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

1、帕金森?。≒arkinson's disease）是中老年人最常見的神經(jīng)退行性運動障礙。到目前為止，世界范圍內(nèi)尚沒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都造成了嚴重的負擔。帕金森病的病因和發(fā)病機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)元不可逆地進行性丟失被認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治療方法是長期藥物治療，對于藥物治療效果不理想的患者，二線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，效果均一直難以令人滿意。
　　制約近年來帕金森病研究的可能原因，一是腦結(jié)構(gòu)和功能的復雜性，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物模型仍然存在著諸多問題，不利于預測已有研究結(jié)果在人類患者上的應用效果。因此，發(fā)展或引入新的基本理論和更好的驗證工具，可能為突破目前帕金森病研究的瓶頸提供新的動力。故而本研究擬在基本理論和動物模型兩方面進行嘗試，對其進行一些新的構(gòu)建。
　　在基本理論方面

3、，隨著對腦研究的不斷推進，人們逐漸認識到大腦作為目前已知最為復雜的網(wǎng)絡系統(tǒng)之一，具有極其復雜的結(jié)構(gòu)和功能。越來越多的研究表明，很多大腦的高級功能，無論是運動、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)絡中，因此，尋找更合適分析這類問題的新分析方法，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（也即構(gòu)建腦解剖網(wǎng)絡的基本結(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。為此，本研究首先提出一套能夠整合不同來源的連接數(shù)據(jù)的算法，從而全面地利用了現(xiàn)有的連接數(shù)據(jù)，生成了首個可用于后續(xù)分析的恒河猴全腦宏觀網(wǎng)絡模型。在此過程中，本研究使用統(tǒng)計試驗的方法證實了模型中的不確定性部分對最終結(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)有對帕金森病病理生理機制的認識，在該網(wǎng)絡模型中模擬了進展期帕金森病的腦網(wǎng)絡結(jié)構(gòu);再次，基于正常與帕金森病的全腦網(wǎng)絡模型，本研究運用圖論等基本

5、原理和復雜網(wǎng)絡分析方法，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)絡各個腦區(qū)的改變，并利用降維方法給出了帕金森病全腦網(wǎng)絡層面各腦區(qū)的變化模式。簡單地說，結(jié)果顯示各個腦區(qū)節(jié)點的網(wǎng)絡中心性發(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（包括運動前區(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)相對明顯的中心性改變。
　　建立了合適的網(wǎng)絡分析方

6、法后，我們能夠方便地將帕金森病的腦網(wǎng)絡轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┯嬎惴治龅臄?shù)學模型。然而，僅將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學模型是不夠的，還需要將模型計算出的結(jié)果在與之對應的可靠的動物模型上進行驗證。因此，開發(fā)與計算模型相匹配的動物模型也對來來的研究非常重要。在各種動物模型中，非人靈長類模型有著十分明顯的優(yōu)勢，因而適合于作為可靠的驗證工具。
　　因此，在動物模型方面，本研究首先闡述了現(xiàn)有非人靈長類動物模型存在的問題，諸如帕金森病細胞損傷不完全，病理性的神經(jīng)損

7、傷和癥狀體征無法長期穩(wěn)定，難以避免消化系統(tǒng)損傷及其它急慢性不良反應，癥狀和發(fā)病進程的個體差異很大，建模時和成模后基本生理狀況很差，死亡率高等。各種問題背后實質(zhì)上體現(xiàn)了造模過程的“特異性不足”，這也正是動物模型需要與計算模型相銜接的“接口”。為解決此問題，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，特別設計了可同時滿足給藥方便、周邊損傷小、特異性高的給藥路徑，

8、通過改進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)。實驗通過對實驗猴進行長期的研究人員回避的行為錄像，定期進行的體重測量、呼吸計數(shù)和靜脈血檢驗等相關(guān)指標的采集和分析，以及最終的病理切片和免疫組化，證實了通過本實驗設計的方法，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)癥狀可以保持長期（至少28周）穩(wěn)定，基本情況可以保持長期（至少28周）良好。其建模

9、的快捷性、特異性、安全性優(yōu)于現(xiàn)有模型，更適宜進行長期“無毒”的細胞移植研究和行為任務研究。
　　本研究提供的神經(jīng)網(wǎng)絡模型和非人靈長類動物模型，具有同樣的特異性和可操作性，可以在完整神經(jīng)網(wǎng)絡中特異性的對某一節(jié)點或通路進行精確干預，因而兩者可以方便地聯(lián)合使用，達到相互解釋和預測的目的。在理論計算和實際驗證層次上，同時提供高效特異的控制變量，將為未來的研究提供更多和更加科學的可能性。綜上，本研究提供的新型帕金森病模型（體系），為未來帕金