“高昂的研發成本，狹窄的市場空間，不少罕見病特效藥在誕生前，就注定了天價命運”

迄今為止，已有7,000多種罕見病（或孤兒病）見諸報道，全球患病人數超過3.5億人。

然而遺憾的是，在這些疾病中，只有不到10%的疾病有已獲得批準的治療方法。開發新療法已經被納入許多國家公認的優先事項。

在開發罕見病的新療法的過程中，也出現了一些獨特的挑戰，例如難以在很小的患者群體中開展臨床試驗。正是由于這些臨床上的局限性，動物模型（特別是經基因工程改造過的小鼠）已成為臨床前孤兒藥開發的所有階段（從基因發現和驗證到安全性和藥效研究）中最有價值的資產之一，并在推動此類療法的臨床實驗決策方面發揮著越來越重要的作用。

 

小鼠模型在罕見病基因發現和驗證中的應用

研究表明，80%以上的罕見病是由基因突變所致。借助這些基因組信息，科學家致力于開發體外和體內模型，以了解疾病背后的分子機制。由于基因組操作技術已非常成熟且基因組學和功能高度保守，因此小鼠模型目前是孤兒藥開發中使用最多的模型 (Vaquer et al., 2013)。

在了解患者體內特定突變如何影響特定器官和組織的功能方面，小鼠模型是非常便捷的工具。這在多個系統受單個突變（例如具有多效性或影響代謝的突變）影響的情況下極為重要 (Ittisoponpisan et al., 2017)。

此外，在許多情況下，在小鼠基因組中引入與人類疾病相關變體所對應的突變會導致小鼠品系表現出至少一部分臨床表型 (Lutz, 2018)。

小鼠模型也被廣泛用于
簡化和聚焦基因組研究，旨在通過分析導致拷貝數變異的大規模基因組重排來鑒別新的罕見病基因。

在這種情況下，可以通過分析先前所述的小鼠表型相關的數據，將與特定疾病相關的基因組區域限制為一個或幾個基因，并將它們與人類病理表現關聯起來。

通過這種方法，研究人員能夠將某些癥狀與特定基因聯系起來。例如，鑒別出與人類在一天特定時間的驚厥發作相關的拷貝數變異，因為它們擾亂了小鼠的晝夜節律周期 (Webber et al., 2009; Boulding and Webber, 2012)。

McGary及其同事提出了另外一種有趣的方法，通過直系同源表型 (phenologs) 的分析和相關性來鑒別新的致病表型 (McGary et al., 2010)。

小鼠模型還可用于
研究不同疾病之間的關系，并探索遺傳修飾因子在疾病進展中的作用。

在一個典型的例子中，Tayebi及其同事將攜帶Gba1基因突變的戈謝病 (Gaucher disease) 小鼠模型與一個特征明確的帕金森病模型雜交，發現了GBA1與突觸核蛋白病之間的直接聯系，并為這類疾病的研究開辟了新的研究方向 (Tayebi et al., 2017)。
 
 

使用小鼠模型評估安全性和療效
 

罕見病療法的開發很大程度上依賴于在動物模型中獲得的安全性和療效數據。如果使用了錯誤的或者并非最理想的模型，或者體內實驗設計不正確，臨床前階段所獲得數據的價值將會受到限制，并且將會導致結果轉化價值較低。

然而遺憾的是，因使用并非最理想的小鼠模型而受到影響的已發表研究數量不少。

ALS的TDP-43轉基因模型是臨床前小鼠模型的一個代表性案例，該模型在臨床環境中并未達到預期。

在描述該模型的初步報告中，華盛頓大學醫學院的研究人員通過研究 ALS 的特征，將該模型的致死性歸因于運動神經元變性的作用 (Wegorzewska et al., 2009)。

在ALS研究領域引入新模型受到了許多研究人員的熱情歡迎，這些研究人員此前主要依賴圍繞另一種已知ALS突變開發的轉基因模型，即SOD轉基因小鼠。

多家實驗室立即開始使用新品系開展臨床前藥物試驗。但是，結果證明，TDP-43品系的致死性完全與運動神經元功能障礙無關，更與運動神經元變性無關，而是由腸梗阻引起的，正如杰克森實驗室與 ALS 治療發展研究所的研究人員所報道的一樣 (Hatzipetros et al., 2014)。

其次，必須定義臨床相關指標來評估藥物治療的結果。如果一種療法提高了存活率但未能改善疾病癥狀，則可能不適合進行進一步臨床開發。在這種情況下，需要確定與特定臨床表現相對應的小鼠模型表型，并在治療過程中反復測試，以評估候選藥物的療效。

例如，對于表現出運動功能表型的任何疾病，要監測其治療效果，可以使用神經肌肉活動中復合肌肉動作電位（CMAP）的電生理測試，該測試也適合小鼠試驗 (Bogdanik et al., 2015)。
 
 

藥物治療試驗的關鍵——合適的小鼠模型
 

通過使用最合適的小鼠模型，設計反映臨床方案的治療方案，并將臨床相關表型的活體重復測量與尸檢病理分析相結合，臨床前研究人員可以深入理解候選藥物的療效和安全性，進一步改進該候選藥物（如有必要），并提高其在臨床環境中取得成功的可能性。

JAX為全球研究人員提供了超過12,500種模型，其中包括疾病表型模型以及針對特定研究和臨床前體內研究開發的獨特模型，使研究人員順利完成臨床前研究的關鍵部分。

如需了解有JAX所供各種小鼠模型和臨床前體內研究的更多信息，以幫助您開展罕見病領域研究，請訪問：jax.org/rare-disease。

您還可以訪問如下頁面，幫助您了解更多有關罕見病的信息：
JAX罕見病頁面：https://www.jax.org/jax-mice-and-services/solutions-by-therapeutic-area/rare-diseases
罕見病和孤兒病研究中心：https://www.jax.org/research-and-faculty/research-centers/rare-and-orphan-disease-center
在線講座-實現可重復的小鼠研究：https://www.jax.org/education-and-learning/webinars/achieving-reproducible-mouse-studies

參考文獻：

• Bogdanik LP, Osborne MA, Davis C, Martin WP, Austin A, Rigo F, Bennett CF, Lutz CM. 2015. Systemic, postsymptomatic antisense oligonucleotide rescues motor unit maturation delay in a new mouse model for type II/III spinal muscular atrophy. Proc Natl Acad Sci U S A. 112(43): E5863-72. [PMID: 26460027]
• Boulding H, Webber C. 2012. Large-scale objective association of mouse phenotypes with human symptoms through structural variation identified in patients with developmental disorders. Hum Mutat. 33(5):874-83. [PMID: 22396327]
• Hatzipetros T, Bogdanik LP, Tassinari VR, Kidd JD, Moreno AJ, Davis C, Osborne M, Austin A, Vieira FG, Lutz C, Perrin S. 2014. C57BL/6J congenic Prp-TDP43A315T mice develop progressive neurodegeneration in the myenteric plexus of the colon without exhibiting key features of ALS. Brain Res. 10; 1584:59-72. [PMID: 24141148]
• Ittisoponpisan S, Alhuzimi E, Sternberg MJ, David A. 2017. Landscape of Pleiotropic Proteins Causing Human Disease: Structural and System Biology Insights. Hum Mutat. 38(3):289-296. [PMID: 27957775]
• Ludolph AC, Bendotti C, Blaugrund E, Chio A, Greensmith L, Loeffler JP, Mead R, Niessen HG, Petri S, Pradat PF, Robberecht W, Ruegg M, Schwalenstöcker B, Stiller D, van den Berg L, Vieira F, von Horsten S. 2010. Guidelines for preclinical animal research in ALS/MND: A consensus meeting. Amyotroph Lateral Scler. 11(1-2):38-45. [PMID: 20184514]
• Lutz C. 2018. Mouse models of ALS: Past, present and future. Brain Res. 15;1693 (Pt A):1-10. [PMID: 29577886]
• McGary KL, Park TJ, Woods JO, Cha HJ, Wallingford JB, Marcotte EM. 2010. Systematic discovery of nonobvious human disease models through orthologous phenotypes. Proc Natl Acad Sci U S A. 107(14):6544-9. [PMID: 20308572]
• Moretti P, Levenson JM, Battaglia F, Atkinson R, Teague R, Antalffy B, Armstrong D, Arancio O, Sweatt JD, Zoghbi HY. 2006. Learning and memory and synaptic plasticity are impaired in a mouse model of Rett syndrome. J Neurosci. 26(1):319-27. [PMID: 16399702]
• Tayebi N, Parisiadou L, Berhe B, Gonzalez AN, Serra-Vinardell J, Tamargo RJ, Maniwang E, Sorrentino Z, Fujiwara H, Grey RJ, Hassan S, Blech-Hermoni YN, Chen C, McGlinchey R, Makariou-Pikis C, Brooks M, Ginns EI, Ory DS, Giasson BI, Sidransky E. 2017. Glucocerebrosidase haploinsufficiency in A53T α-synuclein mice impacts disease onset and course. Mol Genet Metab. 122(4):198-208. [PMID: 29173981]
• Vaquer G, Rivière F, Mavris M, Bignami F, Llinares-Garcia J, Westermark K, Sepodes B. 2013. Animal models for metabolic, neuromuscular and ophthalmological rare diseases. Nat Rev Drug Discov. 12(4):287-305. [PMID: 23493083]
• Webber C, Hehir-Kwa JY, Nguyen DQ, de Vries BB, Veltman JA, Ponting CP. 2009. Forging links between human mental retardation-associated CNVs and mouse gene knockout models. PLoS Genet. 5(6):e1000531. [PMID: 19557186]
• Wegorzewska I, Bell S, Cairns NJ, Miller TM, Baloh RH. 2009. TDP-43 mutant transgenic mice develop features of ALS and frontotemporal lobar degeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 3;106(44):18809-14. [PMID: 19833869]