影像学在非人灵长类帕金森模型中的评估进展

王志文，欧阳佳，辛 玉，刘如恩

（1. 南昌大学附属江西省人民医院神经外科，江西 南昌 330006；2. 北京大学人民医院神经外科，北京 100044；3. 南昌大学第一附属医院骨科，江西 南昌 330006）

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一种进行性神经退行性疾病，临床上以运动迟缓、震颤、僵直、姿势不稳为主要表现。PD 症状除外运动性症状，还包括认知和精神方面的障碍等。我国目前的PD 患者已超过300 万，已成为PD 患者最多的国家。PD 的基础研究和临床诊疗都将面临严峻的现实挑战。构建符合疾病特征的动物模型是非临床情况下研究疾病机制及寻求新治疗方法的最佳途径，但模型的构建效果从细胞到动物多种多样且效果各异，由于进化上的相近，非人灵长类（Nonhuman primate，NHP）动物的基因序列与人相似度最高，其脑部解剖与人类也非常相似。此外，NHP 与人类还有其他相似点，比如行为模式、生理及免疫机制等［1］。因此，NHP 动物模型具有解决人类脑部相关疾病的独特优势。相关NHP 动物实验数据表明，MPTP 给药对黑质（substantia nigra，SN）及纹状体（striatum，ST）多巴胺能途径造成的损害与在PD 患者中所见的相同［2］。从MPTP最早应用动物模型构建至今，几十年中MPTP-NHP 模型逐渐被认可是PD 的金标准模型［3］。随着影像学技术进步，无论是临床诊断、预后评估还是基础实验效果评估，对影像学的依赖在逐渐增大。在评估NHP-PD 模型构建效果中影像学技术应用广泛，但是各种技术应用情况效果各异，执行方法也各不相同，回顾几十年的研究资料，发现没有相关的文献总结，更缺乏相关的影像学技术评估资料。目前基础研究中影像学应用已经十分广泛，所以研究者认为迫切的需要查询相关文献，以期望在NHP-PD 模型的实验构建的评估中寻找更有效的影像学支持。

1 材料与方法

1.1 资料来源和检索策略作者以“帕金森病”和“非人灵长类/猴”为关键词进行检索，于2019年12月至2020年5月检索了万方数据库、中国知网数据库。检索文章的时限为2015年以来至今，采用中文文献4篇。以“nonhuman primate”和“Parkinson's disease”为关键词在Pubmed 数据库中检索，检索文章时限为2015年至今，检索后采用了英文文献45篇。

1.2 文献纳入和排除标准

1.2.1 纳入标准（1）公开发表的有关帕金森病与非人灵长类动物模型的基础和临床相关研究，主要寻找涉及影像学内容相关的，按照不同的检查内容进行分类，对比分析；（2）以论著或综述等形式发表涉及非人灵长类帕金森动物模型的文献，影像学资料尤其是涉及示踪剂的包括在内；（3）中文数据库或英文数据库。

1.2.2 排除标准（1）中文、英文以外的其他语言的文献；（2）重复检索的文献；（3）会议发言、信函及意见等。

1.3 质量评估与数据提取按照上述方法纳入及排除无相关性的文献，通过内容阅读，按照题目需要进行整理筛选和归纳总结，筛选并引用文献49篇，其中中文文献4 篇，英文文献45 篇，所纳入文献整体质量较好。

2 结 果

TCS 应用是方便的，但有技术要求，准确性略差；MRI应用中，更高磁场的核磁设备和DTI技术是具有应用价值的；PET 和SPECT 的功能显像技术可以更加直观的发现研究中DAT 的损伤情况，不过需要示踪剂的支持。近年来的研究可知，18F-FP-CIT、［18F］AV-133、8F-BCPP-EF 在PET 中应用广泛而且稳定；99mTc-TRODAT-1 在SPECT 中应用比较成熟，123I-FP-CIT 是效果非常好的示踪剂，但是NHP-PD 研究有限，未来可以考虑被用于NHP-PD 模型的研究。视频图像分析系统在MHP-PD模型的行为学研究中将成为不可或缺的重要手段。

3 讨 论

3.1 NHP-PD 模型目前PD 模型构建方式有：基因工程模型、MPTP 模型、除草剂模型、鱼藤酮模型、6-羟基多巴胺模型、立体定向技术脑内损毁等［1］。MPTP 模型是目前应用最为成熟的。MPTP 在20 世纪80年代首次被确认为一种与PD相关的药物，当时美国的一些海洛因成瘾者在服用一种被MPTP 污染的强效哌替啶衍生物后，表现出严重的类似PD样运动综合症［4］。并且一些人死后的脑部病理研究证实了脑中多巴胺能神经元丢失和纹状体多巴胺去神经化。此后，研究者逐渐开始大量研究，并利用MPTP成功构建PD 模型［4-5］。MPTP 的病理特点是：在经血脑屏障进入大脑后，会被胶质单胺氧化酶-b（monoam inoxidase，MAO-B）很快的转化为有毒性的1 甲基4苯基吡啶离子（1 methyl 4 phenyl pyridine，MPP+）代谢物。多巴胺转运蛋白（dopam ine transporter，DAT）与MPP+亲和力高［6］，将MPP+转运至多巴胺神经元中，并在线粒体中不断累积，进一步杀死多巴胺神经元；MPP+与去甲肾上腺素（norepinephrine transporters，NET）和血清素转运蛋白（serotonin transporters，SERT）的亲和力较低，但也被这些转运蛋白所吸收引起相关细胞死亡［7-8］

MPTP 对多巴胺能细胞损失的作用机制已经被试验证实和详细描述讨论［2，9］。MPP+损伤多巴胺能神经元，典型的受损部位是黑质致密部，使动物产生的运动异常与PD 患者十分相似［10］，包括运动迟缓、僵硬和姿势异常等。CRITTENDEN J R 等［11］发现NHP-PD 模型也可以再现PD 的非运动症状，包括认知、睡眠和胃肠道功能障碍。不同的研究小组均发现［12-13］，NHP-PD 模型出现早期认知障碍和其他非运动性特征。因此，MPTP 制备的NHP 模型可以很好的反应出PD 中的运动性症状以及非运动性症状。

NHP-PD 模型相关的大量研究已经发表，充分讨论模型的优缺点及其与其他PD 动物模型的比较。我国是野生NHP 动物分布较为丰富的国家，国家自然科学基金委动物模型项目近年来也偏向支持NHP 模型的构建，随着生命科学研究的快速发展，尤其是前沿的转化研究进展迅速，NHP 动物饲养基地不断增多。2016 年，国家在云南建立了一个规模化、标准化、智能化的大型研究设施［14］。

21 世纪是科技飞跃的世纪，国家重视和支持基础研究，这样的背景下，有效的利用NHP 做动物模型将有利于基础转化研究，尤其是与临床有关的脑疾病的研究而NHP-PD 模型实验构建中，模型效果的评估是成败的关键。

3.2 NHP-PD模型的影像学评估

3.2.1 经颅超声（Transcranial sonography，TCS）在NHP 模型的制作中应用TCS 的试验已经证实在MPTP 处理的恒河猴中黑质超回声增强，类似于临床TCS 检查效果。SUBRAMANIAN T 等［15］发现黑质回声增强可见于约10%左右的正常人，在PD 患者中是常见的，而在其他变性病中相对少见，但是由于猴子的大脑相对较小，与人类研究所使用的2 MHz探头相反，模型评估过程中必须使用5 MHz探头。《欧洲帕金森诊断指南》［16］推荐TCS 可用于诊断帕金森氏综合症，尤其是对非典型的帕金森综合征的鉴别（ⅠA 级）和PD 的早期诊断（ⅡA 级），TCS 检查没有被普遍接受，实际操作中对操作者有一定的技术要求。TCS需两个扫描平面，一个包括黑质、红核和中缝结构，另一个包括脑室结构和黑质结构。相比其他神经成像方法，TCS 及时的高分辨率实时成像低成本，无创且便捷。但实际应用中黑质回声的效果将很大程度上依赖超声的精确定位和操作熟练的医师。虽然PD 患者中黑质回声异常的特异度在80%或者更高，但在NHP 模型构建评估中仍需要其他的辅助检查［16-17］。

3.2.2 核磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）检查常规MRI 检查对于临床PD 的诊断没有特异性，故不能作为诊断帕金森病的有效方法。近年来，磁敏感加权成像（Susceptibility Weighted Imaging，SWI）及 弥 散 张 量 成 像（diffusion tensor imaging，DTI）被用于协助PD 患者诊断，SWI 在诊断PD 中将具备一定应用潜力［18］。在SWI T2 加权像中脑黑质部位信号减弱，但特异性不高［19］。金莉蓉等［20］在帕金森核磁成像中提出SWI T2 加权能够检测病灶中的静脉分布情况、出血情况和矿物质沉积等，利于提高PD 诊断的正确率，但目前没有明确的阈值用于临床诊断PD。HIKISHIMA K 等报道［21］，PNH-PD模型中与健康对照组相比，PD组上黑质DTI的部分各向异性分数（fractional anisotropy，FA）值较低，黑质纹状体途径失神经后，显微结构发生变化，并且与PD 的临床严重程度呈负相关。METEREAU E 等研究表明［22］，测量与DTI损伤DA末端纤维相关的皮质结构损伤，DTI变化有效反映出DA损伤的严重程度。

HIKISHIMA K 等［21］在动物试验发现采用高分辨率的7.0 T MRI 检查，可以更加清晰地显示黑质的成像缺失。MODO M 等［23］在NHP-PD 研究中，应用7T 核磁进行黑质纹状体测量显示明显的萎缩和皮质变薄。HIKISHIMA K 等［24］在另一文章中采用7.0 T MRI VBM 的检测中，MPTP 制作的NHP-PD 模型的黑质体积明显减少，并在组织学上得到明确证实。

分布形态测量学（voxel-basedmorphometry，VBM）可以评估局部组织体积变化，尤其是在大脑中感兴趣的区域（region of interest，ROI），可用于评价各神经系统疾病的相关脑组织结构［25］。HEO H 等［26］使用质子磁共振波谱（Proton Magnetic Resonance Spectros⁃copy 1H-MRS）数据收集，体内观察到NHP-PD模型的黑质和纹状体的神经化学改变明显。VBM 在评价多巴胺神经元退化引起的黑质体积损失方面具有潜在的实用价值。此外MRI 对组织结构定位准确，可配合PET检查综合分析数据［21，25，27］。

3.2.3 功能显像技术正电子发射断层成像术（Positron Emission Computed Tomography，PET）和单光子发射计算机断层成像术（Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT）是研究PD 最先进的两种技术，可利用放射性示踪剂在活体水平进行病理生理过程显像。

DAT 是位于中枢神经系统多巴胺能神经元突触前膜的一类膜蛋白，它的主要功能是将突触间隙多余的多巴胺再摄取回多巴胺能神经元内，从而减少甚至结束多巴胺对突触后膜多巴胺受体的刺激。此外DAT 还是MPP+进入多巴胺能神经元的转运蛋白［28］。多巴胺神经元的DAT 的密度与黑质中多巴胺神经元的数量呈正相关［29-30］，所以它可间接反映出纹状体多巴胺神经元末梢与黑质多巴胺神经元的数量，即DAT 密度反映多巴胺神经元丧失情况。多巴胺能系统的功能成像主要集中在DAT 和突触后D2Rs 的成像上，被认为是检测纹状体数据丢失、多巴胺能缺失的敏感工具。PET 和SPECT 基于此，通过示踪剂发现纹状体DAT 异常，但是不同的示踪剂效果不一。

3.2.3.1 PET 检查通过使用多个示踪剂（［11C］PE2I，［b11C］DOPA等）PET观察NHP-PD模型突触前后多巴胺生物标记物的变化，发现在震颤症状出现的多巴胺神经元损伤的阈值可作为用于早期诊断［31］。YUN J W 等［32］发现一种变构配体对突触前代谢型谷氨酸受体4（mGlu4）的调节将会作为PD 和左旋多巴诱发的运动障碍的治疗靶点，11C 标记的PET放射性配体结合mGlu4［11C］PXT012253，结果［11C］PXT012253 被证明是NHP 脑mGlu4变构调节剂的一种有前途的PET放射性配体。

注射18F-FP-CIT 进行PET 成像以评估DAT，在MPTP 给 药 后 进 行18F-FP-CIT PET 连 续 成 像［33］。SEO J等［34］报道NHP的PET-MRI融合图像在纹状体中显示出很高的特异性，全部行为（global activity，GA）和18F-FP-CIT BP 之间均正相关，纹状体DAT 较少的NHP 的GA 较低，GA 的降低反映了多巴胺能神经元的损伤，尾状核和壳核也显示高度相关性。TSUKADA H 等［35］提出［18F］AV-133 PET 成像可以评估MPTP 诱发的NHP-PD 模型中单胺能性终末丢失的演变，结果显示［18F］AV-133 的纹状体进行性减少；同时发现18F-BCPP-EF PE 可检测NHP-PD 模型脑中线粒体复合物的损害程度。KANAZAWA M等［36］在一项多种示踪剂PD 研究中发现了新型示踪剂11C-6Mem Tyr PET 检查纹状体多巴胺能神经元显示出更大的灵敏度。AUVITY S 等指出［37］示踪剂11C（T1/2 20 分钟）和18F（T1/2 110 分钟）是PET 最常见的正电子发射同位素，由于18F 的半衰期比11C 的半衰期长5.5 倍，而且18F 制备更容易，所以18F 示踪剂相对实用。

3.2.3.2 SPECT 检查临床中DAT/SPECT 显像用于PD 早期诊断和评估，DAT 显示结果与黑质致密性酪氨酸羟化酶（Tyrosine hydroxylase，TH）和Nissl 细胞计数以及行为评分密切相关，研究者利用NHP-PD 模型报道免疫组织化学和行为数据之间的相 关 性［38］，与 纹 状 体DAT 的 异 常 成 正 相 关 性。SPECT常用的示踪剂包括123I-β-CIT、99mTc-TRODAT-1、123I-FP-CIT 等［39］。123I-β-CIT 的NHP-PD 模型应用在近些年的文献中未被检索到。

LI J等［40］采用一项脑室注射MPTP 构建NHP-PD模型，使用99Tcm-TRODAT-1 SPECT 以纹状体（stria⁃tum，ST）/小脑（cerebella CB）放射性摄取比值作指标，成功证明双侧脑室给药的造模效果要明显优于单侧脑室给药。90mTc-TRODAT-1 与DAT 结合特异性较高（90mTc-TRODAT-1 几乎不与DAT 以外的转运 蛋 白 结合），可以有 效 评 估轻度PD［30，41］。99m Tc-TRODAT-1 是核医学检查中很常用的放射性同位素，是一种良好的示踪剂［30，42］。123I-FP-CIT是123I-β-CIT的一种类似物，相比后者，更有亲和力以及良好的组织清除时间，在评估多巴胺能神经元末端功能方面非常灵敏，在欧洲被广泛应用，特别是早期PD诊断和鉴别诊断中［43-44］。ABBASI GHARIBKANDI N等［45］指出123I-FP-CIT 对PD 多巴胺能变性成像效果良好，但是在NHP-PD 模型中的应用很少，BOOIJ J等［46］在一项实验证实其可用性，结合目前的广泛临床应用，可以考虑用于NHP-PD 评估研究。99mTc-TRODAT-1 是唯一成功用于健康受试者和PD患者的SPECT 放射性示踪剂。它有一些独特的优点，比基于123I的放射性示踪剂更实用，最重要的是，它没有被摄取到甲状腺［45］。与SPECT 相比，PET 分辨率高、灵敏度高、选择性广等优点，但PET 成本高。

3.2.4 视频图像分析系统临床评估量表和客观运动测量值都对NHP-PD 模型评估起到作用。将NHP-PD动物的每种运动类型的持续时间/计数之比作一个敏感参数，可以客观地测量NHP-PD 的运动行为变化。视频分析系统对GA 进行自动量化是评估PD 症状的客观标准，因为它可以分析运动迟缓，运动减退，且不依赖于主观分析［34］。根据系统结果对实验个别调整，可方便解决NHP-PD 模型构建的一些问题。LIU N等［47］研究中使用由Vigie Primates软件评估NHP-PD模型的运动行为，正常组和NHP-PD模型运动行为的多个方面有显著差异，包括活动程度、活动时长和突发活动的计数。KIKUCHI T 等［48］使用PrimateScan图像分析系统对NHP-PD模型进行运动筛选，静脉注射MPTP（0.4 mg·kg-1）一周2 次，稳定的PD 症状被观察超过12 周后，动物被成功应用于实验。

3.2.5 计算机断层成像（computerized tomography，CT）检查CT 是一种相对便捷而且经济的影像学检查方式，可以帮助发现一些脑出血、脑肿瘤等。NHP-PD 模型试验证实所有动物术前、术后CT 检查颅内均未见异常密度灶，不推荐常规CT检查用于评估NHP-PD模型的构建［49］。

KIKUCHI T 等［48］干细胞治疗PD 的文章中将人类诱导多功能干细胞衍生的多巴胺能祖细胞应用于MPTP诱导的NHP-PD动物模型中，该细胞成功存活并充当中脑多巴胺能神经元。实验中用Primat⁃eScan 图像分析系统对NHP-PD 模型进行自然运动筛选，用MRI 和PET 监测细胞移植后1～2 年内细胞活性和增殖情况，［18F］/PET 检测发现壳核内多巴胺逐渐增加。这项实验的成功提示影像学在NHP-PD模型构建中的有着极大的综合评估价值。几十年来研究者们进行了TCS、MRI、SPECT、PET 等一系列影像学研究，探讨不同影像学技术在构建NHP-PD动物模型中评估实验效果的价值。影像学技术进行MPTP 诱导的NHP-PD 模型构建的评估，在PD 患者的基础研究和临床诊治之间建立起坚实的桥梁。随着5G 信息技术的进步和AI 智能技术的发展，不久的将来，将会有更先进的影像学技术被应用于评估NHP-PD模型的构建。