精神分裂癥的潛伏抑制動物模型

摘要 精神分裂癥動物模型的建立，是當前研究精神分裂癥的神經生物學機制以及開發新的抗精神病藥物的一個重要課題。文章系統地闡述了以潛伏抑制為行為模式的精神分裂癥動物模型的理論以及神經機制，并重點介紹了精神分裂癥的潛伏抑制動物模型的建立方法，包括(1)調節某些與精神分裂癥相關的中樞神經遞質的傳遞活動；(2)對與精神分裂癥有關的中腦-伏隔核神經環路進行結構損傷或藥物性干預；(3)在發育早期給予免疫刺激或環境應激。

關鍵詞 精神分裂癥動物模型，潛伏抑制，中腦-伏隔核神經環路。

分類號 B845

1 潛伏抑制：一種跨動物種系的行為模式

精神分裂癥是一種嚴重而復雜的精神疾病，人群發病率高達1％。它的典型癥狀包括思維障礙、幻覺、錯覺和妄想等陽性癥狀，以及社會退縮、情感淡漠和意志缺乏等陰性癥狀，這些癥狀主要涉及注意、記憶、抽象思維、信息整合以及執行功能等認知功能。如何建立精神分裂癥認知障礙的動物模型對于了解精神分裂癥的病因學機制、抗精神分裂癥藥物的作用機理以及新藥開發都具有非常重要的意義。而建立精神分裂癥的動物模型的一個關鍵問題是如何通過動物行為的活動來反映精神分裂癥的認知障礙。

潛伏抑制(latent inhibition，LI)是一種活躍的現象，它指的是如果一個刺激被反復呈現而未被強化(前呈現)，那么這種前呈現將干擾隨后的涉及該刺激的學習任務。潛伏抑制的基本實驗程序如下：個體被隨機分成兩組，其中一組為前呈現組(stimulus pre-exposed，PE)而另一組為非前呈現組(non-pre-exposed，NPE)。首先，PE組個體被反復給予某種刺激(如聲音)，但并不伴隨懲罰行為。而NPE組個體則僅被置于相同的環境中，但無刺激呈現。然后所有的個體均進行該刺激的條件化訓練，如聲音與電擊的結合。潛伏抑制的表現方式是PE組個體的學習成績差于NPE組個體的成績。研究證實，潛伏抑制現象可見于各種經典和操作式條件反射如被動和主動回避，條件反射性情緒反應，味覺厭惡，線索辨別學習等，而且潛伏抑制現象也廣泛地存在于包括人類在內的多種哺乳類動物。

2 潛伏抑制與精神分裂癥

Baruch等首次報告了在精神分裂癥病人中潛伏抑制缺失的現象。他們的研究結果表明，急性精神分裂癥病人的潛伏抑制缺失，而經過抗精神病藥物治療的慢性病人則表現出正常的潛伏抑制。進一步的臨床研究支持了這一結果，并發現急性精神分裂癥病人的潛伏抑制缺失以及慢性精神分裂癥病人的潛伏抑制異常增強分別與病人的陽性癥狀和陰性癥狀密切相關。此外，有一些臨床研究指出，多巴胺激動劑安非他明注射能引起健康成人被試的潛伏抑制缺失，而抗精神病藥物則能增強潛伏抑制。精神分裂癥的高度危險個體(如精神分裂癥父母的子女)同樣表現出潛伏抑制異常。最后，動物實驗也表明，安非他明能誘發大鼠的潛伏抑制缺失，而抗精神病藥物能逆轉這一影響。這些研究結果表明，精神分裂癥病人所表現出的潛伏抑制異常可以作為一種穩定的特征性表現，而且是一種跨種系的、可以表達在行為水平上的認知障礙模式。因此，研究潛伏抑制異常與精神分裂癥之間的關系將很有可能揭示出精神分裂癥這一嚴重精神疾病的某些神經生物學和心理學機理。

3 潛伏抑制的理論基礎

盡管潛伏抑制的現象相對簡單，但關于它的理論基礎一直存在分歧。其中與精神分裂癥相關的理論主要包括以下三種：

3.1 選擇性注意理論

早在1911年，Bleuler就認為，“選擇性注意”對于人類和其它哺乳動物維持正常的認知過程具有至關重要的作用。選擇性注意指的是過濾或忽視某種無關刺激的能力，這種去除無關感覺信息的干擾以保證中樞神經系統對有意義的感覺信息進行深度編碼的神經控制機制亦被稱為感覺門控。而精神分裂癥病人正是由于缺乏這種將無關感覺信息“過濾”掉的能力，而導致正常的認知活動受到大量的無關信息的干擾，出現認知混亂和情緒異常癥狀，尤其是精神分裂癥的各種陽性癥狀。

根據選擇性注意理論，潛伏抑制現象是由于在前呈現階段刺激反復呈現而不伴有獎勵或懲罰性后果，因此機體的中樞神經系統將此刺激作為“無關”刺激而過濾，從而導致隨后條件化訓練成績下降。而精神分裂癥病人或精神分裂癥的動物模型則由于缺乏這種選擇性注意功能，從而出現潛伏抑制缺失。選擇性注意理論可以用來解釋潛伏抑制與精神分裂癥陽性癥狀間的相關性。

3.2 Schmajuk-Lam-Gray(SLG)理論

Schmajuk-Lam-Gray(SLG)理論最早是由Schmajuk于1996年提出的關于潛伏抑制的神經網絡理論。它主要強調的是條件刺激的“新異性”在條件反射建立過程中的關鍵性作用(見圖1)。

根據SLG神經聯絡模式，在經典的條件反射建立過程中，CS的新異性起著決定性的作用。如果CS的新異性強，則CS在生物體內的表達強，意味著CS與US間聯系(信息的存儲)的建立更為緊密，最終的結果是CR(信息的提取)更為牢固。反之，則產生相反的結果。SLG神經聯絡模式可以解釋潛伏抑制現象，由于條件刺激在前呈現階段的反復呈現降低了其新異性，因此干擾了隨后的條件訓練反應，即潛伏抑制現象。

那么如何用SLG理論解釋精神分裂癥的潛伏抑制缺失?已知精神分裂癥的病理生理學機制主要涉及邊緣系統(內側前額葉、海馬、內嗅皮層、伏隔核等)功能的異常，以及腦內神經遞質系統(如多巴胺)紊亂。Schmajukd等的一系列動物研究證實，海馬、伏隔核殼部損毀以及多巴胺激動劑安非他明能提高刺激的新異水平以及刺激的內部表達水平，因此導致潛伏抑制缺失；而抗精神病藥物氟哌啶醇則通過降低刺激的新異水平而逆轉此潛伏抑制缺失現象。這與精神分裂癥的臨床觀察和動物實驗結果相一致。應該指出的是，SLG理論也主要適用于潛伏抑制與精神分裂癥陽性癥狀間的相關性。

3.3 轉換理論

潛伏抑制的轉換理論最早由Weiner于1990年提出。Weiner等的研究發現，條件訓練階段而不是前呈現階段的安非他明或氟哌啶醇給予能干擾或增強潛伏抑制，提示潛伏抑制現象的出現不能簡單地用前呈現階段的無關信息過濾不能(即選擇性注意理論)來解釋，它還涉及條件訓練階段的信息提?。蛛x。另外，臨床和動物研究發現，潛伏抑制異常不僅表現在潛伏抑制缺失，有時還出現潛伏抑制的異常持續存在，而這無法用前兩種理論來解釋。

潛伏抑制轉換理論認為，在前呈現階段，反復呈現但不伴有任何強化的刺激(如聲音)被機體(人或哺乳動物)視為無關刺激，可以忽視；但在隨后的條件化訓練階段，同樣的刺激卻又伴隨著懲罰后果，對機體而言轉變為條件刺激；此時兩種信息(無關刺激和條件刺激)相互“競爭”，前者向后者“轉換”的程度不同，潛伏抑制表達也不同。即適度的轉換表現為正常的潛伏抑制現象；過度的轉換表現為潛伏抑制現象缺失；而轉換延遲則表現為潛伏抑制現象的異常持續存在。進一步的臨床研究表明，精神分裂癥的陽性癥狀與潛伏抑制缺失相關，而陰性癥狀則與潛伏抑制的異常增強相關。

4 潛伏抑制形成的神經機制

神經解剖學和藥理學研究證實，中腦。伏隔核多巴胺(dopamine，DA)投射構成了潛伏抑制神經環路的主要成分，包括內側前額葉(medial prefrontal cortex，mPFC)、海馬(hippocampus，HIP)、杏仁體的基底外側核(basolateral amygdale，BLA)、內嗅皮層(entorhinal cortex，EC)、伏隔核(nucleus accumbens。Nac)和腹側被蓋區(ventral tegmental area，VTA)。其中Nac發揮關鍵性作用。

腦區內微透析測定表明，Nac的細胞外DA釋放的增加出現在條件化訓練階段而非前呈現階段，提示Nac激活主要參與條件化訓練階段。進一步的研究提示，Nac的兩個解剖亞區：核部和殼部分別負責不同的功能，前者是根據條件訓練階段的刺激強化而做出相應的行為調整，而后者則是抑制這一行為轉換。已知Nac分布著從HIP、mPFC、杏仁體、扣帶回的谷氨酸能纖維，以及VTA的DA能纖維，這些腦結構在潛伏抑制現象中發揮不同的作用。

目前認為，Nac的主要作用在于保證行為靈活性，即根據環境變化而相應地調整行為反應；從EC至Nac殼部的纖維投射的作用在于抑制這種行為轉換；海馬則是提供關于無關刺激或條件刺激線索關系的信息；BLA主要在強化和動機加工中發揮作用。而mPFC的作用尚不明確。

5 潛伏抑制動物模型的建立

有關潛伏抑制現象的理論、神經機制以及其與精神分裂癥的關系為精神分裂癥潛伏抑制動物模型的建立奠定了理論基礎。近20余年來，已有大量的以大白鼠的潛伏抑制異常為精神分裂癥行為模型的研究工作，并包括許多利用這種模型來研制新的抗精神藥物的工作。其中對腦內神經遞質傳導活動的藥物性調節、特定腦區的損毀以及神經發育模型是三種常用的產生大鼠潛伏抑制異常的方法。用于誘發嚙齒類動物潛伏抑制異常的藥物包括：多巴胺受體激動劑和拮抗劑、5-差勁色胺受體拮抗劑以及N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體的非競爭性拮抗劑。手術損毀的腦區主要是伏隔核、海馬和杏仁體。而神經發育模型則是在大鼠出生前、后的不同發育階段分別給予免疫攻擊或環境應激。下面具體闡述這幾種建模方法。

5.1 神經藥物模型

(1)多巴胺模型

如前所述，中腦-伏隔核的DA投射構成了潛伏抑制神經環路的主要成分，而且DA與精神分裂癥之間的密切關系已為臨床和動物研究所證實，因此潛伏抑制的DA模型也是研究得最早和最廣泛的一個精神分裂癥的動物模型。1981年，Weiner等人首次證實，間接多巴胺受體激動劑——安非他明的軀體注射能引起大鼠潛伏抑制的缺失。隨后的許多研究都重復了這一實驗結果，從而確立了多巴胺的精神分裂癥的潛伏抑制動物模型。

安非他明的潛伏抑制缺失模型具有兩個特點。首先，潛伏抑制缺失只發生在條件訓練階段的安非他明注射，而前呈現階段的安非他明注射不影響潛伏抑制。這一現象支持潛伏抑制的轉換理論。其次，研究表明，安非他明軀體注射對潛伏抑制的影響與注射劑量相關：低劑量能引起潛伏抑制缺失，而高劑量卻不影響潛伏抑制甚至能引起潛伏抑制異常增強。進一步的研究發現，低劑量的安非他明能特異性地引起Nac內的DA釋放，而高劑量的安非他明則主要作用于紋狀體內的DA系統，提示了Nac在潛伏抑制神經機制中的重要作用。

除安非他明外，多巴胺D1受體激動劑SKF38393和D2受體激動劑quinpirole(喹吡羅)也被報道能干擾潛伏抑制。此外，安非他明注射還能導致正常人類被試的潛伏抑制缺失。應該指出的是，所有這些由多巴胺激動劑所引起的潛伏抑制缺失都能被經典的抗精神藥物氟哌啶醇和非經典的抗精神藥物氯氮平所逆轉。

(2)N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)／谷氨酸模型

已知，大腦前額葉皮層的谷氨酸錐體細胞與中腦-邊緣-皮層DA系統和背中縫核5-HT神經元之間存在相互的纖維聯系，形成神經環路。這些環路與精神分裂癥的發生和藥物治療均密切相關。目前的觀點認為，精神分裂癥的發生是源于腦內多巴胺系統異常所引起的谷氨酸分泌的超抑制以及繼發的谷氨酸NMDA受體功能減退。動物研究表明，不同的NMDA拮抗劑對潛伏抑制發揮完全不同的影響，即分別引起潛伏抑制缺失和潛伏抑制異常增強。前者的代表藥物氯胺酮(ketamine，Ket)。如Razoux F等發現，前呈現階段的Ket急性注射(25mg/kg)可引起大鼠的潛伏抑制缺失。BeckerA等的研究結果與此一致，即連續5天被腹腔注射30mg/kg Ket的SD大鼠在4周后表現出潛伏抑制缺失，以及海馬內D2受體結合的增加以及前額葉皮層內的谷氨酸受體結合的下降。后者的代表藥物是PCP和MK-801。如研究表明，條件化訓練前立即給予pcp[211和MK-801能引起潛伏抑制的異常增強。進一步的研究指出，此潛伏抑制增強只能被非經典的抗精神病藥所逆轉。

(3)5-羥色胺模型

近10年來，隨著5-HT2A受體的拮抗機制在非經典的抗精神病藥中的作用得以明確，5-羥色胺在精神分裂癥發病機制中的作用日益引起關注。目前的研究表明，5-HT受體拮抗劑的潛伏抑制調節作用以增強為主。而且與多巴胺受體激動劑和NMDA受體拮抗劑不同的是，5-HT受體拮抗劑主要是在前呈現階段發揮作用，而前兩者則主要在條件結合階段發揮作用。如研究表明，選擇性5-HT拮抗劑WAY100635只有在前呈現階段給予才能增強潛伏抑制；選擇性5-HT2A受體拮抗劑SR46，349B(2.4mg/kg)和IC1169，369(40mg/kg)只有在前呈現和條件化兩個階段都被腹腔注射時才能增強潛伏抑制。這些研究結果提示，5-HT神經遞質系統可能主要參與的是無關感覺刺激的加工過程。

5.2 腦區損毀模型

精神分裂癥常伴隨有中樞神經的器質性的病變。建立潛伏抑制異常的精神分裂癥動物模型的另一種方法是針對性地對某些與精神分裂癥有關的腦區實行局部性的結構性損傷或藥物性干預。目前比較明確的與潛伏抑制缺失相關的腦區位于中腦-伏隔核這一神經環路中。

(1)伏隔核損毀模型

Nac及其DA能神經元分布構成了潛伏抑制神經環路的主要成分，主要參與條件反射訓練階段。如Joseph MH等的研究發現，條件反射階段前的雙側Nac內的安非他明注射能破壞潛伏抑制表達，而雙側Nac內的多巴胺拮抗劑氟哌啶醇注射能使潛伏抑制表達異常增強，6-OHDA所致的Nac多巴胺末端的損毀也能導致潛伏抑制異常增強，提示伏隔核內多巴胺功能增強所致的潛伏抑制減弱是由于條件反射階段的多巴胺釋放所引起的。進一步的研究表明，Nac的殼和核亞區具有不同的功能，殼部損毀的結果是潛伏抑制破壞而核部損毀則是潛伏抑制的異常持久存在。腦區內微透析分析表明，刺激的前呈現能消除Nac殼部的多巴胺的條件性釋放，從而導致條件性恐懼反應減弱。相反，核心部的多巴胺釋放不受影響。這些數據提示，伏隔核殼部主要參與了潛伏抑制的干擾過程。

(2)杏仁體和海馬損毀模型

背外側杏仁體的損毀，也與Nac核部損傷一樣，產生潛伏抑制的異常持久存在。關于海馬損毀對潛伏抑制影響的研究結果不一致。成年大鼠的研究表明，海馬損毀導致潛伏抑制的異常增強。而出生后7天大鼠的腹側海馬損傷則破壞了青春期后動物的潛伏抑制。

5.3 神經發展模型

以上所闡述的用于建立擬精神分裂癥潛伏抑制異常動物模型的方法主要是以成年嚙齒類動物為研究對象，而近年來越來越多的腦成像和神經病理學研究證據表明，相當一部分的精神分裂癥的成年病人表現出一種神經發展紊亂，即腦異常在生命早期已經存在但其完全表達則出現在成年之后。為進一步深入地探討精神分裂癥的神經發展機制，有必要建立精神分裂癥的神經發展模型。目前常用的建立潛伏抑制異常的神經發展模型主要包括兩種：其一是在胚胎發育期即動物出生前給予免疫刺激或物理應激；其二是在動物出生后的某些關鍵性發育階段改變其生活環境，即環境應激。已有的研究結果證實，這兩種建模方式所引起的潛伏抑制異常只在動物成年后才有顯著的表現，而且這種潛伏抑制的缺失可被抗精神病藥物所修復，這與精神分裂癥的神經發展模型相一致。

(1)出生前的應激

出生前的應激方式主要包括物理應激和免疫性應激。物理應激模型指的是給予孕鼠不同類型的物理應激，然后觀察成年仔鼠的潛伏抑制現象。如Bethus等的研究表明，孕鼠在孕期的最后一周被每天給予束縛應激，結果導致其雄性仔鼠的成年期潛伏抑制表達異常增強，但不影響雌性仔鼠的潛伏抑制表現。另一項研究則觀察的是母鼠懷孕后期的束縛應激和不可逃避電擊對成年雄性和雌性仔鼠潛伏抑制表達的影響。結果發現，孕期的束縛應激對成年仔鼠的潛伏抑制表達沒有影響，而電擊能引起成年雄性仔鼠的潛伏抑制缺失，但對雌性沒有影響。這些動物研究的結果與人類的發現相一致，即精神分裂癥病人所存在的性別差異，成年年輕男性的精神分裂癥發病率高于女性。

流行病學研究已經指出，懷孕期間的細菌或病毒感染能增加精神分裂癥的患病危險性。近年來的嚙齒類動物研究也進一步證實了孕期的免疫攻擊與動物成年后的精神疾病相關的腦、行為異常之間存在的因果關系。常用的免疫攻擊因子是一種細胞因子誘導劑——聚肌胞苷酸(PolyI:C)。如最近的2項研究發現，孕期第9天的PolyI:C(2.5，5.0或10mg/kg)靜脈注射不影響幼年仔鼠的潛伏抑制表達，但能干擾青春期后仔鼠的潛伏抑制現象。這些結果與精神分裂癥的成熟延遲特性相一致，即胚胎期間的免疫系統激活并不影響幼年的潛伏抑制但卻顯著地干擾了成年期的潛伏抑制。此外，另有研究分別觀察了孕期6、9、13或17天的PolyI:C(5mg/kg)靜脈注射對成年仔鼠潛伏抑制現象的影響。結果表明，除了孕期17天的注射以外，其它的時間點注射均能引起成年動物的潛伏抑制缺失。這一結果提示，胚胎發育期間的免疫攻擊所引起的急性細胞因子反應以及成年后的行為改變具有準確的時間點。由于這些由胚胎發育期間的免疫攻擊所引起的成年期潛伏抑制異?？杀唤浀浜头墙浀涞目咕癫∷幩孓D，以及這些成年動物的海馬和內嗅皮層還表現出與精神分裂癥相類似的病理學改變，提示發育過程中的中腦一邊緣系統多巴胺功能紊亂在精神分裂癥的發病機制中發揮重要的作用。

(2)出生后的應激

目前常用于潛伏抑制缺失研究的出生后環境應激是指在一定的發育階段，將動物從社會群體隔離，并根據發育階段的不同，可以分為兩種類型：(1)母嬰分離(哺乳期)，(2)社會隔離(斷奶后至成年期)。Weiss IC等的研究表明，每天4小時的母嬰分離能引起潛伏抑制的異常增強；相反，社會隔離不影響潛伏抑制。而Ellenbroed BA和Wilkinson LS等的研究同樣證實了社會隔離不影響潛伏抑制，但單獨一次的24小時母嬰分離則能明顯地損害潛伏抑制表達。關于早期應激的作用機制，目前的理論認為，早期應激通過干擾海馬和前額葉的正常發育而發揮作用，而且海馬和前額葉發育異常的后果，如潛伏抑制異常、應激反應的失調等，只在動物的性成熟后才有顯著的表現。

6 總結和展望

綜合以上的研究資料，潛伏抑制動物模型為深入而系統地研究精神分裂癥的發病機制及藥物治療提供了一種科學有效的行為模式。但目前關于精神分裂癥的潛伏抑制動物模型存在以下一些問題。首先潛伏抑制作為精神分裂癥的行為指標尚有不足之處，如(1)潛伏抑制測試方法不統一，包括電擊的條件性逃避、條件性味覺厭惡及條件性情緒反應等多種方法，導致行為結果有時不一致，而且抗精神分裂癥藥物對潛伏抑制研究的結果也不一致；(2)潛伏抑制現象的神經調節環路尚不完全清楚，這些因素給潛伏抑制模型的建立增加了一定的難度。其次引發潛伏抑制異常的模型主要包括：神經藥物模型、特異性腦區損毀模型和神經發育模型。需要指出的是，(1)藥物注射和腦區損毀都是非自然的方法，不能模擬潛伏抑制異常的正常起因；而以免疫攻擊和早期應激為代表的神經發育模型則能比較好地模擬人類的自然狀況，因此是一種更為理想的認識精神分裂癥本質的研究途徑；(2)目前的有關潛伏抑制異常的神經發育模型只側重于胚胎發育期(出生前)的免疫攻擊、新生期(0～21天)的母嬰分離以及幼年至成年(21天至成年)的隔離應激幾個階段，沒有更為詳細地分別研究幼年、青少年、青春期以及成年早期的藥物或環境干預對成年動物潛伏抑制的影響，而臨床研究表明這幾個階段也是精神分裂癥的發病、進展以及治療的關鍵性階段，因此有必要開展進一步深入的研究工作。綜上所述，對以潛伏抑制作為行為指標的精神分裂癥動物模型的研究工作應首先確定一種理想的潛伏抑制測試方法，然后嘗試開展藥物干預、腦區損毀和早期環境應激的交互研究，以便完善精神分裂癥的神經發展理論；最后利用上述幾種建模方法，在心理、行為、系統、。細胞、基因和理論模型幾個水平上開展綜合性研究，以此將精神分裂癥動物模型的研究發展到一個新的階段。