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多囊卵巢综合征DHEA大鼠动物模型:什么时候必须联合高脂饮食
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PREFACE 00

前言

DHEA诱导是多囊卵巢综合征(PCOS)临床前研究中应用较多的动物模型之一。连续给予DHEA后,大鼠可以形成高雄激素、动情周期紊乱、排卵障碍以及卵巢囊样改变,因此对于抗雄激素、卵泡发育、排卵恢复和卵巢局部机制相关候选药,单纯DHEA模型已经能够提供较清晰的药效窗口。

但当候选药定位从“改善生殖异常”转向“改善胰岛素抵抗、肥胖、血脂异常以及生殖—代谢双重表型”以后,单纯DHEA模型经常遇到一个问题:卵巢和激素表型已经很明显,体重、脂肪蓄积、糖耐量和血脂异常却不一定同步达到稳定、足够的程度。

这也是DHEA联合高脂饮食模型出现的原因。高脂饮食加入以后,模型通常能够进一步放大体重增加、脂肪蓄积、空腹血糖、胰岛素抵抗和血脂异常,同时也可能使AMH、LH/FSH、DHT以及卵巢类固醇生成异常更加明显,从而形成更接近“高雄激素+代谢异常”共同存在的PCOS表型。

但这并不意味着所有DHEA项目都应该联合高脂饮食。高脂饮食不是一个简单的“增强造模因素”,它本身就是独立的代谢干预。如果候选药并不针对肥胖和胰岛素抵抗,盲目加入高脂饮食反而可能增加模型复杂度,甚至掩盖真正需要观察的卵巢药效。

因此,DHEA模型要不要联合高脂饮食,首先应该由候选药的研发定位决定,而不是由“哪个模型看起来更严重”决定。

导读

一、DHEA单独造模和DHEA联合高脂真正差在哪里 二、哪些候选药必须优先考虑DHEA联合高脂 三、哪些项目反而没有必要加入高脂饮食 四、高脂饮食应该从什么时候开始,治疗阶段要不要继续 五、模型成型后DHEA是否继续给,会怎样影响药效判断 六、阳性药和分组应该怎样围绕研发定位设计 七、生殖终点和代谢终点应该怎样拆开评价 八、减重药尤其要警惕“吃得少了以后什么都变好” 九、DHEA联合高脂模型阳性以后,什么时候需要第二模型验证

一、DHEA单独造模和DHEA联合高脂真正差在哪里

DHEA本身更擅长建立PCOS的生殖和内分泌表型。常见的DHEA大鼠模型可以出现动情周期紊乱、高雄激素、黄体减少、囊样卵泡增加以及卵泡发育障碍,同时伴随AMH、睾酮及卵巢类固醇生成相关指标改变。因此,如果项目研究的是高雄激素、卵泡停滞或者排卵异常,DHEA已经能够直接作用到需要研究的病理轴。

代谢表型则没有那么稳定。不同动物年龄、品系、DHEA剂量、造模时间和饲养条件下,空腹血糖、胰岛素抵抗、体重和血脂变化可能存在明显差异。有些实验可以观察到胰岛素升高,但体重和血脂变化较弱;有些能够观察到一定糖耐量异常,却不形成稳定肥胖。对于一个以改善胰岛素抵抗为核心的候选药,如果模型本身OGTT和ITT已经接近正常,后续即使药物机制正确,也很难获得足够的药效窗口。

高脂饮食加入以后,首先改变的是这个问题。

DHEA联合高脂通常可以进一步增加体重和脂肪蓄积,使空腹血糖、空腹胰岛素、糖耐量和胰岛素敏感性异常更加明显,同时增加TG等脂质代谢异常。代谢环境进一步恶化以后,又会通过高胰岛素血症和卵巢胰岛素信号影响类固醇生成,使高雄激素和卵泡发育异常进一步加重。

因此,DHEA与高脂饮食实际上承担两个不同角色:DHEA更偏向建立高雄激素和生殖轴异常,高脂饮食则负责放大肥胖、胰岛素抵抗和代谢压力,两者叠加后形成一个生殖和代谢异常同时存在的复合PCOS表型。

表型层级DHEA单独模型DHEA+高脂模型
高雄激素通常较明确通常较明确,可进一步加重
动情周期紊乱较稳定较稳定
囊样卵泡较常见较常见,可进一步加重
黄体减少常见常见
AMH异常可出现通常更明显
体重/肥胖不一定稳定通常更明显
空腹高胰岛素可出现更容易形成稳定差异
OGTT/ITT异常波动相对较大通常更容易形成药效窗口
血脂异常部分实验较弱通常更明显
脂肪组织炎症不一定突出更适合观察
适合研发定位生殖、抗雄激素、促排卵代谢、减重、胰岛素抵抗、生殖—代谢双改善

所以“联合高脂以后模型更全面”并不等于“所有项目都应该选更全面的模型”。正式项目应该选择最能放大候选药核心作用的病理背景。

SECTION 01

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哪些候选药必须优先考虑DHEA联合高脂

1、胰岛素增敏类候选药

如果候选药的核心机制是改善胰岛素抵抗,例如作用于胰岛素信号、PI3K/AKT、葡萄糖代谢、脂肪组织胰岛素敏感性或者其他代谢通路,那么模型首先要稳定形成胰岛素抵抗。

这类项目如果使用单纯DHEA模型,最大风险不是模型完全没有PCOS,而是PCOS生殖表型已经成功,但基础胰岛素抵抗太弱。此时HOMA-IR、OGTT和ITT没有足够的模型—正常组差距,候选药即使有效也很难继续改善。

因此,对胰岛素增敏类项目,DHEA联合高脂通常比DHEA单独模型更加合适。正式给药前最好已经确认空腹胰岛素、OGTT或ITT至少有一个核心代谢指标形成稳定异常,而不能只根据动情周期和卵巢HE判断“PCOS已经成模”。

2、GLP-1及减重类候选药

如果候选药主要作用于体重、食欲、脂肪蓄积或者能量代谢,高脂饮食几乎成为模型设计中非常重要的一部分。

原因很直接:如果DHEA模型动物本身并不明显增重,那么一个减重药在PCOS背景下很难展示真正的减重药效,也无法进一步判断体重下降后胰岛素抵抗、高雄激素和排卵是否同步改善。

这类项目应该同时观察体重、摄食量、脂肪垫重量、体脂、OGTT/ITT和胰岛素,再进一步连接到睾酮、AMH、动情周期和卵巢病理。研发上真正有价值的问题是:候选药先改善代谢以后,能否进一步把生殖异常拉回来。

3、脂质代谢和脂肪组织靶点药物

如果靶点位于脂肪组织炎症、脂肪细胞功能、脂联素、瘦素或者脂质代谢通路,单纯DHEA通常不够。

这种情况下,脂肪组织必须真正成为疾病的一部分,而不仅是额外取材组织。高脂饮食加入后,可以进一步评价脂肪垫重量、脂肪细胞大小、巨噬细胞浸润、炎症因子以及脂联素、瘦素等变化,再判断这些变化是否与卵巢和激素改善发生联系。

4、明确主张“生殖+代谢双改善”的候选药

部分PCOS候选药的产品定位并不只是促排卵,也不只是降糖,而是希望同时改善高雄激素、月经/排卵异常和胰岛素抵抗。

这类项目如果使用只有明显生殖表型的DHEA模型,最终最多能够证明一半的产品价值。DHEA联合高脂更适合作为核心药效模型,因为它允许在同一只动物上同时观察代谢轴和生殖轴。

但这里也需要提前定义主次。如果所有指标都作为主要终点,最后容易出现体重改善、OGTT改善,但动情周期没有恢复;或者睾酮下降、卵巢形态改善,但胰岛素抵抗变化不明显。正式研究应当提前明确产品最核心的临床定位,再决定主要终点。

候选药类型是否建议联合高脂原因
胰岛素增敏剂强烈建议需要稳定IR药效窗口
GLP-1/减重药强烈建议需要肥胖、摄食和脂肪蓄积背景
脂质代谢药强烈建议需要明确血脂和脂肪组织异常
代谢抗炎药建议高脂可放大脂肪组织和系统炎症
生殖—代谢双效药建议需要同时评价两条病理轴
单纯抗雄激素药通常不必DHEA本身已有明确高雄激素
单纯促排卵药通常不必高脂可能增加额外代谢干扰
卵巢局部靶点药根据机制决定重点是卵巢表型而非肥胖IR

SECTION 02

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哪些项目反而没有必要加入高脂饮食

1、单纯抗雄激素项目

如果候选药主要作用于雄激素受体、类固醇生成或者卵巢高雄激素,DHEA模型本身已经提供较直接的疾病刺激。

此时加入高脂饮食虽然可能进一步加重高雄激素,但同时也引入胰岛素抵抗。最终睾酮下降以后,很难马上判断候选药是直接抑制了雄激素轴,还是因为改善代谢以后间接降低了卵巢雄激素生成。

对于需要证明直接抗雄激素机制的项目,单纯DHEA反而更加干净。等第一模型明确靶点药效后,再用DHEA+HFD验证复杂代谢背景下疗效是否仍然成立,更容易解释。

2、以促排卵为主要目的的候选药

促排卵产品最重要的是动情周期恢复、优势卵泡发育、黄体形成和真正的排卵结果。如果高脂饮食不是候选药的主要作用背景,额外加入肥胖和IR会增加排卵障碍的复杂程度。

这可能导致一个本来能够直接作用卵巢的药物,因为严重代谢异常而表现出较弱药效;也可能出现药物只改善了代谢,动情周期因此部分恢复,看起来像“直接促排卵”。

对于明确的促排卵项目,单纯DHEA可以作为更直接的第一模型。如果未来产品定位本身面向肥胖型PCOS不孕,再增加高脂复合模型更加合理。

3、研究卵巢局部机制的候选药

如果项目围绕颗粒细胞凋亡、卵巢氧化应激、卵泡闭锁、类固醇生成酶或者其他卵巢局部机制,是否加入高脂首先取决于机制中有没有明确的胰岛素和脂代谢成分。

模型并不是越复杂越好。增加一个独立病理因素以后,往往意味着需要增加更多对照和解释。如果高脂并不能回答项目的核心问题,就没有必要为了“模型更像临床”机械加入。

SECTION 03

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高脂饮食应该从什么时候开始,治疗阶段要不要继续

决定使用DHEA+高脂以后,下一个真正影响项目结论的问题是高脂什么时候开始。

目前较常见的设计是DHEA和高脂饮食同步启动,通过约3周的复合刺激建立PCOS表型。这种方法的优势是周期相对可控,而且能够较快形成高雄激素、生殖异常和代谢异常同时存在的状态。

但正式药效研究还要区分“造模阶段”和“治疗阶段”。

如果候选药在治疗阶段开始以后,模型动物同时从高脂饮食换回普通饲料,那么体重、胰岛素敏感性和血脂本身就可能因为饮食恢复而改善。此时治疗组即使出现OGTT、HOMA-IR和体重下降,也很难把全部变化归因于候选药。

所以对于希望证明“治疗已经建立的代谢型PCOS”的项目,治疗期间通常更适合继续维持高脂背景。这样候选药面对的是持续存在的代谢压力,能够回答它有没有真正逆转疾病的能力。

尤其是减重、GLP-1、胰岛素增敏和脂肪组织靶点项目,治疗期突然撤掉HFD是一个很大的结果干扰。

实验设计得到的主要结论主要风险
DHEA+HFD造模,同时开始给药预防/阻断模型形成容易高估药效
成模后给药,继续HFD治疗已建立的代谢型PCOS更接近正式治疗性评价
成模后给药,同时撤HFD药物+饮食恢复共同作用很难拆分药效
成模后撤HFD,不给药自然恢复对照可用于判断饮食撤除贡献

如果项目确实希望研究“生活方式干预+药物”的联合治疗,则可以专门设置饮食恢复组。但这属于另一个研发问题,不应与单纯药物治疗混在一起。

SECTION 04

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模型成型后DHEA是否继续给,会怎样影响药效判断

DHEA模型还有一个比高脂饮食更容易被忽略的问题:停止DHEA以后,部分生殖和代谢表型可以逐渐减弱。

因此,如果21天造模完成后同时停止DHEA、停止高脂,再开始候选药治疗,整个模型实际上已经进入自然恢复阶段。此时药物组改善多少,很容易和自发恢复混在一起。

对于需要持续稳定疾病背景的正式治疗性研究,可以考虑在诱导期结束后继续维持一定DHEA刺激,例如降低频次后继续给药,同时维持高脂饮食。具体剂量和频次不宜机械套用,应先根据本实验体系的模型自然史确认。

这里还存在一个需要根据药物机制处理的矛盾。

如果候选药本身就是抑制卵巢雄激素合成,那么持续给予较高剂量外源性DHEA可能人为增加药物治疗难度,因为候选药刚刚抑制内源雄激素生成,模型又持续提供外源前体。对于这类产品,可以采用不同的模型维持方式,或者把DHEA持续刺激和停止刺激分别设置成探索性方案。

因此,是否继续DHEA没有一个适用于所有项目的固定答案,但正式设计时必须明确,而不能默认造模完成以后随意停掉。

SECTION 05

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阳性药和分组应该怎样围绕研发定位设计

DHEA联合高脂模型并不意味着阳性药固定选择一种药。阳性药应该与候选药主要研发目标对应。

如果候选药主打胰岛素抵抗和代谢改善,二甲双胍是比较直接的参照。DHEA+HFD大鼠研究中常见口服剂量约200~300 mg/kg/天,近期复合模型药效研究中也有采用300 mg/kg/天连续治疗约3周的设计。

如果项目主打减重,则仅使用二甲双胍未必能够充分代表减重药物的临床参照,可以根据候选药机制增加相应体重管理类参照。对于单纯促排卵或者抗雄激素项目,则应重新选择与生殖终点更加匹配的阳性方案。

正式DHEA+HFD代谢型PCOS药效研究,可以参考以下框架:

组别处理主要作用
正常对照组普通饮食+溶媒正常生殖和代谢基线
模型组DHEA+HFD+Vehicle疾病自然进展
阳性药组DHEA+HFD+代谢参照药验证代谢药效窗口
候选药低剂量组DHEA+HFD+低剂量最低有效剂量
候选药中剂量组DHEA+HFD+中剂量剂量—效应关系
候选药高剂量组DHEA+HFD+高剂量最大药效和耐受窗口

HFD-only和DHEA-only两个组是否需要一直保留,要看项目阶段。

在模型建立和平台验证阶段,建议保留这两个组,因为它们能够清楚回答DHEA和HFD分别贡献了什么表型。如果平台已经积累了稳定历史数据,正式候选药筛选时不一定每次都重复加入,否则动物数量会明显增加。

如果产品的核心申报逻辑就是证明“在肥胖型PCOS中比非肥胖型PCOS更有效”,则DHEA-only组应继续保留,因为它本身就是研发问题的一部分。

SECTION 06

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生殖终点和代谢终点应该怎样拆开评价

DHEA+HFD最大的优势,是同一个模型能够同时看生殖和代谢;最大的风险也是同一个模型指标太多,最后无法判断主要药效。

对于医药企业项目,更合理的做法是按照“主要终点—关键次要终点—机制终点”提前分层。

1、代谢型候选药

如果产品主要定位胰岛素抵抗或代谢型PCOS,建议把代谢终点放在第一层。

层级建议指标
主要代谢终点OGTT AUC、ITT AUC、空腹胰岛素、HOMA-IR
体重相关体重曲线、摄食量、脂肪垫重量、体脂
血脂TG、TC、LDL-C、HDL-C
生殖支持终点动情周期、T、DHT、AMH、LH/FSH
卵巢结构囊样卵泡、黄体、闭锁卵泡
机制终点PI3K/AKT、胰岛素信号、类固醇生成相关蛋白

如果候选药明显降低HOMA-IR,但动情周期没有恢复,仍然可以说明它命中了代谢轴,只是不能进一步宣称已经完整逆转PCOS生殖异常。

2、生殖—代谢双效候选药

这类项目需要至少同时建立一条代谢证据链和一条生殖证据链。

代谢端可以采用:

体重/脂肪蓄积→胰岛素抵抗→糖脂代谢。

生殖端则采用:

高雄激素→动情周期→卵巢病理→排卵功能。

AMH、睾酮或者LH/FSH改善都不能单独替代真正的排卵结果。如果产品未来希望主张恢复排卵或改善生育力,还需要进一步增加黄体数量、排卵评价以及必要时的交配和妊娠终点。

3、卵巢类固醇生成需要和外周激素分开

DHEA本身属于雄激素前体,因此血清睾酮下降虽然重要,却不能完全说明候选药直接修复了卵巢类固醇生成。

可以进一步检测StAR、CYP11A1、CYP17A1、3β-HSD、17β-HSD等卵巢类固醇生成相关指标。这样可以判断药物究竟只是降低了外周激素水平,还是同时纠正了卵巢内部异常的类固醇生成程序。

SECTION 07

07

减重药尤其要警惕“吃得少了以后什么都变好”

对于GLP-1类、食欲抑制剂和其他能够显著降低摄食量的候选药,DHEA+HFD模型还存在一个非常重要的解释风险。

假设候选药明显降低摄食量,动物随后体重下降、胰岛素敏感性提高、睾酮下降、动情周期恢复。这个结果当然具有药效价值,但如果项目进一步声称候选药能够直接作用于卵巢或者直接纠正PCOS特异性机制,就需要非常谨慎。

因为单纯降低热量摄入和减重,本身就可能改善胰岛素抵抗和高雄激素。

这类项目可以增加配对喂养对照。也就是给一组DHEA+HFD模型动物不使用候选药,但每天只提供与给药组相同数量的饲料。这样可以把“因为吃得少而改善”和“药物在相同热量摄入下仍有额外作用”拆开。

结果更可能的解释
给药组优于模型组,但与配对喂养组接近药效主要由摄食减少和减重驱动
给药组体重与配对喂养组相近,但OGTT改善更强存在独立于减重的胰岛素增敏作用
给药组与配对喂养组体重相近,但睾酮和卵巢改善更明显支持额外的生殖/卵巢作用
摄食量不变但代谢和卵巢均改善更支持直接药理效应

对于食欲抑制类候选药,这种设计比单纯再增加一个剂量组更加有价值,因为它直接决定后续机制宣称能够做到什么程度。

正式研究还需要持续记录摄食量,而不能只测每周体重。高脂饮食能量密度较高,仅记录“吃了多少克饲料”也不够,最好换算实际能量摄入。

SECTION 08

08

DHEA联合高脂模型阳性以后,什么时候需要第二模型验证

DHEA+HFD非常适合评价肥胖、胰岛素抵抗和高雄激素共同存在的PCOS候选药,但它并不能代表全部PCOS病理。

如果候选药主要针对代谢异常,并且第一模型已经在DHEA+HFD中获得稳定的体重、胰岛素抵抗和卵巢改善,可以进一步进入来曲唑联合高脂等模型,验证药效是否能够跨越不同的高雄激素形成机制。这样能够降低候选药只在DHEA特定背景下有效的风险。

如果候选药主要靶向雄激素受体或者不可芳香化雄激素相关机制,则可以考虑DHT模型。DHEA作为可进一步代谢的类固醇前体,其病理背景与DHT持续刺激并不完全相同,两个模型能够回答不同问题。

对于真正以减重和胰岛素增敏为核心的候选药,第一模型命中以后,第二模型的价值并不是再重复一次“体重下降”,而是确认在另一种PCOS病理背景下,代谢改善能否继续转化成动情周期、雄激素和卵巢功能改善。

因此,DHEA模型是否加入高脂饮食,最终应回到候选药本身。项目如果要回答的是高雄激素、卵泡发育和排卵,单纯DHEA往往已经足够;如果要回答的是肥胖、胰岛素抵抗、脂质代谢或者生殖—代谢双重改善,高脂饮食才真正具有不可替代的价值。模型增加的每一个病理因素,都应该对应一个明确的研发问题,否则“模型更复杂”并不会自动带来“证据更强”。

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