在失敗的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，老鼠作為zui令人不安的因素之一承擔(dān)了過錯(cuò)。即便動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明一種療法是安全和有效的，但當(dāng)用于人類時(shí)，仍有超過80%的潛在療法失敗。動(dòng)物模型通常被譴責(zé)為檢驗(yàn)一種實(shí)驗(yàn)藥物能否成為有效療法的欠佳預(yù)測(cè)變量。然而，真正的原因往往是研究前研究并未進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)。

對(duì)于一種潛在療法的一系列研究試驗(yàn)需要花費(fèi)數(shù)百萬美元，人力成本甚至更大：絕癥患者可能只有一次機(jī)會(huì)嘗試一種未經(jīng)證明但具有希望的治療方法。研究試驗(yàn)通常需要患者投入1年甚至更長時(shí)間到治療中，并且在試驗(yàn)中他們不被允許同時(shí)選擇其他試驗(yàn)。美國馬薩諸塞州肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）治療發(fā)展研究所科學(xué)顧問Steve Perrin表示，啟動(dòng)沒有扎實(shí)動(dòng)物數(shù)據(jù)支持的研究試驗(yàn)從而讓患者置身治療測(cè)驗(yàn)之外,可能是一個(gè)更好的成功機(jī)會(huì)。

ALS是一種致命的神經(jīng)變性疾病，也被稱為路格里克氏病或運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病。《自然》雜志撰文指出，在過去10年里，大約有12種ALS實(shí)驗(yàn)療法進(jìn)入研究試驗(yàn)階段。在動(dòng)物模型中，所有這些療法都被證明能緩解疾病。但除了1種以外，這些療法在研究試驗(yàn)中全部失敗。

在ALS治療發(fā)展研究所，Perrin及其同事利用小鼠模型測(cè)試了超過100種治療ALS的潛在藥物（大部分尚未發(fā)表）。在相同的小鼠模型中，其中一些藥物能減緩疾病的發(fā)展。這些藥物中有8個(gè)zui終在涉及數(shù)千人的研究試驗(yàn)中失敗。

經(jīng)歷了近10年的確認(rèn)工作后，ALS治療發(fā)展研究所出臺(tái)了指導(dǎo)方針，以期能降低研究前試驗(yàn)中的假陽性結(jié)果，從而阻止無根據(jù)的研究試驗(yàn)。這些建議也適用于其他疾病，其條款包括：嚴(yán)格評(píng)估動(dòng)物的生理和生物化學(xué)特性，生物試劑數(shù)學(xué)模型輔助實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，例如一個(gè)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)包含多少只老鼠等。“這種簡單步驟被忽略的頻率令人驚訝。”Perrin說。例如，很難找到一篇文章論述研究前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是由統(tǒng)計(jì)模型支持的，以便將實(shí)驗(yàn)噪音zui小化。

Perrin提到，雖然這些前期工作成本高昂、耗費(fèi)時(shí)間，并且本身不會(huì)產(chǎn)生新療法，但是如果沒有這些前期投入，研究試驗(yàn)所消耗的資源可能更多，生命也可能逝去。

了解動(dòng)物

ALS治療發(fā)展研究所的科學(xué)家研究證明了動(dòng)物學(xué)模型zui初的生理學(xué)描述如何難以包含動(dòng)物的所有特征。ALS的發(fā)展過程以支配骨骼肌神經(jīng)元的退化為特點(diǎn)。基因測(cè)序和遺傳研究暗示，RNA結(jié)合蛋白是維持運(yùn)動(dòng)神經(jīng)健康的關(guān)鍵因素。表達(dá)RNA結(jié)合蛋白TDP43的一種突變形式的小鼠模型能顯示ALS的特征：運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元喪失、蛋白質(zhì)聚集和漸進(jìn)式的肌肉萎縮。

但是，有關(guān)這些老鼠的進(jìn)一步研究揭示出重要的不同。在患者（和建立的小鼠模型）中，麻痹會(huì)隨著時(shí)間加重。但Perrin及同事并未在TDP43突變的老鼠身上觀察到這一進(jìn)程。研究人員表示，步態(tài)和握力測(cè)量顯示，它們的肌肉虧損實(shí)際上是輕微的，尸體解剖也發(fā)現(xiàn)，這種動(dòng)物不是死于肌肉萎縮，而是由腸平滑肌退化引發(fā)的急性腸梗阻。

盡管現(xiàn)有的TDP43突變老鼠在研究針對(duì)特定疾病機(jī)理的藥物的效果方面可能有用，但顯示出的藥物延長生命的能力很可能與人類并不相干。“使用動(dòng)物模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化研究的科學(xué)家必須開始警惕。”Perrin說。

消除噪音

ALS治療發(fā)展研究所的研究人員對(duì)近5500只老鼠進(jìn)行了薈萃分析，在過去4年中，這些老鼠被用于治療或?qū)φ战M研究。所有老鼠的SOD1基因都有特定的缺陷，10%的ALS遺傳患者出現(xiàn)了該基因的突變。相關(guān)研究工作發(fā)現(xiàn)了在動(dòng)物身上的所有意外變異及控制方法。

大約90%的老鼠的平均壽命為134天，上下浮動(dòng)10天。在對(duì)存活時(shí)間更短或更長的老鼠進(jìn)行仔細(xì)觀察后，研究人員發(fā)現(xiàn)一些因素會(huì)使該數(shù)字產(chǎn)生相當(dāng)大的噪音，并且可能導(dǎo)致假結(jié)果的出現(xiàn)。至關(guān)重要的是，理解這種變化需要仔細(xì)監(jiān)控?cái)?shù)以百計(jì)或幾代老鼠。

其中一個(gè)因素是無法排除動(dòng)物死亡與所研究的疾病無關(guān)。另外，科學(xué)家也無法將同窩出生的幼鼠分離到控制組和治療組，也沒有將性別包含在統(tǒng)計(jì)分析內(nèi)。雄性SOD1老鼠癥狀出現(xiàn)時(shí)間要比雌性早1周，死亡也早1周。鑒于1周相當(dāng)于4%的可變生存率，這種差異很容易被誤解為是藥物的效用。

還有一個(gè)因素是引發(fā)疾病的基因。通常，一群實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)鼠繁殖的后代，疾病顯型可能消失。對(duì)于包括ALS在內(nèi)的多種疾病而言，動(dòng)物模型攜帶致病基因的多個(gè)副本，而這些復(fù)制基因通常不是通過細(xì)胞分裂產(chǎn)生配子等穩(wěn)定方式傳遞的。因此，常規(guī)基因分型實(shí)驗(yàn)對(duì)確保老鼠后代的轉(zhuǎn)基因副本沒有變少且疾病沒有減緩至關(guān)重要。

Perrin及同事曾數(shù)次發(fā)現(xiàn)這種情況。2010年，所有的TDP43突變老鼠在200天里死亡。研究人員從這些老鼠的繁殖后代中選取老鼠進(jìn)行了觀察，結(jié)果它們能活400天，并且沒有顯示疾病特征。為了完成TDP43突變老鼠的特征描述工作，研究人員花費(fèi)數(shù)月時(shí)間回交了老鼠種系，以創(chuàng)建穩(wěn)定的顯型。Perrin提到：“特征描述能標(biāo)記更精細(xì)的轉(zhuǎn)化問題。”

另外，對(duì)于旨在預(yù)測(cè)延長存活或減緩癥狀發(fā)展等療法效益的研究而言，一種數(shù)字模擬法合乎規(guī)程。這能將動(dòng)物模型中觀察到的典型變異結(jié)合進(jìn)計(jì)算多少動(dòng)物應(yīng)被分配給實(shí)驗(yàn)組。根據(jù)Perrin等人的計(jì)算，高變量動(dòng)物模型中，每組需要數(shù)百只動(dòng)物。

而且，在評(píng)估一種藥物的療效之前，研究人員將能調(diào)查動(dòng)物可以忍受什么、藥物是否能到達(dá)相應(yīng)的組織以及藥物在體內(nèi)會(huì)多快代謝掉或退化。研究人員預(yù)計(jì)，要描繪分子的毒性特征需要花費(fèi)3萬美元和6~9個(gè)月時(shí)間，而評(píng)估是否能到達(dá)相應(yīng)組織和有足夠的半排出期則反映了潛在效用。

如果這些結(jié)果是有前途的，那么檢測(cè)一種藥物是否能延長動(dòng)物壽命是有保證的——每劑藥物將花費(fèi)10萬美元并需要12個(gè)月。至少要檢測(cè)3劑，才能有助得到真實(shí)的藥物反應(yīng)，并設(shè)置合理的劑量水平。

因此Perrin表示，即使假設(shè)動(dòng)物模型已經(jīng)被充分描述，還須投入33萬美元以確定單個(gè)藥物是否能治療人類疾病。研究人員表示，這似乎是值得的，一個(gè)藥物經(jīng)過研究試驗(yàn)階段需要數(shù)千名患者，并花費(fèi)數(shù)年時(shí)間和數(shù)百萬美元。

共同努力

“隨著學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室將注意力轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)化研究中，描述動(dòng)物模型特征的重?fù)?dān)便落在它們身上。”Perrin說。雖然與研究試驗(yàn)相比，這筆投入所需的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的預(yù)期。“這些責(zé)任和產(chǎn)生的小鼠模型應(yīng)該共享。”他說，“起碼研究人員應(yīng)該將新動(dòng)物模型放置在公共知識(shí)庫中，以便其他研究小組能重復(fù)該工作。”

另外，公共和私人機(jī)構(gòu)也應(yīng)該資助這些特征描述研究，并將其作為特定項(xiàng)目。一個(gè)好例子是阿爾茨海默氏癥神經(jīng)影像創(chuàng)新計(jì)劃，它是一個(gè)旨在尋找該疾病的診斷生物學(xué)標(biāo)記的大型合作研究。

競(jìng)爭性招標(biāo)和階段性支付將促使科學(xué)家使用合格實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)，并得出普遍有效的結(jié)果。不過，“這種單調(diào)的工作將不會(huì)直接帶來突破或療法，并難以符合一般撥款計(jì)劃或研究生訓(xùn)練項(xiàng)目的目標(biāo)”。Perrin說，但如果沒有這些投資項(xiàng)目，更多的患者和資金將被浪費(fèi)在那些不提供信息或令人失望的研究實(shí)驗(yàn)中。