想的PD模型(Ger1ach等, 1991; Tipton等, 1993)。
1. 影响MPTP毒性作用的因素
实验动物的种类:外周使用MPTP可对多种动物产生神经病理学影响,包括小鼠、猴、狗、猫、羊、金鱼。值得注意的是,动物种属对MPTP毒性作用的敏感性有明显的差别。不同的MPTP剂量对不同的实验动物纹状体DA的影响不同,如大剂量的MPTP对豚鼠仅产生轻微的毒性作用,为使DA降低的程度相同,大鼠、豚鼠使用MPTP的量是猴、C57/BLACK小鼠用量的50倍。种属差异性的原冈日前仍不完全清楚,可能与MPTP的药代动力学、分布、主要代谢产物MPP+的排泄率以及神经黑素、MAO亚型在脑内的分布和定位、黑质纹状体系统DA代谢、抗氧化剂含量等不同有关(Gerlach等,1991;Tipton等,1993)。
个体差异:对MPTP的敏感性除有种属差异外,还有明显的个体差异,猴尤为突出。由于敏感性有个体差异,许多实验室都没有一个制备PD模型的标准剂量,而是根据实际情况摸索适宜剂量的MPTP。同种动物对MPTP的敏感性有个体差异的原因尚不清楚,只有少量的系统研究。可能的原因是:不同个体DA能神经系统对MPTP敏感性和功能代偿机制存在差异。对猴的研究确实表明,没有症状的猴纹状体DA减少75%,而有症状的猴纹状体DA减少95%以上,而且,有症状的猴其纹状体以外的DA也减少,表明中脑边缘系统内DA能系统也受到了损伤(Pifl等,1990)。
动物的年龄:因为PD多发生于老年人,外源性和内源性MPTP样神经毒素可能在发病机理上起相似的作用,所以人们提出这样一个有趣的问题:与年轻动物相比,是否老龄动物对MPTP毒性作用更敏感?实际上己观察到小鼠确实有这种年龄依赖关系,与年轻小鼠相比,老龄小鼠受损更严重,而且也更不容易恢复功能。通过对2~24月龄C57/BLACK小鼠的系统研究已证实了上述结果。在2~10月龄之间,对MPTP的敏感性明显增加(与人从青年到成年相对应),在10~16月龄(与人从成年到中年相对应)之间,敏感性进一步轻微增加,直到24月龄敏感性不再增加反而下降。在22个月的观察期内,未见到DA含量有剂量依赖性下降,而病人则有DA含量的下降,然而有趣的是,象MPTP敏感性一样,MAO-B的活性也有一个年龄依赖的时程,而代谢过程中需MAO-B的MPP+的敏感性则不依赖动物的年龄。可能的结论是:MPP+不是最终的毒素。外周给MPTP后,分别测量NMRI、C57/BLACK小鼠、大鼠不同脑区MPTP及MPP+的含量证实了这一结论。组织中MPP+浓度看来不长DA能神经元及去甲肾上腺素能神经元易受MPTP损伤的决定性冈素,因为在MPTP损伤的脑区和非损伤脑区内MPP+的浓度相同。这些年龄依赖性作用己在灵长类得到证实。幼年狨(6~8个月)比成年狨(2~4岁)或老年狨(8~10岁)更具抵抗力。为得到同样严重程度的症状,幼年动物需要MPTP的量大且用药时间长,。才引起纹状体内DA大量减少。与幼年狨相比,成年或老年诚更能克服功能紊乱(Irwin等,1992;Rose等,1993; Nwanze等,1995)。
实验设计的影响:除了种属、个体差异、年龄因素外还有许多其它因素可影响MPTP的敏感性,同一剂量、不同的给药方法(注射方式:s.c或i.p,次数,频率)可产生不同的结果。
损毁蓝班可加强MPTP的神经毒作用。小鼠外周给去甲肾上腺素能神经毒素DSP-4可加强MPTP的毒性反应,松猴两侧蓝斑内注射6-OHDA同样有加强作用。其它有此种影响的药物包括:二己二硫氨基甲酸己酯(DDC),酒精,乙醛。而这些方法在小鼠的作用是有限的。所有这些药物都是通过影响毒素代谢的酶类未增强MPTP的神经毒作用,例如, DDC赘合铜,进而使一些含铜酶如SOD。醛脱氢酶等失活,大剂量的乙醛抑制醛脱氢酶(Marien等,1993)。
2. 神经毒作用
MPTP模型的一个主要问题是MPTP作用的持续时间。最初,根据人类PD推断:此毒素在动物体内也引起持久的黑质纹状体系统损伤和相应的功能紊乱。但研究结果令人像奇,因为啮齿类动物与猴相比在行为学上存在差异,即MPTP引起的动物模型行为学改变在啮齿类动物持续时间短而灵长类动物则持续时间长。将乙醛与MPTP联合应用可广泛损毁小鼠DA能系统,用药一周后,尽管DA减少93%,但运动机能减退现象基本消失(Zuddas等,1992),而DA减少可持续4个月。
在高等灵长类动物如狒狒和罗猴己观察到持久的PD症状。给猕狲每周一次静脉注射MPTP(0.4~0.5ml/kg)直到20个月,则表现为稳定的PD症状,甚至在停药16个月后仍能见到症状。老年罗猴(23岁以上)两侧大脑动脉内注射MPTP(0.mg/kg)也同样表现出稳定的PD症状,用药后45天最明显,12个月后运动能力仍下降95%。但以上两个实验均未同时进行神经化学分析,因此,难以说明神经化学与功能紊乱之间有何种关系(Smith等,1993)。
MPTP引起人及灵长类动物的PD症状可用L-DOPA和多巴胺D2受体激动剂治疗。外周用竞争性NMDA受体阻断剂MK801不能改善猴的症状。相反,竞争性NMDA受体阻断剂CPP和CGP40.116可加强L-DOPA的作用。AMPA受体阻断剂NBQX的作用目前尚有争论。因此外周用谷氨酸受体阻断剂对多巴胺D1、D2受体激动剂是否具有加强作用一直是争论的焦点(Starr,1995)。
预先给猴使用MAO-B抑制剂(如selegiline)和DA再摄取抑制剂(nomifensine),可阻断MPTP代谢成MPP+及DA能神经元对其的摄取,可防止MPTP对猴的神经毒作用。抗氧化剂维生素C、维生素E的神经保护作用仍有待证实。在狨的实验表明,大剂量的维生素C(100mg每天)和维生素风2350每天)对MPTP引起的纹状体内DA的耗竭没有保护作用。预先使用含琉基的抗氧化剂如半胱胺或二硫基丙醇可部分地防止MPTP的神经毒作用,联合使用辅酶Q和尼克酚胺可防止DA轻中度耗竭。尼克酞胺或自由基清除剂S-PBN可防止MPTP引起的DA轻中度耗竭,这些结果可解释抗氧化剂具有神经保护作用的差异性。麦角生物碱、脂质膜成份如神经节苷脂(GM1〕。神经元一氧化氮合成酶抑制剂、脑内长期注射神经营养因子如BDNF(Brain一derived neurotrophic factor)和FGF(fibroblast growth factor)。钙通道阻断剂如尼莫地平等也有部分保护作用。NMDA受体阻断剂可阻断内向钙离于流,但它的神经保护作用还未得到证实。但MK801对小鼠无神经保护作用,而NMDA受体阻断剂CPP在灵长类动物可防止MPTP引起的神经元变性坏死(Gerlach等, 1991; Mihatsh等, 1991; Kupsch等,1995)。
3.行为学变化
用MPTP诱发的PD猴出现与人PD相似的运动异常,最突出的表现是运动不能和僵直。而静止性震颤症状只在独处的情况下才能见到。症状的严重程度变化很大,随种属、年龄和药量而异。MPTP诱发的症状也可在其它动物实验中观察到:罗猴,松猴、恒河猴、拂狭、诚。对猴的PD症状可进行量化分级,有许多仪器装置可用来测量动物的自主运动,如用记录遮蔽光线次数的特殊装置的笼子,可以记录动物在单位时间内的平均活动次数(Stern, 1990:Ger1ach等,1991)。
MPTP损伤的小鼠,在急性中毒期表现的症状为瞳孔散大、竖毛、唾液过多、阵挛性的癫痈发作,它们可在15~30分钟内出现,但很快恢复正常,很少见到长时间的运动机能减退,尽管有运动活动减少(-66%)。小剂量注射氟p哌啶醇(0.2ml/kg, i.p)后,可使MPTP损伤的小鼠运动改变非常明显,而这个剂量的氟赈唆醇对正常小鼠是不引起任何运动行为改变的,但可引起MPTP损伤的小鼠明显的躯体感觉定位功能减退,这与纹状体内DA含量变化相平行,可持续3~5个月。另外,MPTP损毁的动物还表现为运动不能和僵直性昏厥,这些运动功能紊乱5个月后仍存在,这些行为学改变被归因于MPTP引起的DA能神经元超敏(Zuddas等,1992)。
4.组织病理学改变
有文献报道了对一位因吸食海洛因而患MPTP诱发的PD患看的死后研究结果。组织病理学研究表明,MPTP选择性破坏黑质致密部DA能神经元。灵长类动物研究表明,尽管MPTP对大多数灵长类动物黑质神经元有选择性破坏,但详细检查仍可发现其它脑区也受到了影响,特别是老年动物蓝斑处神经元减少。免疫细胞化学显示,甚至在年轻动物的VTA和下丘脑,TH免疫活性阳性神经元减少,定量分析显示,恒河猴使用MPTP累计剂量达1.75~4.59mg/kg可导致黑质致密部细胞数减少46%到93%,VTA处只减少28%到57%。神经元的减少导致PD症状的出现及纹状体内DA减少达99%以上(German等,1988:Bemocchi等,1993)。
Lewy小体的出现是PD病人特征性的病理标志。在老年猴,与PD病人出现Lewy小体相同的脑区内出现嗜酸性细胞包涵体,但其重要性很难判断,因为二者具有不同的形态学和免疫细胞化学特征。
对小鼠还缺乏不同脑区神经元受MPTP影响的系统研究。抗TH免疫细胞化学研究显示,MPTP处理的C57/BLACK小鼠黑质神经元减少40%,VTA处神经元减少17%,纹状体DA减少85%,Nissl染色半定量研究也证实了这一结果,并且证实蓝斑和下丘脑的神经元也受到了损伤(Date等,1990)。
5.神经化学变化
MPTP可引起灵长类和啮齿类动物一系列神经化学变化。纹状体和苍白球内DA及代谢产物浓度降低,TH活性降低,DA重摄取位点减少等都表明黑质纹状体DA能系统受到了损害。与组织学改变相似,这些变化并不局限在黑质纹状体系统,大脑皮层及边缘区也发现去甲肾上腺素浓度降低(如运动皮层减少79%,运动辅助区减少78%,额叶皮层63~75%,嗅皮层减少59%,Ammon氏角减少69%)。与DA相比,去甲肾上腺素(NA)、5HT。神经肽受MPTP的影响较小。用MPTP处理的诚,其甲硫脑啡肽、亮氨酸脑啡肽、胆囊收缩素(CCK)。P物质、神经降压素的浓度至少在基底核是没有变化的(Pifl等,1991)。