Science：人类脑科学研究，您还在用小鼠模型吗？

人类为何能说话、会思考、善学习、有情感？谜底藏在人脑860亿个神经元、几千亿个神经胶质细胞、100万亿个神经突触之中，它们错落交织而成的复杂网络如迷宫一般，筑成人类探索自然“最后的疆域”。然而想要弄清楚大脑的工作方式却是一件非常困难的事情，为了搞清楚这一点，科学家一直致力于寻找与人类相似的大脑进行实验研究，目前最常用于人脑部科学研究及药物开发的是小鼠动物模型。

此前人们也曾对小鼠模型提出质疑，那些不同的声音主要是围绕小鼠并没有与人类相似的意识和思维。而最近美国西雅图儿童研究所的神经科学家Parthiv Haldipur和Kathleen Millen教授则是从小脑发育模式的角度表明小鼠和人类小脑之间的差距。该研究发表在国际顶级期刊《Science》杂志上，研究表明：在大脑研究中，小鼠的小脑可能不是人类小脑研究的最佳模型。

（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31624095）

小鼠的小脑发育中缺少独特的祖细胞

尽管小鼠与人类的脑部结构有着许多共同特征，例如大脑皮层、神经元形态和叶状结构等，支持着科学家将小鼠纳为脑研究模型。但不同的是，人类的小脑的表面积是小鼠的750倍，并且人类小脑中80%都是神经元组织。这就意味着，在神经元数量增加、神经元亚型变化以及叶片板层等方面小鼠的小脑模型并不能完全模拟反映人类小脑。

人类小脑发育的轮廓

Haldipur和Millen以及一组国际研究人员观察了人类在受孕后30天到出生后9个月之间小脑的发育情况，并将其与经常用于大脑研究的小鼠和猕猴进行了比较。通过检查和比较这些发育中的大脑的形态和分子表达，研究人员在人类身上发现了一些独一无二的祖细胞，而人们并未在小鼠或是猕猴的大脑区域中发现这些细胞。

正是因为存在着这些明显的差异， 一些小脑研究并不能在小鼠模型中找到答案。虽然人们一直都期望在小鼠模型中找到启发和灵感，但不得不承认小鼠模型并没有想象中的那么完美。同时这项研究也给正在苦于埋头研究的脑科学家提醒可能使用的生物模型出现了问题。

iPSC基础的新型疾病模型

而另一方面，以iPSC技术为基础的新型疾病模型正逐渐得到越来越多的科研工作者们的青睐。十多年前诱导多能干细胞（iPSC）的诞生激发了人们对新型疾病模型研究的热情，在此之前，最常用于新药检测的是动物模型，这类模型的重复性、可靠性以及一般性和特殊性都比较难控制，对操作人员的熟练度要求比较严苛。而iPSC技术经过十多年的发展并逐渐成熟刚好可以避免动物模型的劣势，这种高效且非整合重编程方式被广泛用于建立疾病模型。目前而言，疾病模型大致可分为三种，即2D细胞培养模型、3D细胞培养模型以及嵌合体动物模型。

应用实例：

（1）2009年，俞君英博士所在的研究小组在《Nature》期刊上发表文章，首次利用脊髓性肌肉萎缩症（SMA）患病儿童的皮肤细胞构建出了SMA-iPSC体外疾病模型。SMA-iPSC分化而来的神经元真实再现了SMA的表型特征。

 参考文献：Ebert, A. D., Yu, J., et al. (2009). Induced pluripotent stem cells from a spinal muscular atrophy patient. Nature,457(7227), 277-80.

（2）2012年，中国科学院生物物理研究所刘光慧研究员同美国Salk研究所研究人员一项合作研究成果发表于《Nature》期刊上。他们首次利用iPSC技术揭示了帕金森氏病（PD）患者脑内神经干细胞随着衰老过程而发生退行性病变的机制，这一研究成果为诊断、预防与治疗PD提供了新的潜在靶点。

 参考文献： Liu, G. H., Qu, J., et al. (2012). Progressive degeneration of human neural stem cells caused bypathogenic lrrk2. Nature, 491(7425), 6037.

（3）2015年，斯坦福大学医学院Joseph Wu的研究团队在《Cell Stem Cell》期刊上发表文章，他们利用家族性扩张型心脏病（DCM）患者iPSC来源的心肌细胞（iPSC-CMs）构建的疾病模型发现，DCM患者的iPSC-CMs中磷酸二酯酶（PDEs）2A和3A表达上调导致β肾上腺素能激动剂去甲肾上腺素作用减弱，暗示药物抑制PDE2A和PDE3A的表达能够恢复DCM患者的心肌细胞中的β肾上腺素信号通路，达到治疗DCM疾病的目的。

 参考文献： Wu, H., Lee, J., et al. (2015). Epigenetic regulation of phosphodiesterases 2a and 3a underliescompromised β -  adrenergic signaling in an ipsc model of dilated cardiomyopathy. Cell Stem Cell, 17(1), 89.

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2. 天然人源神经干细胞获取困难，无法满足市场需要，iPSC神经干细胞获取方便，来源丰富，同时神经元细胞不能体外传代，必须持续使用新的神经元进行药物筛选，iPSC来源丰富，适合高通量筛选

3. iPSC是目前在国外广泛接受的药物筛选平台

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5. 常规来源几乎不可能得到相同基因背景的近等基因系来进行完备的对照

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