應用教學
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農業用農藥與帕金森氏症：目前的篩檢程序
JAN 31 ,2024
帕金森氏症(Parkinson’s disease, PD) 目前是世上最盛行的神經退化疾病之一，近十幾年來有顯著增加的現象。
PD的特點是黑質（拉丁語為「黑色物質」）中多巴胺能神經元 (dopaminergic neurons) 的喪失，黑質是中腦區域的關鍵結構，在運動控制中扮演至關重要的角色。其深色外觀是由於多巴胺能神經元中的神經黑色素水平較高。
雖然PD被認為主要是動作方面的缺陷，它同時包含幾個非動作障礙的症狀。
在人類與嚙齒類上主要出現的帕金森氏症症狀：
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運動症狀 人類 |
運動症狀 齧齒類 |
非運動症狀 人類 |
非運動症狀 囓齒動物 |
| 震顫：通常是靜止性震顫，放鬆時手、手臂或腿會明顯顫抖。 | 類似震顫的運動：雖然不像人類那麼明顯，但有些模型表現出類似震顫的活動。 | 認知變化：記憶、計畫或決策的問題。 | 認知障礙：使用迷宮和其他認知測驗來評估記憶和學習缺陷 |
| 運動遲緩：運動緩慢，這是帕金森氏症的一個指標，使日常活動變得困難且耗時。 | 運動減少和緩慢：類似人類運動遲緩。 | 睡眠障礙：失眠、不寧腿症候群和快速動眼期睡眠行為障礙。 | 睡眠障礙：在某些模型中觀察到睡眠模式改變。 |
| 僵硬：四肢或軀幹僵硬。 | 僵硬和姿勢不穩定：透過各種行為測試進行評估。 | 情緒障礙：憂鬱和焦慮。 | 情緒改變：表示憂鬱或焦慮的行為變化。 |
| 姿勢不穩定：平衡和協調問題，導致跌倒的風險更高。 | 協調性和平衡受損：使用轉棒或橫樑行走偵測等測試進行評估。 | 胃腸道問題：例如便秘。 | 胃腸功能障礙：如排便規律改變。 |
| 感覺症狀：嗅覺與疼痛感改變 | |||
| 自主神經功能障礙：血壓、出汗和膀胱控制的變化。 |
使用囓齒類動物模型研究帕金森氏症
為了研究帕金森氏症，研究人員經常需要使用囓齒動物模型，受試動物通常是小鼠和大鼠。這些模型使研究者可以深入了解疾病機制和測試潛在治療方法。這些動物模型複製了人類帕金森氏症的許多關鍵症狀，包括運動和非運動症狀，但要完全複製人類狀況方面還是存在一些限制。
為了要觀察和量化在嚙齒類動物行為和神經功能的改變，這些可以做為人類症狀的替代指標。例如：在評估運動協調和平衡時，可以將大鼠或小鼠放在旋轉桿上（rotarod test旋轉桿測試）以測量其保持平衡的能力，模仿帕金森氏症患者的運動協調問題。
創造帕金森氏症的嚙齒類動物模型
PD囓齒動物模型通常使用 6-羥基多巴胺(6-hydroxydopamine, 6-OHDA)、MPTP(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine) 或魚藤酮(rotenone) 等神經毒素模擬帕金森氏症的症狀，它們可以選擇性地破壞黑質中的多巴胺能神經元；也有突變的遺傳模型，其來自家族性的帕金森氏症中。
最近有一篇由shan等人撰寫的review，內文中比較了魚藤酮和百草枯(paraquat)，兩者皆可以在小鼠身上誘發類似PD的症狀，並提供了科學家更寬廣的研究視野，由於它們是常用的農藥，因此將PD研究與現實世界的環境問題連在一起。
農業用農藥，帶來嚴重的(心理) 健康問題
Shan 等人的review目的為證實接觸環境毒素與罹患帕金森氏症(PD) 風險之間的關係。作者強調目前篩檢程序不足以評估與接觸毒物相關的特定帕金森氏症風險，特別是農藥、溶劑以及鉛(lead)、汞(mercury)、砷(arsenic)、鎘(cadmium) 和鉻(chromium) 等重金屬，這些物質存在於環境、我們使用的產品中，甚至是食物和水中。
因此，他們建議採用一種詳細且更強效的毒素篩檢方法，涉及多個階段，作為產生有用資訊的關鍵步驟。
多層次篩選流程
Shan等人提出了一個多層次的篩選過程，從電腦模擬研究開始，然後是體外測試、整體生物模型和囓齒類動物模型。這種方法目的是在辨別神經毒性化合物並了解其機制，創造一個更強大的方法以更了解環境中的毒物，甚至是提供一個更有效預防PD的方式。
帕金森氏症 (PD) 囓齒類動物模型的行為測量
使用囓齒動物來測試神經毒性化合物對帕金森氏症發病的影響是一個很重要的環節。囓齒動物模型也為了解疾病的進展提供了不一樣的研究面向。囓齒類動物的行為變化可作為神經退化過程的指標，並用於評估Shan等人review的多層篩檢方法的有效性。以下測試可用於研究這些行為。
測量行為的方法：
- 一連串的行為測試(Behavioral test battery)：包含一系列的測試包含量測探索行為的開放式空間，量測動作協調性的旋轉桿測試(rotarod test)，量測大動作功能的Catwalk XT，量測細緻抓取動作的顆粒抓取測驗(pellet grasping test)，量測肌肉強度的握力測試(grip test)，和阿樸嗎啡(apomorphine) 誘導的旋轉測試(rotation test)，用於檢測多巴胺能循環缺陷。
- 自動化監控飼養籠：Noldus 的 PhenoTyper 等工具用於評估囓齒動物的晝/夜活動模式和焦慮程度。這包括用於焦慮的光點測試和用於測量反轉學習(reversal learning) 的認知牆等測試。
- 神經化學評估：除了行為測試之外，有些動物需要在不同的時間點犧牲以評估黑質中的多巴胺神經元降解，這對於觀察其行為背後的神經化學變化非常重要。
在PD研究的脈絡中，行為的量測站一席之地，特別是在涉及囓齒動物模型的毒素篩選的後期階段。這些行為數據對於了解化合物的神經毒性之影響及與帕金森氏症的潛在關聯性提供了重要的訊息。
Reference
Shan, L.; Heusinkveld, H.J.; Paul, K.C.; Hughes; Darweesh, S.K.L.; Bloem, B.R. & Homberg, J.R. Towards improved screening of toxins for Parkinson’s risk. npj Parkinsons Dis. 9, 169 (2023). https://doi.org/10.1038/s41531-023-00615-9
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