在失敗的轉(zhuǎn)化實驗中，老鼠作為zui令人不安的因素之一承擔(dān)了過錯。即便動物實驗證明一種療法是安全和有效的，但當(dāng)用于人類時，仍有超過80%的潛在療法失敗。動物模型通常被譴責(zé)為檢驗一種實驗藥物能否成為有效療法的欠佳預(yù)測變量。然而，真正的原因往往是研究前研究并未進行嚴格設(shè)計。

對于一種潛在療法的一系列研究試驗需要花費數(shù)百萬美元，人力成本甚至更大：絕癥患者可能只有一次機會嘗試一種未經(jīng)證明但具有希望的治療方法。研究試驗通常需要患者投入1年甚至更長時間到治療中，并且在試驗中他們不被允許同時選擇其他試驗。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，啟動沒有扎實動物數(shù)據(jù)支持的研究試驗從而讓患者置身治療測驗之外,可能是一個更好的成功機會。

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動神經(jīng)元病?！蹲匀弧冯s志撰文指出，在過去10年里，大約有12種ALS實驗療法進入研究試驗階段。在動物模型中，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zui終在涉及數(shù)千人的研究試驗中失敗。

經(jīng)歷了近10年的確認工作后，ALS治療發(fā)展研究所出臺了指導(dǎo)方針，以期能降低研究前試驗中的假陽性結(jié)果，從而阻止無根據(jù)的研究試驗。這些建議也適用于其他疾病，其條款包括：嚴格評估動物的生理和生物化學(xué)特性，生物試劑數(shù)學(xué)模型輔助實驗設(shè)計，例如一個實驗中應(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物實驗是由統(tǒng)計模型支持的，以便將實驗噪音zui小化。

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

了解動物

ALS治療發(fā)展研究所的科學(xué)家研究證明了動物學(xué)模型zui初的生理學(xué)描述如何難以包含動物的所有特征。ALS的發(fā)展過程以支配骨骼肌神經(jīng)元的退化為特點?；驕y序和遺傳研究暗示，RNA結(jié)合蛋白是維持運動神經(jīng)健康的關(guān)鍵因素。表達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：運動神經(jīng)元喪失、蛋白質(zhì)聚集和漸進式的肌肉萎縮。

但是，有關(guān)這些老鼠的進一步研究揭示出重要的不同。在患者（和建立的小鼠模型）中，麻痹會隨著時間加重。但Perrin及同事并未在TDP43突變的老鼠身上觀察到這一進程。研究人員表示，步態(tài)和握力測量顯示，它們的肌肉虧損實際上是輕微的，尸體解剖也發(fā)現(xiàn)，這種動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特定疾病機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。“使用動物模型進行轉(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近5500只老鼠進行了薈萃分析，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10天。在對存活時間更短或更長的老鼠進行仔細觀察后，研究人員發(fā)現(xiàn)一些因素會使該數(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監(jiān)控數(shù)以百計或幾代老鼠。

其中一個因素是無法排除動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)計分析內(nèi)。雄性SOD1老鼠癥狀出現(xiàn)時間要比雌性早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。

還有一個因素是引發(fā)疾病的基因。通常，一群實驗設(shè)計鼠繁殖的后代，疾病顯型可能消失。對于包括ALS在內(nèi)的多種疾病而言，動物模型攜帶致病基因的多個副本，而這些復(fù)制基因通常不是通過細胞分裂產(chǎn)生配子等穩(wěn)定方式傳遞的。因此，常規(guī)基因分型實驗對確保老鼠后代的轉(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，研究人員花費數(shù)月時間回交了老鼠種系，以創(chuàng)建穩(wěn)定的顯型。Perrin提到：“特征描述能標記更精細的轉(zhuǎn)化問題。”

另外，對于旨在預(yù)測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。這能將動物模型中觀察到的典型變異結(jié)合進計算多少動物應(yīng)被分配給實驗組。根據(jù)Perrin等人的計算，高變量動物模型中，每組需要數(shù)百只動物。

而且，在評估一種藥物的療效之前，研究人員將能調(diào)查動物可以忍受什么、藥物是否能到達相應(yīng)的組織以及藥物在體內(nèi)會多快代謝掉或退化。研究人員預(yù)計，要描繪分子的毒性特征需要花費3萬美元和6~9個月時間，而評估是否能到達相應(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，那么檢測一種藥物是否能延長動物壽命是有保證的——每劑藥物將花費10萬美元并需要12個月。至少要檢測3劑，才能有助得到真實的藥物反應(yīng)，并設(shè)置合理的劑量水平。

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

共同努力

“隨著學(xué)術(shù)實驗室將注意力轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)化研究中，描述動物模型特征的重擔(dān)便落在它們身上。”Perrin說。雖然與研究試驗相比，這筆投入所需的時間和經(jīng)費遠遠超過了任何一個實驗室的預(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)該將新動物模型放置在公共知識庫中，以便其他研究小組能重復(fù)該工作。”

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

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