抑郁癥動物模型的研究進(jìn)展*

苗茸茸 曲顯俊

(首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理系，北京 100069)

抑郁癥是一種常見的精神情志障礙性疾病，其典型的癥狀主要包括情緒低落、思維遲緩、興趣減退、飲食睡眠障礙、認(rèn)知功能損害以及其他各種軀體性癥狀[1]。近年來抑郁癥的發(fā)病率不斷升高，并且已成為常見影響人類身心健康的疾病之一。世界衛(wèi)生組織曾指出，抑郁癥將在2020年成為全球僅次于心臟病的第二大疾病[2]。盡管形勢如此嚴(yán)重，迄今我們對于抑郁癥的病因以及發(fā)病機(jī)制并未完全了解。所以，雖然單胺類藥物的發(fā)現(xiàn)從根本上改變了抑郁癥治療方法，然而臨床研究發(fā)現(xiàn)，目前的一線抗抑郁藥物對抑郁癥患者的治療效果并不理想[3]，而且起效至少需要幾周甚至幾個月的時間，這就迫切地需要研究人員發(fā)現(xiàn)抑郁癥新的發(fā)病機(jī)制并研發(fā)出起效更快，療效更好的藥物，而這些均需要建立在基礎(chǔ)研究中的更加理想的抑郁動物模型上。然而，目前并沒有一個抑郁動物模型能夠包括人類所有抑郁的特點。因此，我們需要對現(xiàn)有的抑郁動物模型進(jìn)行分類和評價，以期為相關(guān)研究者提供有用信息。目前，常見的抑郁動物模型主要通過給予應(yīng)激、手術(shù)、藥物、基因敲入或敲除來構(gòu)建，本文將按照上述分類方式，綜合近年來國內(nèi)外文獻(xiàn)對常用的抑郁癥動物模型的建立方法以及認(rèn)知學(xué)評價方法進(jìn)行分析總結(jié)和評價。

1 實驗動物

目前用于構(gòu)建抑郁癥動物模型的動物主要包括天生對應(yīng)激敏感的Wistar Kyoto (WKY)大鼠[4]、具有遺傳抑郁的Flinder Resistant Line (FSL)大鼠[5]、Sprague dawley (SD) 大鼠[6]、天生嗜酒的Fawn-Hooded (FH)大鼠[7]、腦內(nèi)5-羥色胺受體活力低下的Tryon Maze Dull (TMD)大鼠、小鼠[8]、靈長類動物[9]、小雞等。在理想情況下，一個恰當(dāng)?shù)娜祟愐钟舭Y的動物模型應(yīng)該盡量滿足以下兩個條件：第一點是病理生理學(xué)現(xiàn)象與人類抑郁癥盡可能高度相似，第二點是與人類抑郁癥類似的發(fā)病原因和治療方法相關(guān)[10]。

2 抑郁癥動物模型的分類及評價

2.1 應(yīng)激造模

引起人類抑郁癥的主要因素之一就是應(yīng)激，且由應(yīng)激引起的抑郁癥可以被一線臨床抗抑郁藥物所逆轉(zhuǎn)，所以通過人為給予應(yīng)激來制作抑郁癥模型是目前常用的主要方法之一，其主要包括以下幾種方法：

2.1.1習(xí)得性無助模型：最初由Seligman和Maier提出的習(xí)得性無助模型目前多用于研究抑郁癥的病理生理學(xué)機(jī)制以及篩選抗抑郁藥物，這是眾多抑郁癥病理生理學(xué)理論概念的來源[11]。習(xí)得性無助模型是指將動物暴露在無法控制且無法預(yù)測的應(yīng)激(如噪聲)后導(dǎo)致動物在之后的學(xué)習(xí)活動行為欠缺，包括自發(fā)性活動減少、逃避行為障礙等，與此同時，模型動物還將出現(xiàn)一些如體質(zhì)量減輕、食欲減退、攻擊性降低、運動性活動減少等行為改變[12]，而這些活動行為欠缺可以被抗抑郁藥物所逆轉(zhuǎn)，這些特點與人類抑郁癥狀相似，因此習(xí)得性無助抑郁模型是一個很好的模型[13]。研究表明，習(xí)得性無助動物模型體內(nèi)的血清素轉(zhuǎn)運點和大腦前葉的谷氨神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)發(fā)生了改變[14]，細(xì)胞內(nèi)信號通路也發(fā)生了異常變化。此外，對習(xí)得性無助抑郁動物的前額皮層以及海馬區(qū)的突觸體進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，這些位點的能量代謝以及細(xì)胞重建都發(fā)生了異常[15]。Zhou等[16]經(jīng)過代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)習(xí)得性抑郁模型動物體內(nèi)的谷氨酸鹽、半胱氨酸，蛋氨酸，精氨酸、脯氨酸的代謝以及脂代謝、糖代謝都發(fā)生了紊亂，這可能是另一種抑郁癥的發(fā)病機(jī)制，但仍需進(jìn)一步確證。

2.1.2行為絕望模型：行為絕望模型是指將動物置于一定的環(huán)境之中，直至動物出現(xiàn)絕望狀態(tài)，主要包括大小鼠強(qiáng)迫游泳模型 (forced swimming test, FST)和小鼠懸尾模型 (tail suspension test, TST)，二者均為經(jīng)典的抗抑郁藥篩選、評價模型，具有敏感度高、操作簡單、時間相對較短的特點。

2.1.2.1 大、小鼠強(qiáng)迫游泳模型：將大鼠或小鼠放置在盛水的透明玻璃或樹脂缸中，動物會在水里不斷掙扎并試圖逃脫，多次逃逸失敗后便放棄掙扎漂浮在水面上，表現(xiàn)為不動的姿勢，此時即為絕望狀態(tài)[17]。此方法經(jīng)濟(jì)方便、操作簡單、可信度高，是多數(shù)抗抑郁藥物初篩的首要方法之一。但實際上抑郁癥是慢性病，強(qiáng)迫游泳模型是利用急性應(yīng)激使得動物具有抑郁樣作用，所以該模型無法完全模擬人類的抑郁癥，再者，該實驗除了受到操作者主觀判斷影響外，還會受到水溫、水深、周圍環(huán)境以及動物品系的影響，所以會有一定的假陽性及假陰性結(jié)果，實驗人員要加以區(qū)分和判斷。

2.1.2.2 小鼠懸尾模型：在實驗過程中，從尾巴處將實驗動物吊起，使其懸掛于半空，動物為了克服非正常體位不斷掙扎，經(jīng)過多次無效的掙扎后，小鼠會表現(xiàn)為間斷性不動的“絕望”狀態(tài)[18]。TST是與FST相似的經(jīng)典實驗，但FST由于將小鼠置于水中可能會引起小鼠體溫過低等身體狀況的改變從而影響實驗結(jié)果。然而，由于大鼠的體型、體質(zhì)量等因素難以控制，TST僅適用于小鼠。

2.1.3社會心理應(yīng)激模型：一般來說，抑郁癥多是由于患者對于社會應(yīng)激產(chǎn)生不良反應(yīng)所導(dǎo)致的，當(dāng)人類長期多次暴露在過多的壓力或創(chuàng)傷事件后，就可能會產(chǎn)生自我評價降低、社會功能下降、焦慮、寂寞、以及其他抑郁癥狀?；谝陨习l(fā)病原因，目前主要有三種動物模型：早期應(yīng)激-孤養(yǎng)抑郁模型、群居社會模型和社會失敗應(yīng)激模型。

2.1.3.1 早期應(yīng)激-孤養(yǎng)抑郁模型：臨床研究發(fā)現(xiàn)，如果在出生早期將幼兒與母親分離會導(dǎo)致幼兒罹患抑郁癥，早期應(yīng)激-孤養(yǎng)抑郁模型便基于此原理[19]。目前常用的實驗方法包括將群養(yǎng)小雞孤養(yǎng)、分離靈長類動物的幼崽與母親，分離配對的倉鼠、分養(yǎng)群居大鼠等，這些方法可以作為由社會交往減少或異常導(dǎo)致孤獨感增加，從而誘發(fā)抑郁障礙的動物模型[20]。前期研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)幼兒與母親分離后，會出現(xiàn)玩耍時間減少、面部悲傷、抑郁樣蜷縮等行為[21]，動物的神經(jīng)內(nèi)分泌會有顯著的變化且可持續(xù)數(shù)月[22]，這些癥狀可被抗抑郁藥物所逆轉(zhuǎn)，也就證明了孤養(yǎng)模型的可靠性，但是這種由于早年剝奪母愛而導(dǎo)致的幼兒抑郁樣癥狀的具體機(jī)制尚不明確，仍需進(jìn)一步確證。

2.1.3.2 社會失敗應(yīng)激模型：社會失敗應(yīng)激模型是指將動物反復(fù)多次的暴露于另一更強(qiáng)壯的有侵略性的同種動物之下從而導(dǎo)致實驗動物出現(xiàn)快感缺失、情緒低落等癥狀[23]。Rose等人發(fā)現(xiàn)若將天生好斗的蟋蟀與另一更好斗的同類同籠，當(dāng)它在48 h內(nèi)被連續(xù)打敗五次后，間隔24 h，再次將它與體型相近的蟋蟀同籠，該蟋蟀在接下來超過24 h的時間內(nèi)都表現(xiàn)出斗爭消極狀態(tài)[24]，這些表現(xiàn)與人類的抑郁癥狀有許多相似之處。

2.1.3.3 群居社會模型：群居社會模型是利用一個更具侵略性的同種動物對整個和諧穩(wěn)定的群體產(chǎn)生社會壓力，從而導(dǎo)致這些動物長期的行為和精神社會學(xué)的改變。

2.1.4慢性不可預(yù)知溫和性模型 (chronic unpredictable mild stress，CUMS)：該模型是指在一定的時間段將實驗動物連續(xù)暴露于多種不可預(yù)測的溫和性刺激下(如光照、隔離、剝奪食物或者水、噪聲等)，從而更好地模擬實際生活中抑郁癥的發(fā)病環(huán)境，制造出在長期慢性低水平刺激下所構(gòu)建的抑郁模型。該模型可靠性強(qiáng)，與人類抑郁癥狀擬合度高，效果可持續(xù)數(shù)月，在抗抑郁藥物的治療下抑郁癥狀可緩解，最重要的是治療的時間進(jìn)程及效果都與臨床治療情形相似，所以CUMS對于研究抗抑郁藥的藥效機(jī)制及抑郁癥的病理生理學(xué)機(jī)制具有一定的應(yīng)用價值。但是由于該模型耗時長、工作量巨大，使得其應(yīng)用受到了一定的限制。目前的研究表明，長期給予實驗動物慢性不可預(yù)知溫和性刺激會導(dǎo)致動物出現(xiàn)興趣減退、活動減少、好奇心降低等抑郁樣癥狀。Schmelting 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，CUMS模型動物的夜間體溫較對照組有所升高，Pechlivanova等[26]的研究結(jié)果也表明，在高架十字迷宮實驗中，CUMS模型動物的焦慮指數(shù)與體溫也較對照組有所升高，而且實驗動物體溫升高的現(xiàn)象可被抗抑郁藥物地昔帕明逆轉(zhuǎn)，由此認(rèn)為實驗動物的體溫升高與焦慮指數(shù)是一致的。目前CUMS模型應(yīng)用較多，且有很多的優(yōu)化模型可供選擇，信欣等[27]將慢性輕度不可預(yù)知應(yīng)激與孤養(yǎng)動物模型相結(jié)合，在建模28 d后即可觀察到小鼠的正常水平活動與垂直活動都有所減少，且此癥狀至少可以維持到建模結(jié)束的35 d時，而且氟西汀可以有效緩解該癥狀，此模型可以根據(jù)研究目標(biāo)藥物的可能作用機(jī)制、藥物起效快慢或療程來確定CUMS周期和適宜的給藥時間。

2.2 手術(shù)造模

2.2.1嗅球切除(olfactory bulbectomized, OB)模型：最常用的手術(shù)造模方法即為嗅球切除模型法。嗅球位于端腦前端，與邊緣系統(tǒng)的相關(guān)功能有關(guān)，可以影響情緒、行為和內(nèi)分泌。去除大鼠雙側(cè)嗅球會使其產(chǎn)生復(fù)雜的行為、神經(jīng)化學(xué)、神經(jīng)內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)的改變，主要表現(xiàn)在其被動回避學(xué)習(xí)能力下降，應(yīng)激反應(yīng)和攻擊行為增強(qiáng)，強(qiáng)迫游泳實驗中靜止時間延長，這些癥狀可被長期應(yīng)用抗抑郁藥所糾正，這與抑郁患者身上觀察到的現(xiàn)象一樣[28]，所以也是模擬人類抑郁癥很有效的一種模型，但是OB模型對實驗室條件、操作人員技術(shù)、操作時間要求較高，目前常用于探索細(xì)胞因子介導(dǎo)的免疫反應(yīng)對抑郁癥患者神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生的影響[29]。Depciuch和Parlinska-Wojtan[30]發(fā)現(xiàn)雙側(cè)嗅球切除導(dǎo)致大鼠嗅覺缺失可能會導(dǎo)致不可逆的磷脂結(jié)構(gòu)損傷從而導(dǎo)致抑郁的發(fā)生。在2017年，Yurttasa等[31]發(fā)現(xiàn)大鼠雙側(cè)嗅球切除后雖然有明顯的行為、神經(jīng)以及神經(jīng)內(nèi)分泌方面的變化，但是抗抑郁藥物氟西汀卻不能逆轉(zhuǎn)手術(shù)造成的海馬區(qū)域的損傷。因此，他認(rèn)為OB模型并不適用于抗抑郁藥物的藥理學(xué)活性篩選。

2.2.2卒中后抑郁 (post-stroke depression, PSD) 模型：卒中后抑郁模型目前應(yīng)用較少，張高才和徐興順[32]聯(lián)合大腦中動脈阻塞(middle cerebral artery occlusion, MCAO)和空間行為限制建立了卒中后抑郁動物模型，即用60 min缺血輔以7 d的空間限制后，小鼠的活動明顯減少，神經(jīng)功能恢復(fù)變慢，體質(zhì)量減少，腦源性神經(jīng)生長因子以及5-HT、DA的含量明顯降低，而血清中皮質(zhì)醇的含量則明顯增加。實驗結(jié)果表明，實驗組小鼠的HPA軸系統(tǒng)被激活，而這些抑郁癥狀均可被丙米嗪逆轉(zhuǎn)，符合抑郁模型的標(biāo)準(zhǔn)。該模型理想地模擬了臨床卒中病人由于肢體癱瘓行動受限所導(dǎo)致的抑郁狀態(tài)，為卒中后抑郁癥的病理學(xué)機(jī)制研究和臨床治療提供了基礎(chǔ)。

2.3 藥物誘導(dǎo)造模

此類模型是基于臨床觀察到的藥物之間的相互作用而產(chǎn)生的，主要用于篩選針對專一靶點的抗抑郁藥。這類模型主要基于抑郁癥的單胺假說而構(gòu)建，如長期給予糖皮質(zhì)激素可以導(dǎo)致大鼠活動減少、糖水偏好程度降低、海馬腦區(qū)，尤其是DG區(qū)BDNF表達(dá)量降低，從而構(gòu)建出理想的抑郁大鼠模型[33]。利血平、去甲腎上腺素等藥物也可用于抑郁動物造模，如Leith和Barrett[34]發(fā)現(xiàn)利血平可以非選擇性地耗竭腦內(nèi)的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，從而誘導(dǎo)嚙齒類動物體溫下降及運動不能癥狀。Khadrawy等[35]用利血平構(gòu)建了小鼠的抑郁模型，并且尼古丁可以通過影響小鼠皮質(zhì)和海馬的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)從而發(fā)揮其抗抑郁作用。除此之外，精神興奮劑的戒斷模型也會誘發(fā)抑郁樣的改變，使得嚙齒類動物在強(qiáng)迫游泳實驗及懸尾實驗中不動時間延長[36]。但是，由于藥物造成的動物抑郁模型與人類抑郁癥的發(fā)生機(jī)制之間存在一定的差距，故而限制了其廣泛應(yīng)用。

2.4 遺傳型造模

抑郁具有一定的遺傳傾向，Levinson等分析認(rèn)為40%～50%的抑郁風(fēng)險是由基因決定的，而且目前研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個潛在遺傳位點，因此，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對可能相關(guān)基因進(jìn)行敲入或者敲除建立轉(zhuǎn)基因抑郁動物模型對于研究基因位點相關(guān)的抑郁發(fā)生具有重要意義。目前相關(guān)抑郁動物模型主要有以下幾種：

2.4.1Flinder Sensitive Line (FSL)大鼠模型：Overstreet和Wegener[37]最初研究FSL大鼠模型，但是后來發(fā)現(xiàn)該模型動物表現(xiàn)出快動眼睡眠延長，并且在游泳測試中不動時間延長，且這些行為可以被抗抑郁藥物所逆轉(zhuǎn)，Overstreet和Wegener發(fā)現(xiàn)抗抑郁治療14 d后，F(xiàn)SL大鼠出現(xiàn)抗抑郁藥樣行為。FSL大鼠很顯著的一個特征是對很多種藥理機(jī)制不同的藥物都非常敏感。因此FSL大鼠可以作為抑郁癥的基因動物模型.

2.4.2Wistar-Kyoto(WKY)大鼠模型：WKY大鼠模型本來是用于構(gòu)建原發(fā)性高血壓動物模型，但是由于其在造模期間表現(xiàn)出一些行為學(xué)、神經(jīng)內(nèi)分泌等抑郁樣現(xiàn)象，故而也用作抑郁動物模型的構(gòu)建。Nam等[38]發(fā)現(xiàn)該模型動物在強(qiáng)迫游泳實驗中的不動時間延長，活動減少，HPA軸功能亢進(jìn)血清皮質(zhì)醇含量增多，前額葉皮質(zhì)及中縫背核的五羥色胺水平異常[39]，腦與血清的BDNF含量較低[40]等現(xiàn)象，故也用于抑郁動物模型。

2.4.3糖皮質(zhì)激素受體基因突變小鼠模型：近年來有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸的功能障礙(高或低活性)在重度抑郁發(fā)展中發(fā)揮突出作用，主要涉及三個因子：神經(jīng)肽促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(corticotropin-releasing factor, CRF)及其下游靶標(biāo)5-羥色胺和去甲腎上腺素[41]。Chadi等構(gòu)建了能夠模擬神經(jīng)內(nèi)分泌紊亂的動物模型，并以此來揭示應(yīng)激反應(yīng)增加或減少的機(jī)制。結(jié)果表明，高反應(yīng)性，中反應(yīng)性和低反應(yīng)性小鼠之間HPA軸的反應(yīng)性有顯著差異。此外，這些差異在所有后代中都有發(fā)現(xiàn)，并且可以通過選擇性育種來增加，這表明了各自表型的遺傳基礎(chǔ)。除此之外，在應(yīng)激情況下高反應(yīng)性的小鼠出現(xiàn)坐立不安、煩躁、糖皮質(zhì)激素濃度升高等現(xiàn)象，且觀察到的焦慮有關(guān)行為，探索性驅(qū)動，運動活動和抑郁樣行為均與人類的抑郁癥狀相似，因此這種小鼠可以用來構(gòu)建抑郁癥動物模型[42]。

3 小結(jié)

綜上所述，抑郁動物模型的建立對于抑郁發(fā)病機(jī)制以及抗抑郁藥物研發(fā)、臨床評價都有著重要的作用。然而目前還并沒有一個動物模型能夠完全涵蓋所有的抑郁癥狀，因此，可以聯(lián)用多種造模方法以建立較為全面、與人類抑郁癥狀更為相似的動物模型，從而提高實驗結(jié)果的可信度。一方面，我們應(yīng)該掌握不同模型動物的特點，從而選擇出最適合自己課題的模型動物；另一方面，我們還應(yīng)該繼續(xù)研究新的抑郁模型，以構(gòu)建出更為完善的研究工具，為未來完全理解抑郁發(fā)病機(jī)制以及盡快提高抗抑郁藥物研發(fā)水平提供更有價值信息。