譫妄動物模型研究進展

作者單位：610041四川省成都市,四川大學華西醫院老年科

譫妄最早可以追溯到2000多年前,那時希波克拉底對譫妄描述為“大腦急性認知功能障礙”[1]。隨著對譫妄研究的深入,美國精神疾病診斷與統計手冊第5版對譫妄的定義為:急性發作的意識混亂,伴注意力不集中,思維混亂、不連貫,以及感知功能異常[2]。老年人由于神經細胞、樹突細胞、神經受體及小膠質細胞的損害積累,是發生譫妄的易感人群[3]。譫妄不僅影響軀體以及認知功能的康復,同時也會延長住院時間,增加出院后4年內癡呆發生的風險,增加住院及出院后死亡風險,消耗大量的醫療資源,加重社會負擔[4]。近30年來,譫妄相關的研究逐漸增多,但關于譫妄的病理生理學機制研究仍遠遠不足[5-6],通過譫妄小鼠模型研究其病理生理學機制是最好的方式之一[7]。因此,本文將對基于不同機制學說的譫妄小鼠模型研究進行綜述,以期為今后的譫妄機制研究提供幫助。

1 內毒素(lipopolysaccharide,LPS)體內注射

1.1 正常小鼠LPS體內注射 在小鼠腹腔內注射LPS,并通過行為學實驗評估小鼠是否處于譫妄狀態,是建立譫妄模型較為常見的一種方法。1996年Tateda研究團隊第一次將大腸桿菌LPS以4 mg/kg的劑量注射入98～102周大小的ICR雌性小鼠腹腔內,結果顯示LPS會引起白細胞介素10(IL-10)及腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-6等細胞因子短時間升高[8-10]。Culley等[11]將11只24個月大小的Fisher344小鼠作為研究對象,腹腔注射50μg/kg LPS,注射后2、24、48 h測定小鼠血清及前額大腦皮層組織中的炎癥因子,同時在注射LPS后1～3 d內采用注意定勢轉移任務(attentional set-shifting task,AST)等行為學實驗對小鼠的注意力、執行能力進行測試。結果表明,在LPS注射2 h后,血清TNF-α及細胞因子CC配體2等炎性因子水平明顯升高,48 h后TNF-α及趨化因子CCL2水平恢復到基線水平,在大鼠前額皮層組織中也得到了類似的結果。研究者采用7階段AST測定前額葉皮質功能(包括辨別能力、注意力及執行能力),結果顯示在注射LPS后,小鼠注意力及執行能力減弱,但并未對小鼠辨別能力產生影響,而在炎癥因子水平恢復時,減弱效應仍持續存在。該動物模型與臨床中譫妄以注意力改變為核心的診斷標準相符。但此研究的缺陷是其并未對譫妄中急性記憶能力改變及情感改變進行行為學實驗測試。

1.2 疾病小鼠LPS體內注射 臨床中,癡呆是譫妄重要的誘發因素[4]。ME7是朊病毒株的一種,小鼠感染ME7后,會引起海馬組織細胞外淀粉樣變性,突觸丟失、神經退行性改變及認知功能下降。Murray等[12]著眼于控制情感及認知功能的海馬區,于2010年以定位注射的方式將ME7注射入8～10周大小的C57BL/6小鼠大腦內,將ME7感染后的小鼠作為譫妄模型,12周后,將100μg/kg劑量的LPS注入小鼠腹腔內構建譫妄模型。該團隊創新性地使用T迷宮及Y迷宮混合行為學實驗檢測小鼠工作記憶能力。結果顯示:ME7接種小鼠在LPS刺激后3～7 h工作記憶能力明顯下降,24～26 h后,工作記憶能力逐漸恢復。與譫妄時認知功能的急性改變相契合。

2 腹腔手術

嚴格地說,目前大多數動物模型是術后認知功能障礙模型而非術后譫妄模型[13],但從病因學角度來說,這些模型對于譫妄的研究能夠提供幫助。有研究使用23～25個月BALB/c老年小鼠作為研究對象,在全麻狀態下對小鼠實施腹部手術,切口為1.5 cm,手術時間為10 min,術后采用丁冰諾菲鎮痛。術后采用組合行為學方式,對小鼠運動能力、空間工作記憶能力進行測試。結果顯示,手術并沒有對小鼠運動能力產生影響,但術后學習認知能力有所下降[14]。Hovens等[15]以18～20個月大小的Wistar小鼠為研究對象,在全麻下實施腹腔手術,采用水迷宮、Y迷宮、礦場實驗、高架十字迷宮、場景恐懼實驗等組合行為學實驗測試術后認知功能及術后情感行為，但結果并未顯示出與未手術組的差異。所以,此模型穩定性頗受爭議。

3 抗膽堿能藥物注射

Tune、Gollinger等基于美國手術病人大量的數據分析發現，抗膽堿能藥物容易使老年病人術后發生譫妄[16-17];譫妄病人的血清抗膽堿能活性增強[18];血清抗膽堿能活性增高的譫妄病人使用毒扁豆堿能逆轉譫妄,但膽堿酯酶抑制劑在其他藥物引起的譫妄中也起到一定的治療作用[19]。基于此理論,Trzepacz等[20]在1992年首次向Wistar小鼠體內注射阿托品(55 mg/kg),同時記錄小鼠的腦電圖,采用迷宮實驗及運動監測測定小鼠注射阿托品后的行為學反應。結果顯示,阿托品注射小鼠腦電圖顯示出較高的振幅及較慢的頻率,符合譫妄發生時的腦電圖圖像;4～5 h后,小鼠的腦電圖恢復到正常水平;迷宮實驗表明,小鼠注意力及任務執行能力降低。這種模型能較好地模擬小鼠發生譫妄時注意力及執行力下降等問題。此模型的缺陷在于阿托品無法通過血腦屏障進入顱內,因此其抗膽堿能作用主要作用于外周。我們無法辨別小鼠下午發生運動活躍的改變,到底是阿托品對心臟的興奮作用還是對中樞的興奮作用引發的。因此,我們還需尋找一種能有效進入血腦屏障的抗膽堿能藥物來驗證該模型的有效性。

為了解決以上問題,Tamura等[21]采用比哌立登替代阿托品注入小鼠體內來模擬小鼠譫妄狀態,結果表明,在注射了比哌立登后,部分小鼠過度活躍,小鼠快速行走、隨機嗅探行為增多,慢速和快速腦電活動、快速眼球運動和肌電活動均顯著增加;而有些小鼠表現為運動停止、凝視、半閉眼的昏昏欲睡,并出現腦電圖減慢、眼球運動減少和輕微肌電活動。這些癥狀分別與臨床中的活動亢進型譫妄和活動抑制型譫妄相符[5]。裘毅敏等[23]采用礦場試驗在注射東茛菪后1 h內觀察到小鼠活動水平明顯增加,提示興奮性增加,而小鼠停留在中央格的時間明顯延長,提示小鼠認知功能下降。任全[24]采用非選擇性非持續性注意力實驗驗證了該模型可導致小鼠對新物體的認知能力及注意力水平下降。其他類似的譫妄模型還有Newman等[25]腹腔內注射阿托西定,通過改變大鼠內側前皮質去甲腎上腺素水平引發大鼠注意力的改變。

4 譫妄模型的局限性

既往研究者在譫妄模型領域進行了大量開創性工作,但目前這些模型仍具有局限性。基于炎癥因子學說建立譫妄模型,ME7接種小鼠較正常小鼠存在明顯認知功能障礙,在腹腔注射LPS后,產生的急性認知功能障礙與疾病小鼠原本認知功能障礙不能完全區分,LPS注射譫妄模型能否反映完整的譫妄過程尚需進一步研究。其次,在術后譫妄模型中,存在模型不穩定的因素,在擴大樣本量時,能否穩定呈現譫妄狀態,尚需進一步實驗證明。在神經遞質注射譫妄模型中,大多數研究采用腹腔注射的方式注射神經遞質,這種方式對神經系統產生效應,同時也會影響外周系統,如心血管系統亢進、運動量增加,這種外周效應與亢進型譫妄難以鑒別。在未來的研究中,需要采用定位注射的方式以便區別藥物的外周影響。最后,目前尚無統一且有效的行為學實驗來證實小鼠處于譫妄狀態,行為學實驗證實譫妄的信效度尚需進一步研究。總之,目前譫妄小鼠模型的研究尚處于初始階段,且具有局限性。

5 譫妄動物模型的未來展望

譫妄小鼠診斷標準的確定是目前亟待解決的問題,同時譫妄不是由單純的一個或兩個因素引起的,往往是多因素共同作用的結果。未來的研究可綜合上述兩種研究理論,共同建立穩定的譫妄動物模型。認知功能障礙與譫妄的密切關系,以及之間的交叉內容尚需要研究者深入研究。