欧洲毒理病理学会：非临床神经毒性生物标志物及相关研究

神经毒性是药物在非临床和临床研发阶段被淘汰的常见原因，在非临床研究中纳入安全生物标志物，可尽早监测潜在神经毒性风险，且这些风险可能对临床试验具有转化价值。非临床和临床研究中，需开发、验证并应用非侵入性神经生物标志物，以检测和预测神经系统变化。神经生物标志物可用于评估新药疗效、监测神经系统疾病，还能更清晰地描述神经病理学发现。神经生物标志物需对神经系统异常具备敏感性和特异性，能精准反映相关变化，并可在体液（血液、脑脊液、尿液）中检测到，或通过临床观察、影像学手段发现。

2024年欧洲毒理病理学会（ESTP）年会会议指出，在非临床研究中，必须引入神经生物标志物与功能性终点，以便及早发现药物开发过程中可能引起的急性或迟发性外周（PNS）和中枢（CNS）神经系统改变/损伤。会议强调了这些标志物与终点的临床可转化性，以及病理学家将其与组织学改变进行关联解读的关键作用。

来自Roche、Novartis、Merck、Biogen的团队对此次会议关键内容进行了概述，涵盖基于体液的标志物、安全药理学评估以及影像学技术，一起来看下。

大鼠血液与脑脊液中NF-L、NSE、TAU、GFAP生物标志物的表现（用于检测神经系统损伤）

Warren Glaab 博士发表该主题演讲，回顾了欧盟创新药物计划（IMI）科学家团队开展的一项大型研究结果。在15项大鼠体内毒性研究中，评估4种用于检测神经系统损伤的体液生物标志物候选物，包括神经丝轻链（NF-L）、胶质纤维酸性蛋白（GFAP）、神经元特异性烯醇化酶（NSE）和总Tau蛋白。另外，对神经功能（通过神经行为学测试）和神经结构（通过宏观与微观病理学评估）进行平行评估，以验证传统安全终点检测和描述神经系统损伤的敏感性与特异性。结果如下表所示。

药物安全性评估中的行为学测试——与病理学家是否相关？

行为学测试的核心依据与基础框架

根据ICH S7A指南，在新药进入人体临床试验前，需开展核心安全药理学测试组合，评估非临床研究中药物对行为、协调性、感觉/运动反射、运动活性及体温的潜在急性影响。

主流测试方法为Irwin筛查/功能观察组合（FOB），两者无明确区分，各实验室会自定义行为评估“工具包”。Irwin测试最初用于检测小鼠精神活性化合物，FOB最初用于大鼠神经毒性测试，更侧重反射反应评估。主要在小鼠、大鼠中开展，也可适配犬、食蟹猴、小型猪等物种。使用时需考虑物种的解剖、生理特点及人工操作便利性。所有物种遵循统一原则，如按“低压力（观察）→高压力（操作、体温测量）”顺序开展测试。通常24小时内重复评估，观察反应可逆性或反弹效应。因测试存在主观性，需由经验丰富的观察者实施盲法操作。

额外行为学测试类型

平衡与协调性测试（啮齿类动物）

转棒实验（Rotarod）：记录动物在2分钟内、不同转速的旋转棒上停留的时间及尝试次数，评估平衡与协调能力。

横梁行走实验（Beam Walking）：模拟啮齿类自然活动，记录动物通过特定长度、形状和直径横梁的时间及失足次数。

运动活性评估（啮齿类动物）

常规评估：在新环境中自动测量动物自主活动和直立行为，通常在药物预期暴露峰值时持续30-60分钟。

Home笼监测：近年出现的数字化技术可监测动物home笼内活动，能同时评估昼夜行为变化（啮齿类夜间最活跃），实现长期、重复、客观评估且不干扰其夜间活动。

行为学测试与病理评估的关联

单次给药研究（ICH S7A要求）

通过多剂量单次给药，为I期临床试验的人体安全性提供依据，可能观察到体温变化、兴奋/镇静、协调能力丧失、反射反应降低、惊厥等不良反应。此类研究中，行为学异常几乎无组织病理学相关性，因此常规不开展病理评估。

重复给药毒性研究

纳入Irwin筛查/FOB可发现长期给药后行为变化的“耐受、恶化或迟发”现象，这些变化可能与CNS、PNS或肌肉组织的退行性改变相关，且会在病理评估中体现。

案例（青蒿素类神经毒性）：β-蒿乙醚长期研究显示，行为学变化与病理改变呈剂量和时间相关性。1mg/kg剂量组仅轻微运动障碍，无神经病理变化；5mg/kg剂量组部分大鼠出现脑干病变；10mg/kg剂量组所有大鼠出现脑干病变，表现为梯形核、前庭核、橄榄核中运动神经元进行性坏死，伴胶质增生和卫星现象。

补充测试与临床转化价值：神经传导速度测试（NCV）

适用场景：评估CNS和PNS功能的补充测试，从人类临床适配至非临床研究，可测量感觉和运动神经元受刺激后的传导速度。

核心作用：辅助判断临床症状的进展与恢复情况。例如，在食蟹猴39周毒性研究中，动物虽能通过适应足部位置掩盖外周感觉丧失，但NCV测试显示停药15周后神经元功能仍未恢复，这一结果也被“外周神经轴索变性、脊髓颈段薄束轻微至中度变性”的病理评估证实。

整体临床转化意义

FOB/Irwin的价值：虽难以检测I期临床常见症状（如头痛、恶心），但可有效识别惊厥、共济失调等严重危及生命的事件。已通过已知CNS调节药物验证，对少见但潜在严重的不良反应敏感。

NCV的价值：因不同物种脑、脊髓、外周神经结构特征相似，外周神经功能特性保守，非临床NCV测试在检测外周神经病变药物方面，具有良好的临床转化性。

简答总结下，单次给药的Irwin测试/FOB几乎无病理相关性，而纳入重复给药毒性研究，可辅助发现长期给药效应，为病理发现提供支持。FOB可匹配药物研发中常用的非啮齿类物种（犬、食蟹猴、小型猪），使用时需结合物种生理和解剖特点。特定场景下，NCV等补充测试有助于判断CNS/PNS病变的进展与恢复。

从转化影像学视角看神经病理学：临床前治疗评估的机遇

Nicolau Beckmann博士探讨了磁共振成像（MRI）、核素断层成像、X线计算机断层扫描（CT）、超声等成像技术在非临床与临床研究中的整合应用。这些成像技术过去主要用于临床诊断，如今在临床前神经系统疾病模型研究中，逐渐成为检测、量化病理变化及进展的重要工具，同时支持药物靶点研究、化合物效应评估及新型疗效/安全生物标志物验证。

小动物模型成像的八大优势包括：1）低动物应激：可检测功能、代谢、分子或结构变化，且对动物造成的痛苦极小；2）补充离体/尸检数据：能获取离体实验或尸检无法得到的信息；3）纵向监测：可长期追踪疾病进展及治疗反应；4）自身对照优化：包含1个或多个基线（治疗前）时间点的重复测量，使每只动物可作为自身对照，提升研究统计效力，预计可减少80%以上的动物使用量；5）高效省时：比解剖和组织病理学检查更省时，大幅降低组织分析工作量，加速候选药物评估；6）优化研究设计：可提供最佳治疗方案的关键细节，且治疗前能基于成像数据进行分层；7）早期风险检测：有助于早期检测和量化潜在毒性风险；8）可重复分析与转化价值：图像可重新分析以解决新的生物学问题，无需额外开展动物实验；同时适用于非临床与临床场景，助力转化研究，且临床成像数据可反向优化动物模型，提升临床前研究相关性。

转化成像的临床前研究案例（阿尔茨海默病相关治疗）

动物与患者研究均支持以淀粉样蛋白-β（Aβ）为靶点治疗阿尔茨海默病（AD），主动/被动抗Aβ免疫疗法已被证实可降低转基因小鼠和患者脑内淀粉样斑块负荷。部分案例中，T2*加权MRI检测到抗Aβ免疫治疗期间出现微出血，引发该类治疗策略的安全性担忧。

BACE抑制剂安全性评估实验。在淀粉样前体蛋白（APP）转基因小鼠模型（APP23小鼠，随年龄增长会自然出现广泛脑淀粉样血管病和微出血）中，通过T2*加权MRI评估长期使用β-分泌酶1（BACE）抑制剂的微出血风险。小鼠接受3个月治疗，分为三组——溶剂对照组（无关对照抗体）、β1小鼠单克隆IgG2a抗体组（已知会诱导APP23小鼠微出血）、可穿透脑屏障的BACE抑制剂组。实验结果显示，β1抗体组APP23小鼠脑内微出血体积显著增加；溶剂对照组与BACE抑制剂组的病变进展与自然衰老过程相似。说明该BACE抑制剂具有安全性，得以进入后续临床测试。

总结

2024年欧洲毒理病理学会（ESTP）年会会议强调，在药物研发期间，临床前研究中的神经生物标志物与功能终点，对检测药物引起的急性/延迟性PNS、CNS异常及损伤具有重要意义。将这些神经生物标志物与详细的组织病理学分析相结合，有助于在临床前研究中更精准地预测神经毒性。

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