强迫症动物模型造模方法及应用的研究进展

收稿日期:2008-12-08

基金项目:清华-裕元医学科学研究基金资助项目(编号:24240000570)

作者单位:063000　唐山　华北煤炭医学院附属医院神经外科(张万增,朱军);清华大学玉泉医院神经外科七楼(常鹏飞)通讯作者:常鹏飞

?综述?

强迫症动物模型造模方法及应用的研究进展

张万增　综述　朱　军　常鹏飞　审校

[摘要]　强迫症是一种严重危害人类健康的精神性疾病,研究其发病机制和治疗方法具有重要意义,但是由于伦理学的原因,对病人进行侵入性的研究受到严格的限制。动物模型的建立和应用研究是解决这一问题的必要途径,到目前为止,多种强迫症动物模型已经建立并得到研究应用,本文就这些动物模型的建立方法、模型特点和应用研究作一简要综述,提供读者有关强迫症动物模型及实验研究的基本信息。

[关键词]　强迫症;动物模型;实验研究

中图分类号:R749 文献标识码:A 文章编号:1008-2425(2009)02-0124-05

强迫症(obsessive comp ulsive disorder ,OCD ))

是以强迫观念和强迫动作为主要表现的一种神经症。它是一种严重影响人类身心健康的精神疾病,发病率约1%～3%[1,2],其中约10%的病人会导致自杀。但至今还没有足够有效和安全的治疗办法。以往研究表明,OCD 病人的前额叶-基底节-丘脑-前额叶环路功能障碍,特别是与前额皮质功能减退和皮层下多巴胺系统功能亢进有关[3,4],但是确切的神经生物学病理机制并不清楚,而且建立模型后人为采集的相关数据亦具有一定的主观性[5]。为进一步了解OCD 的发病机制和治疗强迫症,我们必需建立一个更加适合的动物模型以能接近模仿OCD 病人的行为,以及模拟出OCD 病人中枢神经系统的改变。因此本文就OCD 动物模型的研究现状作一综述。

用于强迫症模型的实验动物有小鼠、大鼠、仓鼠、猴、狐狸、狗、鸽子等。其中大鼠、小鼠为主要的研究对象。强迫症模型的制作方法有很多,可以大致归纳为:①遗传因素产生的模型;②药物作用产生的强迫症模型;③诱导动物自然出现的应激模型[6]。现将几种造模方法介绍如下。

一、基因突变模型

大脑局部特定区域功能失常会引起过分刻板的行为和思想,尤其是基底节的黑质纹状体区域的失常。而啮齿类动物自我修饰时的一系列动作所具有的高度的复杂性和刻板性(overly -rigid sequential patterns )与人类患者有仪式性的动作语言、思想相

似。研究者应用的多巴胺基因突变小鼠是自然突变

产生的小鼠,具有高度固定的行为模式,因此可以利用这个特性制作强迫症动物模型。目前有四种常见的基因突变小鼠强迫症模型:

1.Tourette ’s 综合征和强迫症的转基因小鼠模型　Burton 等第一个制作了基因突变强迫症小鼠模型[7～9],转基因小鼠模型能表达一种神经兴奋蛋白(霍乱毒素A1亚基),它能与皮质边缘多巴胺受体的亚群相结合。研究发现这一转基因小鼠(D1CT -7小鼠)能表现出不正常的行为来,包括小鼠的忍耐力或者是正常行为的反复性、反复的跳跃以及小鼠在理毛期间非攻击性的反复咬食同类[7]。D1C T -7小鼠与控制组的非转基因小鼠相比也会出现高于正常水平的焦虑症状[9]。另外,给这种小鼠注射抗焦虑药育亨宾会减少这种转基因小鼠的非正常的反复跳跃行为[9,10]。并且D1CT -7小鼠也能展现出与Tourette ’s 综合征相似的行为。根据与患有强迫症、Tourette’s 综合征及拔发癖病人有相似行为表现这一特征,D1C T -7小鼠则可以作为转基因的小鼠强迫症模型使用,并可以模仿与OCD 疾病相关的强迫行为。

2.Hoxb8基因突变小鼠强迫症模型　Hoxb8基因突变后小鼠与正常控制组小鼠相比会出现过度的理毛行为,具体表现为更长时间、更高频率的自发理毛行为,出现局部皮毛缺损以及给其他同笼小鼠过度理毛的行为。突变体小鼠有着与正常的同龄小鼠相同的感觉和神经分布,并且小鼠皮毛缺损的区

域也没有炎症的迹象,这些情况表明小鼠出现过度理毛行为不是因为局部皮肤或神经病变所致。突变体小鼠表现出来的这种过度修饰行为与拔发癖和强迫症出现的过度修饰行为很相似。并且Hoxb8小鼠大脑相关区域(额眶部皮质、扣带回前部、纹状体和边缘系统)病理生理学的改变与OCD病人的相关区域的改变也极为相似。就像D1C T小鼠强迫症模型一样,Hoxb8小鼠强迫症模型表现的过度修饰行为与强迫症常见症状的表现存在相似性,并且与该类疾病病人的中枢系统的变化也极为相似[11]。

3.去除五羟色胺2c受体的小鼠强迫症模型　建立去除五羟色胺2c受体(5-H T2c receptor knockout)的小鼠模型最初是为了研究这一受体亚型在控制摄食行为方面的作用[12,13]。这种小鼠会出现咀嚼不能食用东西的行为,比如它们可以表现出逐渐增多的咀嚼(而不是吃)没有营养粘土和塑料屏障的行为。并且它们是以一种整洁的方式咀嚼塑料屏障。小鼠的这种行为可以作为有目的的改变周围环境的强迫行为的实例,就像是OCD病人表现出的检查、排序、修匀或洗涤等症状。

与上述两种小鼠基因模型相比,这种小鼠模型的靶基因与强迫症之间的关系尚不清楚,但有一些临床证据表明5-H T2c受体可能在强迫症的形成中也起到作用,因为5-H T2c的激动剂能加重病人强迫检查行为的症状[14]。总之,去除五羟色胺2c 受体小鼠强迫症模型表现出了很多与中枢神经系统异常相关的行为,这些可能都与强迫症或其他精神障碍相关。虽然它不像是一个强迫症的小鼠模型,但这一模型的建立有助于我们理解5-H T2c基因和受体在强迫行为中起到的作用。

4.去除多巴胺转运蛋白的小鼠作为强迫症和Tourette’s综合征的模型　最初将小鼠的多巴胺转运蛋白(dopamine t ransporter,DA T)去除(knock2 down,KD)是为了建立注意力缺陷多动症(atten2 tion deficit hyperactivity disorder,AD HD)方面的模型[15,16],这种小鼠的DA T表达水平仅为野生小鼠的10%,而在它的细胞外液中多巴胺浓度有所升高。它也可以作为更多的有高表达多巴胺特点的疾病模型,比如双向精神障碍等疾病[15]。

有相关学者对DA T KD小鼠的理毛行为持续时间进行了评估,并对这种小鼠理毛的连续动作样式也做过相关研究[18]。研究者将小鼠修饰时一系列动作划分出4个阶段25个固定动作。4个阶段中每一个阶段都有回归性重复的动作。第1阶段是对前爪的舔饰;第2阶段是以前肢整理鼻部;第3阶段,是用前肢整理头部;第4阶段,是扭转身体整理背部及下肢动作幅度逐渐变强,最后结束[17]。这种模型是由于基因突变引起大脑功能的变化使得小鼠的行为模式强烈而且非常刻板。其体内的多巴胺转运体由于突变而缺失,导致新纹状体中多巴胺含量提高,是野生种的170%。并且这种基因突变小鼠的刻板动作的抗干扰能力很强。在实施干扰后,其动作会在被迫停止处继续进行。而对照组则在干扰后,不能继续完成。因此DA T KD小鼠本能的过度刻板的连续动作行为的机理阐明有可能发现强迫症和Tour ette’s综合征病人产生一系列过度刻板的动作和思想的发病机制[17]。

二、药理模型

根据临床及基础研究,与强迫症有关的神经递质及激素有5-羟色胺(5-H T)能系统、多巴胺(DA)能系统、精氨酸加压素、催产素、去甲肾上腺素等。所以部分学者以此为依据,选择影响神经递质及激素分泌的药物,制作动物模型。

1.5-H T模型Yadin等第一次报道了利用药物诱导减少动物交替往返活动而建立的强迫症动物模型[18]。实验方法是将饥饿大鼠放于T-迷宫中, T型臂以黑白两色区分,大小约50cm×10cm,臂内放入少许食物作为诱饵,大鼠在T-迷宫里往返于黑白盒子之间去获取少量食物,隔天进行一次,直到大鼠出现交替往返行为为止。然后再给大鼠皮下注射5-H T受体激动剂8-O H-DPA T,耗竭组织内5-H T,大鼠会出现交替往返行为减少的现像,即制成五羟色胺强迫症动物模型。通过反复注射(3周)五羟色胺再摄取抑制剂氟西汀可以抑制这种交替往返行为减少的现象[18]。慢性注射D2/D3受体激动剂喹吡罗也可以减少大鼠在T迷宫中的交替往返行为,并且喹吡罗诱导的大鼠交替往返行为的减少可以作为强迫检查的模型[19,20]。对8-O HD2 PA T和喹吡罗诱导大鼠交替活动减少的模型的研究表明大鼠表现的一些情况与强迫症有着一定的关联性。事实上,大鼠交替往返活动减少的模型建立已经应用于模仿OCD病人的优柔寡断[18],强迫检查行为[20]以及孤独症病人的反复行为[21]。大鼠的自主交替活动对某些神经化学物质的变化高度敏感,随着交替活动的减少有几个主要的神经递质系统参与其中,包括谷氨酸、γ-氨基丁酸、乙酰胆碱、

去甲肾上腺素、五羟色胺和多巴胺系统,这使得探讨药物诱导OCD病人交替活动减少的相关性的问题变得尤为关键。

2.喹吡罗诱导的强迫检查行为模型　这一模型是通过给大鼠慢性注射D2/D3受体激动剂喹吡罗后诱导建立的,每次注药后将大鼠放在用镜面玻璃台子作为开放场地(160cm×160cm,高60cm)验证大鼠行为[20]。整个实验过程中4个小玻璃盒子始终放在开放场地的固定位置,2个在角上,2个在中心附近。所有大鼠每次给药后单独放于开放场地录像监测记录55min,用第10次录像结果判断喹吡罗处理组和盐水对照组大鼠以下几个行为测量结果:①返“家”频率:在开放场地55min内参观“家”的次数;②平均返回时间:指连续两次参观“家”所间隔的时间;③运动总距离:指在整个实验过程中大鼠运动所经过的方格个数;④参观地点:指在25个方格中曾经到过的方格个数;⑤参观序列:指大鼠两次参观“家”时,途中经过的地点;⑥预期比率:在开放场地共25个方格,如果大鼠有规律的运动,则参观每个方格的次数固定,为预期的参观频率,检测参观“家”的实际次数与预期值之比。与盐水对照组大鼠相比喹吡罗组小鼠停留在两点的频率更高(至少20倍以上),并且返家用时更短,在返家期间停留在途中的点更少。很明显喹吡罗组大鼠在这些点表现出了一种类似仪式性动作的特征[22～23]。

三、应激模型

应激模型也可称为行为学模型。主要依据就是OCD发病机制中的条件反射原理,最早由Pavlov 建立了实验性神经症的模型,并用兴奋和抑制两种神经调节过程的失常解释人类神经症的发病机制。目前,有以下几种行为模型应用于强迫症的研究中,分别是石珠埋藏行为模型、修理毛发行为模型、延迟加强条件反射模型和筑巢行为模型。

1.石珠埋藏行为模型　啮齿动物有埋藏、储藏物品的习性,小鼠的这种将物体埋起来的习惯起初是用来作为抗焦虑药活性筛选试验的,因为通过应用各种抗焦虑药后可以减少小鼠的这种行为。事实上,仔细分析石珠埋藏行为会得出这样的结论:它不是焦虑症的模型,而可能与强迫行为有关[24,25]。因为将小鼠反复暴露于石珠面前,并没有使它养成埋藏石珠的习性,这表明这一行为的出现并不与小鼠的新鲜感和恐惧感相关[24,25]。而石珠埋藏行为恰恰是小鼠起初的一个研究活动。然而由于石珠是不能反应的,它们不能给小鼠所需要的刺激以作为研究的自然结束过程,因此研究的失败感使得小鼠产生了强迫埋石的行为。这种观点与人类没有能力完成一个任务时而出现强迫行为的见解是一致的[26]。

石珠埋藏实验将此种行为视为一种强迫行为来研究[25]。实验多用小鼠,在正常的实验室中至少饲养1周,每个小鼠都被单独的放置在塑料盒子内(30cm×30cm×28cm)。内置25个玻璃珠(直径约1.5cm)均匀地放置在5cm深的锯末垫料上,不加饲料和水。同时在距塑料箱约15cm处设置一般活动监视器,此监视器中有焦热电的感受器,对红外线辐射可产生电压的改变描记小鼠的一般活动。石珠埋藏行为以30min之内将石珠埋入至少三分之二做为强迫性行为并计数,此种研究常用来观察药物对强迫症及一般行为活动的影响。

2.修理毛发行为模型　修饰行为,即实验小鼠修理皮毛和胡须的行为是其较常见的一种行为,并且主要是为同伴修理毛发。如将两只这样的小鼠放入笼子中,它们将为所有其他同伴修理毛发,这种现象是很普通的[27];另外通常雌性小鼠给它的雄性同笼同伴修理毛发;如果将小鼠和大鼠关在一起,前者将给后者修理毛发[28];在独立饲养的笼子里这种小鼠则会给自己修理毛发。就像拔毛癖病人一样,这种小鼠主要是修理头部、眼睛和生殖器周围的毛发;有这种行为表现的以雌性小鼠多见,它们开始于青春期,并且与野生小鼠相比饲养小鼠中这种行为更为多见;而且有证据表明这种行为有遗传倾向[27]。修理毛发行为模型最大的优势是它的建立是自然形成的,因此也可以用来研究拔毛癖疾病与遗传和环境发病因素间的相关性。但非实验诱导的现实也成了这一模型的缺陷,因为要饲养出足够数量的这种小鼠可能需要饲养大量的无症状的小鼠(在不同种类的小鼠中出现这种模型小鼠的百分比大概是1.3%到1

3.5%[27])。

3.延迟加强条件反射模型　延迟加强条件反射模型即通过延迟加强条件反射实验建立的小鼠强迫症模型,实验中小鼠将从以下二者中进行选择:①快速回馈的食物但是回馈量小;②慢速回馈的食物但是回馈量大,由此产生的行为即延迟加强的条件反射行为。延迟加强的条件反射行为被认为是强迫性行为的表现。其方法主要是小鼠出生后即被非实验品系母鼠进行抚养。10周后选择其中的雄性小鼠,置其于食物自由取食,饮水被限制的环境中,直到体

重稳定并使小鼠逐渐习惯液体饮料(内含10%的浓缩牛奶)。将饮料置于不同位置,内置感应器,当用鼻子戳压时,即可得到饮料。一侧能在短时间内得到少量的饮料,另一侧能得到大量的饮料但是得到的时间会不断延长。随着进程的发展,大量的饮料给予时间上的延迟,这样随着实验的进程,分阶段刺激并最终筛选出强迫行为小鼠。此方法应用于强迫行为遗传和变异的筛选研究[29]。

4.筑巢行为模型　在寒冷的环境中,啮齿动物会产生筑巢的行为。为了适应极端的环境,也会产生神经生理学的改变。在观察中可以发现,小鼠中鼠龄较大的比较小的有更多的筑巢行为,实验观察中用于筑巢的材料为棉花,筑巢行为有高度的重复性,而较大鼠的行为更类似强迫性行为。抗抑郁药可以减轻这种行为。此实验提示,建立此种模型有可能作为强迫症模型的一种实验方法。

总之,从模型的可用性角度来讲上面所说的几种类型的模型都有各自的优势和缺陷,所以选择每种模型所能提供的作用显得尤为重要。根据对多种模型的研究发现强迫症的病因很可能涉及到多种基因和环境因素的相互作用[30],

型可能会有独特的用处,因为这种模型能在最大程度上模仿疾病的遗传和环境因素的影响程度。小鼠的修理毛发行为模型就属于此类模型,它在对治疗药物的反应和中枢神经系统的改变上都与模仿的疾病相似。相比之下,包括单基因改变的强迫症基因模型都无法模拟强迫症的病因形成。虽然上述的所有模型都不是最理想的强迫症模型,但有几种模型还是很有发展前景的,并且随着实验水平的提高而得到更进一步的完善。因为强迫症很可能是一种异质性的疾病,并且在病因学上有着很复杂的发病因素,所以可以选择使用不同的模型研究强迫症的各种方面及其亚型。另外,如果想发展或测试新的治疗强迫症的方法,结合不同模型的研究结果可能会发掘出最佳的治疗强迫症的方法。并最终可以同过研究强迫症动物模型来阐明强迫症的发病原因。

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