มนุษย์เป็นแบบจำลองที่ไม่แน่นอนของโรคในหนู

• งานวิจัยเกี่ยวกับอาการคัน, basophils และ ILC2s เคยถูกมองว่ามีความหมายทางคลินิกต่ำ แต่กลับกลายเป็นเส้นทางที่นำไปสู่การพัฒนา JAK inhibitors และยาที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA
• ในช่วงแรก translational research ถูกมองเหมือนการ ถ่ายทอดทางเดียว จากการศึกษาในเซลล์และสัตว์ไปสู่มนุษย์ และในเวลานั้นก็ยังยากที่จะดึงชีววิทยาเชิงลึกจากเนื้อเยื่อมนุษย์ออกมาได้
• หลังยุค high-throughput และ single-cell sequencing สถานะของการยืนยันผลในตัวอย่างมนุษย์และงานวิจัย first-in-human สูงขึ้นมาก แต่คำวิจารณ์ว่า “หนูเป็นแบบจำลองที่ไม่แน่นอนของโรค X” ก็กลายเป็นถ้อยคำที่ใช้บั่นทอนงานวิจัยในสัตว์ด้วยเช่นกัน
• หนูที่สร้างขึ้นจากการสังเกตผู้ป่วย JAK1 gain-of-function สามารถจำลองการอักเสบของผิวหนังได้ แต่ไม่แสดงอาการหืด จนกระทั่งหลังสัมผัส Alternaria alternata จึงพบว่ามีความไวต่อการอักเสบของปอดแบบภูมิแพ้เพิ่มขึ้น
• JAK1 ส่งเสริมการอักเสบในเซลล์ภูมิคุ้มกัน แต่ใน เซลล์ประสาทรับความรู้สึก ของปอดกลับมอบโปรแกรมต้านการอักเสบให้ จึงอาจทำให้การยึดติดกับกรอบของสาขา แบบจำลอง หรือสมมติฐาน จำกัดการค้นพบใหม่ได้

---

เส้นทางที่ไม่ปกติซึ่งเริ่มจากงานวิจัยเรื่องอาการคัน

• เมื่อ 10 ปีก่อน อาการคันยังถูกแพทย์และนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากมองว่าเป็นเพียงความรู้สึกเล็กน้อย และในช่วง postdoctoral fellowship ผู้เขียนเคยได้ยินว่า basophils และ ILC2s เป็น เซลล์ร่องรอย ที่ไม่มีความหมายทางคลินิก
• งานวิจัยนี้ยืนยันการมีอยู่ของ basophils และ group 2 innate lymphoid cells(ILC2s) ในผิวหนังมนุษย์ และเชื่อมโยงสิ่งเหล่านี้เข้ากับ atopic dermatitis(AD)
• AD เคยถูกมองว่าเป็นโรคที่ซับซ้อนเกินกว่าจะรักษาแบบมุ่งเป้าได้ แต่ต่อมาห้องวิจัยได้เผยแพร่งานที่แสดงว่า Janus kinase(JAK) inhibitors ให้ผลต้านอาการคันที่โดดเด่นเฉพาะตัว
• งานนี้นำไปสู่สิทธิบัตรการใช้งานใหม่สำหรับอาการคัน และกลายเป็นพื้นฐานของการออกแบบการทดลองทางคลินิกแบบสุ่มหลายรายการที่เกี่ยวข้องกับ ยาที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA แบบ first-in-class สำหรับ AD และโรคที่มีอาการคันซึ่งเป็นที่รู้จักน้อยกว่า

มุมมองที่เปลี่ยนไปต่อ translational research

• ในช่วงต้นอาชีพทางวิทยาศาสตร์ NIH นิยาม translational research ออกเป็น 2 หมวด
  • T1: การถ่ายทอดความรู้จากงานวิจัยพื้นฐานสู่งานวิจัยทางคลินิก
  • T2: การถ่ายทอดความรู้จากงานวิจัยทางคลินิกไปสู่การดูแลรักษาจริง
• นิยามนี้ทำให้ดูเหมือนว่า translational science มีคุณค่าเฉพาะในฐานะ การถ่ายทอดทางเดียว ที่ย้ายองค์ความรู้จากเซลล์หรือสัตว์ไปสู่มนุษย์
• ในเวลานั้น สำหรับนักวิจัยบางคนที่ยึดแนวทางวิชาการบริสุทธิ์ คำว่า “translational” ถูกมองราวกับสื่อถึงความไม่บริสุทธิ์ ความเข้มงวดที่ต่ำกว่า และความเข้าใจเชิงกลไกที่ไม่เพียงพอ
• เมื่อ 25 ปีก่อน ก่อนที่เทคโนโลยีอย่าง high-throughput sequencing และ single-cell sequencing จะถือกำเนิดขึ้น ยังเป็นเรื่องยากที่จะดึงความลึกทางชีววิทยาออกมาจากเนื้อเยื่อมนุษย์ปฐมภูมิ
• ยิ่งนำงานวิจัยในมนุษย์มาผูกกับงานวิจัยในหนูมากขึ้น ก็ยิ่งมีความกังวลว่างานนั้นจะถูกมองว่าเป็นเพียงงานเชิงเทคนิคหรือเชิงพรรณนา

การผงาดขึ้นของการยืนยันในมนุษย์และคำวิจารณ์ต่อแบบจำลองสัตว์

• เมื่อเทคโนโลยีใหม่ก้าวขึ้นมามีบทบาทหลัก สถานะของ translational science ก็เปลี่ยนไปอย่างรวดเร็ว และในบทความผลกระทบสูง การยืนยันผลในตัวอย่างมนุษย์แทบกลายเป็นข้อกำหนดไปแล้ว
• งานวิจัย first-in-human กลายเป็นวิธีทรงพลังในการก้าวขึ้นสู่แนวหน้าของสาขาอย่างรวดเร็ว
• “biomarker” และ “biobank” ถูกใช้เป็นคำสำคัญในข้อเสนอขอทุนวิจัยเพื่อสื่อถึงความสำคัญของงาน
• ในการพิจารณาทุนของ NIH การพูดว่า “หนูเป็นแบบจำลองที่ไม่แน่นอนของโรค X” กลายเป็นคำวิจารณ์ที่ใช้ทำให้งานวิจัยอ่อนน้ำหนักลงอยู่บ่อยครั้ง
• เช่นเดียวกับที่ถ้อยคำเชิงลบต่อ translational work ในอดีตเคยทำให้รู้สึกไม่สบายใจ ภายหลังก็มีถ้อยคำเชิงลบชุดใหม่เกิดขึ้นรอบ ๆ งานวิจัยในสัตว์

จากการสังเกตผู้ป่วย JAK1 สู่หนูที่สร้างขึ้นโดยบังเอิญ

• ห้องวิจัยยังคงทำทั้งงานวิจัยในหนูและการสำรวจเชิง translational ในมนุษย์ควบคู่กันไป
• ในปี 2017 หลังยืนยันผลว่าการทำงานของ JAK1 ในเซลล์ประสาทรับความรู้สึกเป็นตัวกลางสำคัญของอาการคัน Stuart Turvey ก็แจ้งถึงการค้นพบการกลายพันธุ์ germline JAK1 gain-of-function(GoF) ครั้งแรกในผู้ป่วย
• JAK1 ทำหน้าที่เป็นเส้นทางหลักของสัญญาณ cytokine หลายชนิดภายในเซลล์ภูมิคุ้มกัน
• ผู้ป่วยเหล่านี้มีพยาธิสภาพการอักเสบหลายระบบ รวมถึงโรคอย่าง AD รุนแรง, asthma และ food allergy
• เด็กที่มีการกลายพันธุ์ JAK1 GoF ไม่ตอบสนองต่ออาการคันแม้ใช้ steroid ขนาดสูง แต่หลังได้รับ ruxolitinib ชนิดรับประทานซึ่งยับยั้ง JAK1/JAK2 อาการคันก็บรรเทาลงเป็นครั้งแรก
• การสังเกตในผู้ป่วยนี้ เมื่อประกอบกับผลในหนู ชี้ว่า JAK1 อาจเป็นตัวขับสำคัญของอาการคันในระบบประสาทของผู้ป่วย

แบบจำลองที่ไร้สมมติฐานและลักษณะอาการที่ไม่ตรงกัน

• มีการตัดสินใจสร้างหนูที่แสดงการกลายพันธุ์ JAK1 แบบเดียวกับที่พบในผู้ป่วยแบบมีเงื่อนไข แต่ในตอนนั้นยังไม่มีสมมติฐานที่ชัดเจน
• เดิมทีตั้งใจจะใส่การกลายพันธุ์ JAK1 GoF ของมนุษย์เฉพาะในเส้นประสาทรับความรู้สึก แต่เพราะความเข้าใจคลาดเคลื่อน จึงได้หนูที่แสดงการกลายพันธุ์แบบ germline เหมือนผู้ป่วยแทน
• หนูเหล่านี้แสดงการอักเสบของผิวหนังคล้าย AD ได้เองเหมือนผู้ป่วย แต่ต่างจากเด็กเหล่านั้นตรงที่ไม่เกิด asthma
• ห้องวิจัยจึงได้ข้อสรุปว่า “มนุษย์เป็นแบบจำลองที่ไม่แน่นอนของโรคในหนู”
• แม้จะมีเหตุผลมากมายให้ยุติโครงการนี้ ทั้งจากการสร้างหนูผิด สมมติฐานที่ไม่ชัด และลักษณะอาการที่ไม่สอดคล้องกัน แต่ท่ามกลางความสับสนนั้นกลับเผยให้เห็นกลไก neuroimmune ใหม่ในปอด

สารก่อภูมิแพ้จากสิ่งแวดล้อมเผยให้เห็นปฏิสัมพันธ์ระหว่างยีนกับสิ่งแวดล้อม

• หนูจำเป็นต้องได้รับสารก่อภูมิแพ้จึงจะแสดงโรคคล้าย asthma
• มีการตั้งสมมติฐานว่าความแตกต่างสำคัญอย่างหนึ่งระหว่างหนูทดลองกับมนุษย์คือ หนูทดลองแทบไม่ได้สัมผัสกับ สารก่อภูมิแพ้จากสิ่งแวดล้อม
• เมื่อทำ challenge ด้วย Alternaria alternata ซึ่งเป็นสารก่อภูมิแพ้ที่เกี่ยวข้องกับ asthma หนู JAK1 GoF ก็แสดงความไวต่อการอักเสบของปอดแบบภูมิแพ้เพิ่มขึ้น
• ผลนี้สอดคล้องกับภาพจำลองแบบคลาสสิกที่ว่ายีนและสิ่งแวดล้อมทำงานร่วมกันเพื่อสร้างลักษณะอาการทางคลินิก
• และเมื่อไม่หยุดเพียงเท่านั้นแต่ขุดลึกลงไปอีก ก็พบความแตกต่างของหน้าที่ JAK1 ตามชนิดของเซลล์

หน้าที่ตรงข้ามของ JAK1 ในเซลล์ประสาทรับความรู้สึกของปอด

• หนึ่งในสมมติฐานหลักของภูมิคุ้มกันวิทยาคือ หาก cytokine จะออกฤทธิ์ต่อ epithelial หรือ stromal tissue เช่นในปอด ก็มักต้องอาศัย JAK signaling ที่อยู่ downstream
• ในหนู germline JAK1 GoF สัญญาณ JAK1 ถูกเพิ่มขึ้นในทุกเซลล์ จึงทำให้เกิดคำถามว่าสัญญาณ JAK1 ที่มากเกินไปในเซลล์ภูมิคุ้มกันจำเป็นจริงหรือไม่
• เพื่อตรวจสอบเรื่องนี้ จึงสร้าง bone marrow chimeric mice ที่ epithelial และ stromal cell มีการกลายพันธุ์ JAK1 GoF ขณะที่เซลล์ภูมิคุ้มกันมีการกลายพันธุ์แบบ wild-type
• ผลลัพธ์ออกมาตรงข้ามกับที่คาด
  • เซลล์ภูมิคุ้มกันไม่ได้ถูกระดมเข้ามา
  • การกระตุ้น JAK1 ในปอดกลับยับยั้งการระดมเซลล์ภูมิคุ้มกัน
• หลังจากสับสนกับการตีความผลอยู่นานราว 1 ปี จึงได้ข้อสรุปว่า การกระตุ้น JAK1 ส่งเสริมการอักเสบในเซลล์ภูมิคุ้มกัน แต่ในเซลล์ประสาทรับความรู้สึกที่ควบคุมปอดกลับมอบ โปรแกรมต้านการอักเสบ
• ภายในระบบประสาท JAK1 ยังทำหน้าที่อีกแบบหนึ่งที่แตกต่างไปโดยสิ้นเชิง คือการรักษาสมดุลของระบบภูมิคุ้มกัน

เมื่อสาขาและนิยามจำกัดทิศทางการวิจัย

• เส้นทางการวิจัยนี้ไม่ได้เดินจาก bench to bedside แต่เริ่มจากการสังเกตในมนุษย์ สร้างโรคในหนูโดยไม่ได้ตั้งใจโดยไม่มีข้อมูลตั้งต้น แล้วจึงย้อนกลับไปค้นหากลไก
• ณ จุดเริ่มต้น ยังไม่อาจบอกได้ชัดเจนว่าอะไรคือความใหม่หรือผลกระทบของงาน และแม้แต่ผลจะไปปรากฏในอวัยวะใดก็ยังไม่ชัด
• งานวิจัยนี้เลยขอบเขตของ grant เดิมไปมาก และสวนทางกับแนวทางที่มักถูกสอนให้หลีกเลี่ยงในข้อเสนอ translational research
• ท่าทีที่ไม่ยึดติดกับการแบ่งแยกอย่าง basic vs. translational researcher, hypothesis-driven vs. exploratory, immunologist vs. neuroscientist, allergist vs. dermatologist, itch vs. inborn error of immunity ทำให้เกิดการค้นพบแบบข้ามสาขาได้
• discipline, field และ model เป็นกรอบแนวคิดที่มีประโยชน์ แต่หากมันขัดขวางความสามารถในการคิดให้ใหญ่ขึ้น ก็ควร เพิกเฉยต่อมันอย่างต่อเนื่อง

[GN⁺]

ความคิดเห็นจาก Hacker News

• สงสัยว่ามีลิงก์ไหนที่ดูข้อความเต็มแบบไม่เสียเงินได้บ้าง

  • ไม่แน่ใจว่าการแปะลิงก์ตรงไปยังหน้านั้นจะอนุญาตไหม เลยจะไม่แปะตรง ๆ แต่ไปที่โพสต์ Reddit นี้ได้: https://www.reddit.com/r/scihub/comments/1g89i9z/best_altern...
    จากนั้นกดลิงก์ในคอมเมนต์บนสุด แล้วค้นหาบทความด้วยรหัส DOI 10.1016/j.cell.2024.08.006
  • ค่อนข้างแปลกใจที่ได้โหวตเยอะขนาดนี้ ทั้งที่ไม่มีเนื้อหาฉบับเต็มให้อ่านได้ง่าย ๆ

• เป็นไปได้ว่าครั้งแรกที่วิศวกรรมเนื้อเยื่อจะถูกใช้อย่างจริงจังในวงกว้าง หรืออาจเป็นการใช้งานเดียวที่คุ้มพอ ไม่ใช่งานหวือหวาอย่างการเพาะอวัยวะเพื่อปลูกถ่ายหรือเนื้อเพาะเลี้ยงในแล็บ แต่เป็นการเพาะเลี้ยงชิ้นตับสำหรับคัดกรองความเป็นพิษของยาในปริมาณมาก
  ต่อให้ไม่นับประเด็นสิทธิสัตว์เลย เราก็ยังใช้เวลาและเงินจำนวนมากไปกับการฆ่าหนู ทั้งที่รู้อยู่แล้วว่ามันเป็นเพียงโมเดลด้านพิษวิทยาที่พอใช้ได้เท่านั้น
  ถ้าเราสามารถเติมห้องแล็บด้วยถังเพาะเลี้ยงชิ้นตับแบบไหลต่อเนื่องได้ ก็จะได้ผลลัพธ์เร็วขึ้น ลดเวลาและต้นทุนลงมาก และได้ผลที่แม่นยำกว่ามาก

  • ฟังดูเป็นเรื่องที่น่าลองทำ สงสัยว่ามีใครกำลังวิจัยปัญหานี้จริง ๆ อยู่หรือเปล่า

• การหาสมดุลระหว่างความปลอดภัยกับนวัตกรรมในสุขภาพมนุษย์นั้นยากมากจริง ๆ
  ไม่ได้เป็นการวิจารณ์ FDA เท่าไร แต่เป็นข้อเท็จจริงที่ชี้ให้เห็นทั้งความยากและโอกาสไปพร้อมกัน
  อาหารบางอย่างที่มนุษย์กินได้อย่างปลอดภัย ก็อาจเป็นพิษหรือเป็นอันตรายต่อหนูได้ เพราะหนูตอบสนองต่อสารประกอบสำคัญต่างไปจากมนุษย์ ตัวอย่างที่พบบ่อยคือ theobromine ในช็อกโกแลต, caffeine ในกาแฟ และ capsaicin ในพริก

  • สารเหล่านั้นทั้งหมดคือสารฆ่าแมลงที่พืชสร้างขึ้นเพื่อวางยาผู้ล่า Cocaine กับ nicotine ก็เข้าข่ายเดียวกัน
  • ไม่แน่ใจว่าทำไมต้องพูดว่า “ไม่ได้วิจารณ์ FDA” ด้วย ในหลายด้าน FDA แพ้เกมนี้ไปแล้ว
    หน่วยงานนี้เล็กกว่าและได้รับการสนับสนุนน้อยกว่าสิ่งที่พยายามจะกำกับดูแลมาก อีกทั้งปัญหาประตูหมุนระหว่างหน่วยงานรัฐบาลกลางกับภาคเอกชนก็เป็นที่รู้กันอยู่แล้ว ภารกิจตามธรรมชาติที่ให้หน่วยงานเดียวกำกับทั้งอาหารและยาก็ดูจะไม่สมเหตุสมผลอีกต่อไปในสภาพสังคมและการเมืองปัจจุบัน
  • กาแฟก็เป็นพิษต่อมนุษย์เหมือนกันไม่ใช่หรือ?

• เป็นสมมติฐานที่น่าสนใจ แต่บนมือถืออ่านได้แค่บทคัดย่อ สงสัยว่าคำว่าitchในที่นี้หมายถึงอะไร และมีสรุปที่สั้นกว่านี้ไหม

  • หมายถึงผิวหนังคันแบบที่พบในโรคผิวหนังอักเสบ
    ใจความของบทความคือ ในหนูที่ถูกทำให้มีภูมิพันธุกรรมคล้ายมนุษย์ซึ่งควรจะทำให้เกิดหอบหืด กลับไม่เกิดหอบหืด เพราะสภาพแวดล้อมในห้องแล็บสะอาดเกินไปจนหนูไม่ได้สัมผัสสารก่อภูมิแพ้ และเมื่อให้สารก่อภูมิแพ้เข้าไป ก็เกิดหอบหืดตามคาด
    ในกรณีนี้จึงกลายเป็นว่ามนุษย์เป็นโมเดลที่ไม่เสถียรของโรคในหนู มนุษย์อยู่ในสภาพแวดล้อมที่หลากหลายและสกปรกกว่ามาก และตามจีโนไทป์แล้วอาจสัมผัสสภาวะแวดล้อมที่กระตุ้นฟีโนไทป์บางอย่างได้ ถ้าในแล็บจำลองแค่จีโนไทป์โดยไม่เข้าใจฉากหลังด้านสิ่งแวดล้อม ก็อาจไม่เกิดฟีโนไทป์ที่คาดไว้จากจีโนไทป์นั้น
  • หรืออาจหมายถึง HECT-type E3 ubiquitin ligase Itch ก็ได้: https://en.wikipedia.org/wiki/ITCH

• ถ้าอ่านฉบับเต็มได้ก็น่าสนใจมาก มีข้อสังเกตที่น่าสนใจและหลักแหลมหลายอย่างเกี่ยวกับการทำวิจัยชีวการแพทย์ และมีประโยคหนึ่งที่สะดุดตามากซึ่งเดายากจากชื่อเรื่องเพียงอย่างเดียว
  คือประโยคที่ว่า “วิธีทั่วไปในการทำลายคำขอทุนวิจัยใน NIH study section คือเสนอว่า ‘หนูไม่ใช่โมเดลที่เชื่อถือได้ของโรค X’” อันที่จริง นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ที่มั่นใจว่าหนูไม่ใช่โมเดลที่ดีของโรค X หรือ Y มักยังรู้พันธุศาสตร์และชีววิทยาของหนูไม่มากพอจะตัดสินเรื่องซับซ้อนนี้
  ด้วยเหตุผลที่มีทั้งข้อดีและข้อเสีย งานวิจัยชีวการแพทย์ในหนูส่วนใหญ่ อาจเกิน 90% ทำในหนูสายพันธุ์ผสมในเครืออย่างสมบูรณ์เพียงสายเดียวคือ C57BL/6 หรือย่อว่า B6 หนู knockout และ transgenic แทบทั้งหมดเป็นสายย่อยของ B6 และนี่ก็เป็นสายพันธุ์แรกที่ถูกถอดรหัสจีโนม ข้อดีคือความสม่ำเสมอทางพันธุกรรม และข้อเสียก็เป็นความสม่ำเสมอทางพันธุกรรมนั่นเอง
  อย่างที่ Kim บอก เมื่อใครสักคนพูดว่า “หนูไม่ใช่โมเดลที่เชื่อถือได้ของโรค X” โดยมากหมายถึงลักษณะของโรคนั้นไม่ปรากฏในหนู B6 ซึ่งก็จริง แต่ในหนูชนิดอื่นอาจปรากฏ และในความเป็นจริงก็มักปรากฏอยู่บ่อย ๆ หากอยากรู้ให้แน่ชัด ต้องศึกษาหนูหลากหลายสายพันธุ์ 5 ถึง 100 สาย และหนึ่งหรือหลายสายในนั้นอาจมีโรคที่กำลังหาอยู่ ซึ่งก็ไม่ได้ต่างจากความแปรผันของโรคในมนุษย์มากนัก
  จากบางส่วนในบทความของ Kim ยังมีข้อสรุปเพิ่มเติมที่สำคัญมากและเป็นความจริง แม้จะไม่ได้น่าแปลกใจนัก นั่นคือสิ่งแวดล้อมก็สำคัญ นักวิจัยสร้างหนูที่มีการกลายพันธุ์แบบ gain-of-function ของ JAK1 และแม้การอักเสบของผิวหนังจะเกิดขึ้นคล้ายผู้ป่วย แต่หอบหืดไม่เกิดขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อให้สัมผัสกับ Alternaria alternata ซึ่งเป็นสารก่อภูมิแพ้ที่เกี่ยวข้องกับโรคหอบหืด ความไวต่อการอักเสบของปอดจากภูมิแพ้ก็เพิ่มขึ้น และท้ายที่สุดก็แสดงภาพคลาสสิกว่า ยีนและสิ่งแวดล้อมร่วมกันสร้างลักษณะทางคลินิก

• ในทางกลับกัน หนูก็อาจเป็นโมเดลที่ไม่เสถียรของโรคมนุษย์ได้เช่นกัน https://www.youtube.com/watch?v=hKTV2R6TT0Y [วิดีโอ][31 นาที]

  • น่าสนใจที่การมีส่วนร่วมของ Weinstein และ Ciszek ในประเด็นนี้ซึ่งเป็นที่รู้จักและได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง แทบไม่ถูกพูดถึงในที่อื่นเลย
    สมมติฐานขยายความของ Weinstein น่าสนใจและโน้มน้าวใจมากกว่าบทความนี้เสียอีก

• อาจใช้ลิงแสมมาคาqueเป็นโมเดลที่ใกล้กว่าได้ แต่ไม่รู้เพราะอะไรผู้คนถึงคัดค้าน

  • จะใช้มนุษย์คนอื่นเป็นโมเดลที่ใกล้กว่าก็ได้ แต่ไม่รู้เพราะอะไรผู้คนถึงคัดค้าน
  • สงสัยว่ามีความเห็นไหมว่าทำไมถึงเป็นแบบนั้น