精神分裂癥嚙齒類動物模型及其行為學檢測

陳 溪，谷洪順，李 林

(首都醫科大學宣武醫院藥物研究室，北京市神經藥物工程技術研究中心，北京 100053）

精神分裂癥嚙齒類動物模型及其行為學檢測

陳 溪，谷洪順，李 林

(首都醫科大學宣武醫院藥物研究室，北京市神經藥物工程技術研究中心，北京 100053）

精神分裂癥是一種常見而嚴重的精神疾病，給患者及其家人的生活造成極大的危害。由于該疾病發病因素復雜，因此在藥物治療上還存在諸多問題。在候選藥物篩選和藥物研發的臨床前研究中，需要可靠穩定的動物模型。本文對精神分裂癥陽性癥狀、陰性癥狀和認知相關的嚙齒類動物模型以及行為學檢測方法做一綜述，希望能夠為抗精神分裂癥藥物的篩選和臨床前研究提供動物模型的參考。

精神分裂癥；模型，動物；行為學；陽性癥狀；陰性癥狀；認知障礙

精神分裂癥是一種嚴重而復雜的精神疾病，人群發病率達到0.5％～1％，嚴重影響病人及其家人的生活［1］。精神分裂癥病人存在幻覺和妄想等陽性癥狀，社會退縮和情感淡漠等陰性癥狀，以及認知方面的缺陷。研究顯示，精神分裂癥是基因、神經發育和環境等風險因素共同作用的結果［2］。由于精神分裂癥的發病癥狀和病因錯綜復雜，很難在動物模型中對其進行全面的復制，因此在藥物臨床前研究中往往就某一方面的特點對精神分裂癥的機制及候選藥物進行考察。本文從精神分裂癥的表型出發，對目前應用較為廣泛的精神分裂癥陽性癥狀、陰性癥狀和認知相關的嚙齒類動物模型做一綜述，并對相關的行為學檢測方法做一簡要介紹，希望能夠為抗精神分裂癥藥物的篩選和臨床前研究提供動物模型的參考。

1 精神分裂癥陽性癥狀和陰性癥狀動物模型及行為學檢測

精神分裂癥的陽性癥狀通常表現為幻覺、妄想、聯想散漫、興奮、夸大、猜疑被害、敵對性等亢進式行為。而陰性癥狀則包括思維貧乏、情感淡漠、意志缺乏等，這些癥狀常導致患者與社會脫離，嚴重時造成患者自殺。精神分裂癥的動物模型在一定程度上模擬了這些癥狀，以下對陽性癥狀以及陰性癥狀的動物模型做一介紹。

1.1 多巴胺受體激動劑所致的陽性癥狀動物模型

多巴胺在大腦內廣泛存在，研究證明，黑質紋狀體的多巴胺功能紊亂是導致精神分裂癥陽性癥狀的主要因素［3］。第一代抗精神病藥物是通過拮抗II型多巴胺受體(D2受體）來發揮抗精神分裂癥的作用。安非他明或甲基苯丙胺誘導的快速運動行為模型是用于模擬精神分裂癥陽性癥狀最成熟的模型之一。安非他明是間接性的多巴胺受體激動劑，可以通過阻斷多巴胺再攝取來增加突觸間隙多巴胺水平。臨床有效的抗精神分裂癥藥物能夠抑制安非他明誘導的快速運動行為，可以作為該模型的陽性對照藥［4］。但需要指出的是，如果一個藥物僅僅是5-羥色胺(5-hydroxytryPtamine，5-HT）受體阻斷劑，它也能抑制安非他明誘導的快速運動行為，但這樣的藥物并沒有抗精神分裂癥的作用。因此，該模型的缺點是進行抗精神分裂癥藥物活性篩選時可能會產生一些假陽性。

1.2 條件躲避反射模型

條件躲避反射模型模擬了精神分裂癥的陽性癥狀。一般情況下，動物可以建立聲音信號和足底電擊之間的條件反射，利用穿梭試驗箱進行實驗［5］。例如：使動物先聽到聲音信號，相隔一段時間后，給予其足底電刺激，建立起條件反射后，動物即會在穿梭試驗箱中完成“躲避”的穿梭，即：聽到聲音信號但沒有足底電擊時完成穿梭。但是，給予精神分裂癥藥物后，動物不能夠再次完成該反應，而是在聲音信號以及足底電擊后才會完成“逃跑”反應。這種條件反射的消失現象可以作為精神分裂癥藥物的篩選指標［6］。并且，實驗證實，抗抑郁等其他精神活性物質，不具備此特性。因此，該動物模型可用于抗精神分裂癥藥物的篩選。

1.3 NMDA受體拮抗劑所致的精神分裂癥動物模型

N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-asPartic acid，NMDA）受體拮抗劑，如氯胺酮、苯環己哌啶(Phencyclidine，PCP）、地卓西平馬來酸鹽(MK-801）等，能夠使動物產生類似精神分裂癥的癥狀，由此，科學家們提出了精神分裂癥的谷氨酸能假說［7］。Guo等［8］的研究指出，NMDA受體所介導的信號通路異常可能是精神分裂癥發病的因素之一。因此，可以通過給予NMDA受體拮抗劑誘導類似精神分裂癥的運動效應，建立谷氨酸能通路干擾的動物模型。

實驗表明，給予NMDA受體拮抗劑后，動物可以表現出類似精神分裂癥的一些行為癥狀，包括多動、刻板動作增加、認知障礙和感覺運動門控的異常以及社會交往的退縮。Neilla等［9］的研究顯示，單次注射NMDA受體拮抗劑MK-801能夠引起兩大主要精神運動行為：陽性癥狀的快速移動、陰性癥狀的運動亢進和刻板行為。Pedersen等［10］的研究顯示，PCP同樣能夠通過拮抗NMDA受體制備精神分裂癥陰性癥狀的動物模型。

NMDA受體模型作為能夠模擬精神分裂癥陰性癥狀的動物模型被廣泛使用，但是由于此模型僅僅作為谷氨酸能受體的阻斷劑，不能解釋基因、環境等因素對精神分裂癥的共同作用，因此應用受到一定的限制。

1.4 神經發育相關的模型

應用神經發育的手段對動物進行造模，一般能夠模擬精神分裂癥發病的過程，并能夠對整個過程進行監測，比較有利于觀察病程的發展。應用較早的是新生大鼠的腹側海馬損傷模型，此模型被認為與大腦神經元的樹突改變有關，海馬的損傷破壞了皮質相關的神經環路［11］。在該模型中，大鼠在青春期前即出現社會交往的退縮以及糖水偏好的減弱［12］。另一個較為成熟的神經發育模型是產前子宮注射聚肌苷酸胞嘧啶核苷酸(Poly I：C）或細菌內毒素脂多糖，該模型最終可導致子代對MK801的敏感性加強，以及引發社會交往退縮和糖水偏好減弱的擬精神分裂癥陰性癥狀，并伴有認知方面的障礙，提示孕期感染可能是后代精神發育的危險因素［13］。

1.5 基因相關模型

基因相關的精神分裂癥模型不僅能夠從表型上模仿精神分裂癥的癥狀，也更容易讓研究者從發病機制和遺傳學方面探索精神分裂癥的本質。目前，對于基因的研究很多，較為明確的基因模型有NR-1敲除的大鼠模型。NR-1是與NMDA受體密切相關的基因，NR-1敲除后，大鼠能夠表現出較為全面的擬精神分裂癥的癥狀，包括社會退縮和情感淡漠的陰性癥狀和相關認知障礙［14］。精神分裂癥斷裂基因DISC1是在荷蘭人的精神類疾病家族中發現的基因［15］，對其機制的研究表明，DISC1基因功能復雜，參與200多種蛋白相關的信號通路［16］。DISC1基因敲除鼠表現出了很好的擬精神分裂癥的癥狀，對該模型的研究開闊了研究者對于精神分裂癥機制認識的思路。

1.6 陽性癥狀和陰性癥狀行為學檢測

陽性癥狀中的快速移動和刻板行為經常用曠場行為學進行測試。Grace等［17］的研究顯示，在甲基苯丙胺急性大劑量(10 mg/kg）造模后，C57BL/6小鼠在曠場中的移動距離顯著增加。Steed等［18］應用甲基苯丙胺引起模型動物快速移動行為，并在此模型上檢測5-HT受體拮抗劑在阻斷精神分裂癥陽性癥狀中的作用。

人類精神分裂癥的陰性癥狀主要包括社會退縮、情感淡漠和焦慮情緒。在行為測量上，常用社交行為試驗、三室社交行為試驗來考察模型動物的社會退縮和情感淡漠；用強迫游泳試驗、懸尾試驗和糖水偏好測試來檢測模型動物的抑郁狀態；用高架十字迷宮、明/暗實驗箱和曠場行為學來測試模型動物的焦慮狀況［19］。

2 認知相關模型及行為學評價

2.1 前置脈沖抑制模型

感覺門控的前脈沖抑制(PrePulse inhibition，PPI）現象是指：在一個能夠引起驚反應的強刺激之前給予一個弱的刺激，再次給予相同強刺激時原本的驚反映明顯減小的現象。這種現象說明了對于知覺信息加工的一種保護作用，同時也涉及對運動功能的調節。感覺門控通道受損廣泛存在于人類及哺乳動物，由于前置脈沖抑制是精神分裂癥患者穩定存在和可在動物身上復制的表型，因此能夠成為精神分裂癥的動物模型［20］。

在嚙齒類動物體內，PPI的損害可以通過多巴胺受體激動劑(安非他明或阿普嗎啡）、5-HT受體激動劑以及NMDA受體拮抗劑(PCP）來造模［21］。幾乎所有臨床有效的抗精神分裂癥藥物均可以在動物模型中逆轉PPI損害。一些非抗精神分裂癥的精神類藥物在動物模型中并不能逆轉PPI損害，這說明與快速運動行為模型相比，PPI模型出現假陽性的可能性大大降低。

2.2 潛伏抑制模型

潛伏抑制指的是在暴露于一個以不連續的方式呈現的刺激后對這個刺激的條件化聯合的抑制［22］。潛伏抑制說明了認知學習現象與精神分裂癥密切相關。

精神分裂癥病人存在潛伏抑制的缺失。由Baruch等在1998年首次報道［23］，他們認為，急性精神分裂癥病人存在潛伏抑制缺失，而藥物治療后的病人潛伏抑制恢復正常。并且精神分裂癥病人所表現出的潛伏抑制異常是一種可以跨種系的在嚙齒類動物的行為水平上表現出的認知障礙模式。

對腦內DA以及NMDA受體的藥物性調節、損毀幼年鼠的海馬以及孕期脂多糖注射等模型是三種常用的產生大鼠潛伏抑制異常的方法［24］，因此，研究潛伏抑制異常能夠作為精神分裂癥藥物篩選的良好模型。

2.3 認知行為學評價

認知障礙在精神分裂癥動物模型中廣泛存在，包括上面介紹的基因模型以及神經發育模型中。值得一提的是，認知的改變在不同模型中的表現不盡相同，研究者應該區分認知行為學所關注的重點。欲將動物模型的認知行為有效地轉換成對臨床有意義的結果，需要選擇合理的行為學評價方法。

目前報道較多的認知行為評價方法包括：八臂迷宮測試/T-迷宮測試用來反映工作記憶能力［25］；新物體識別試驗反映對物體識別記憶能力［26］；注意定勢轉移試驗反映逆反學習能力［27］；尋找試驗反映延遲學習能力；Y-迷宮測試反映短時記憶能力［28］；條件恐懼學習測試反映聯系記憶或線索學習能力［29］；Morris水迷宮測試檢測空間學習能力［30］，上述方法均是精神分裂癥動物模型中較為常用的測試認知行為的方法。

3 展望

切實有效的動物模型以及相應的行為學檢測方法在候選化合物的篩選和臨床前藥效學研究中至關重要。在精神分裂癥藥物研發新策略方面有兩點關鍵因素：(1）疾病模型應具有概念的可靠性，即應建立在已知的神經遞質、基因以及環境等風險因素的基礎上；(2）對表型的評價應該是可轉化的，這意味著行為學的評價應與臨床密切相關。模擬精神分裂癥復雜的表型是很大的挑戰，因為很多疾病的特點是只能在人身上表現出來的。因此，一個模型不完全概括疾病特點也是有用的。通過在可靠的模型上評價化合物，化合物的篩選效率將提高并減少藥物研發過程中的損耗。研究者們可以應用可靠的動物模型，發現能夠控制甚至治療精神分裂癥的有效藥物。在進行動物實驗時，應根據研究的需要建立不同的動物模型并選取恰當的行為學檢測方法，以得到對臨床有指導意義的結果。

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Rodent Models of Schizophrenia and their behavioral evaluation

CHEN Xi，GU Hong-shun，LI Lin
(DePartment of Pharmacology，Xuanwu HosPital of CaPital Medical University，Beijing Insititute for Brain Disorders，Beijing 100053，China）

SchizoPhrenia is a common and serious mental disorder，which causes great harm to Patients and their families.Because of the comPlicated Pathogenesis of schizoPhrenia，there are still many Problems in its drug treatment.Stable and reliable animal models are required for Preclinical studies of new drugs.In this article，we reviewed the rodent models associated with Positive symPtoms，negative symPtoms and cognitive imPairment of schizoPhrenia and the behavioral evaluation on these models，hoPing to Provide useful references of animal models for the antiPsychotic drug screening and Preclinical studies.

SchizoPhrenia；Model，animal；Behavior；Positive symPtoms；Negative symPtoms；Cognitive imPairment；Rodents

R-33 < class="emphasis_bold">【文獻標識碼】A

A

1671-7856（2015）09-0073-05

10.3969.j.issn.1671.7856.2015.009.014

國家自然科學基金項目(No.81273498），北京市科技專項項目(No.Z131102002813066）。

陳溪(1988-），碩士研究生，主要研究方向：神經藥理學，E-mail：Christina-chan523@163.com。

李林(1953-），教授，博士生導師，主要研究方向：神經藥理學，E-mail：linlixw@126.com。

2015-08-10

簡 訊