慢性不可預計溫和刺激抑郁模型的研究進展

黃艷妮，何小華，鄭曉霞，程艷玲

(山東省藥學科學院 山東省化學藥物重點實驗室，濟南 250101)

抑郁障礙簡稱抑郁癥，是一種常見的精神疾病，可發生于各個年齡段，患者初期表現為睡眠障礙、悲觀、心情沮喪、精神壓抑、悶悶不樂，當壓抑狀態持續一段時間，患者會產生絕望、幻覺、功能減退、嚴重沮喪，甚至出現自殺的念頭，是一種患病率、復發率、病死率高的疾病[1-2]。近年來，隨著社會生活節奏的加快，抑郁癥的發病率逐年升高。有研究表明，全世界約有3.4億人受抑郁癥的困擾，預計到2020年，抑郁癥將成為影響人類身心健康的最主要疾病[3-4]。抑郁癥的發生受年齡、遺傳、藥物和社會環境等因素的影響，其中應激是抑郁癥產生的危險因素，約80%的抑郁癥患者在遭受應激性刺激后發病[5]。因此，應激性動物模型常用于抑郁癥的研究。常用的應激性抑郁模型有行為絕望模型、獲得性無助模型和慢性應激抑郁模型等，其中慢性不可預計溫和刺激(chronic unpredictable mild stress，CUMS)是Willner等[6]于1987年創立的慢性抑郁模型，理論依據為動物處于不適宜生存的環境時會出現緊張、焦慮和抑郁等癥狀，而長期、慢性、不可預計的刺激可以加快抑郁癥的發展。CUMS模型通過傾斜籠具、潮濕墊料、合籠、熱水游泳等溫和刺激因子造模，以反映快感缺乏的蔗糖溶液消耗量作為模型成功的核心標志[7-8]。CUMS具有較高的有效性，抑郁癥狀可以持續數月，是研究抑郁癥常用的動物模型。現就CUMS抑郁模型的研究進展予以綜述。

1 CUMS模型的發病機制

CUMS發病機制復雜，與腦內多個系統的損傷有關，具體機制如下：動物受到刺激后，首先影響調節機體應激反應的下丘腦-垂體-腎上腺皮質(hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA)軸，HPA軸功能出現輕微異常；當刺激持續進行時，HPA軸自發性分泌節律紊亂，處于功能亢進狀態，表現為血液中皮質酮、促腎上腺皮質激素、糖皮質激素等各激素水平顯著升高[9]。有文獻報道，CUMS模型中動物僅出現行為學的改變，激素水平未發生顯著變化，分析原因可能是激素水平處于波動狀態，峰值可能出現在個別刺激因子后，因此實驗期間的檢測時間非常重要；然而重復出現相同的刺激因子時，HPA軸會逐漸適應，激素水平不會出現明顯波動，且只有長期的刺激會影響HPA軸的功能，短暫的刺激不會影響HPA功能，因此在CUMS造模過程中，刺激因子的多變性、不可預見性是模型成功的關鍵，單獨使用一種刺激不能產生理想的效果，每種刺激因子應間隔3～7 d[10]。

進一步研究表明，當HPA軸被激活后，糖皮質激素水平升高，過多的糖皮質激素具有明顯的神經毒性，尤其對敏感的海馬顆粒細胞具有一定的毒性，這種毒性和刺激因子會導致海馬體和cAMP反應元件結合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)減少，從而影響腦源性神經營養因子的表達[11]。同時，過多的糖皮質激素會導致海馬體對HPA的負反饋作用消失，進一步加重海馬細胞的損傷，當神經元不能得到足夠的營養支持時，會導致海馬神經元樹突萎縮和顆粒細胞減少[12]。過量的糖皮質激素還會損害大腦前額葉皮質，導致前額葉皮質內側椎體細胞的樹突萎縮，細胞代謝大幅減慢，突觸蛋白PSD95、突觸蛋白Ⅰ和縫隙連接蛋白43表達量減少，進而出現前額葉皮質體積減小[13]。此外，CUMS還可激活杏仁核，導致腹側被蓋區中腦邊緣多巴胺細胞活性降低，從而降低多巴胺邊緣系統引起的快感反應，減少與獎勵區域相關的伏隔核中多巴胺的釋放，同時減少伏隔核中多巴胺2受體的表達；除了減少與獎勵相關區域的表達外，CUMS還增加了消極狀態相關區域(如韁核)的反應，動物出現精神萎靡、活動性減少等癥狀[14]。總之，CUMS通過作用于HPA軸引發激素分泌異常，導致海馬、前額葉皮質、多巴胺邊緣等大腦組織受到損害，腦內的活性物質(如多巴胺等)發生變化，動物行為學發生改變，尤其是對獎賞的反應性下降，即抑郁模型產生。

2 抗抑郁藥物的作用機制

一般情況下，通過5～9周的不可預計溫和刺激，動物會出現運動能力、社會交往能力、探索行為等一系列功能的下降，且這種行為可持續幾個月，經過2～4周的三環類和非典型抗抑郁藥治療，動物的抑郁癥狀消失[15]。進一步研究表明，經過2～4周的治療，作用于多巴胺系統的藥物均會增加CUMS模型動物腦內多巴胺2受體的表達，從而增加腦內多巴胺的水平，發揮抗抑郁作用；對于CUMS模型中恢復的動物，低劑量的多巴胺2受體阻滯劑可逆轉藥物的抗抑郁作用，但對于正常動物和未經過抗抑郁治療的動物無阻滯作用[16]。對于5-羥色胺和腎上腺素再攝取類抗抑郁藥，它們通過增加突觸間5-羥色胺和腎上腺素的濃度，從而作用于5-羥色胺1A/5-羥色胺2B和去甲腎上腺素能受體，影響細胞內第二信使和蛋白激酶的表達，導致CREB的表達增加，從而使腦源性神經營養因子和其他神經營養素的表達增加，進而刺激海馬、前額葉皮質中神經的增長，修復損壞的神經，重新平衡前腦的信息處理，達到治療抑郁的目的[17]。在CUMS早期階段，藥物通過作用于腦神經元突觸而發揮抗抑郁作用，如單胺攝取抑制劑和單胺氧化酶A抑制劑在CUMS中可使萎縮的海馬神經元突觸恢復(包括突觸功能的恢復和海馬體積的恢復)[18]。

對神經元的進一步研究表明，腦源性神經營養因子的表達、血管內皮生長因子和其他神經營養因子受核轉錄因子CREB的控制，對于不同作用機制的抗抑郁藥物，海馬中CREB的表達在單次給藥后不會出現變化，而在長期給藥后出現顯著變化，如敲除小鼠的水通道蛋白后，氟西汀對CREB磷酸化的恢復能力被阻斷，CREB下游的磷酸化作用也被抑制，從而出現神經再生、快感缺乏的恢復以及其他行為的改變[19]。這證明，突觸受體到CREB的上游途徑(即CREB的活性)受幾種第二信使的調控(包括磷酸激酶A和C、細胞外信號相關激酶和鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅳ)。

3 CUMS模型的評價指標

3.1蔗糖溶液偏好測試 蔗糖溶液偏好反映動物對糖水的快感缺乏，是抑郁癥的核心癥狀，也是CUMS模型的核心指標。在CUMS模型中，經過長期、多變、不可預計的溫和刺激后，與正常動物相比，接受刺激動物的蔗糖溶液消耗量出現顯著下降即表明造模成功，可進行下一步的藥物治療[20]。在蔗糖溶液偏好實驗中，通常采用1%～2%的蔗糖溶液(含熱量)進行測試，也可采用不含熱量的糖精水，具體評價方法如下(以1%的蔗糖溶液為例)：第1天動物適應性飲用蔗糖溶液，在鼠籠左右各放置2瓶相同體積的1%蔗糖溶液；第2天在鼠籠上放置1瓶1%蔗糖溶液，1瓶自來水，12 h交換水瓶一次；第3天動物禁食禁水24 h；第4天進行蔗糖消耗實驗測試，在鼠籠上放置1瓶1%蔗糖溶液，1瓶自來水，1 h后交換位置，從放置水瓶開始計時，計算2 h內蔗糖溶液的消耗量及消耗百分比，蔗糖溶液消耗%=蔗糖溶液消耗量/(蔗糖溶液消耗量+自來水消耗量)[21]。研究表明，在CUMS實驗中，蔗糖溶液的消耗量不受飲食的影響，即在禁食和非禁食的動物中變化不大，對于嚙齒類動物，蔗糖消耗量呈倒“U”型的濃度曲線，在曲線上升部分，動物的飲用量與其對獎勵活動的反應性直接相關，在中間濃度消耗量最大，而在曲線下降的部分，蔗糖溶液的消耗量和動物的偏好有所偏離，因為隨著蔗糖濃度的增加，動物本身的攝入量也會減少，但在實際操作中，操作者經常選擇較高濃度的蔗糖溶液進行測試[22-23]。

3.2體重測試 CUMS模型中，動物在經過一系列刺激后，2周左右會出現食欲下降，繼而出現體重下降的癥狀，若模型動物出現體重下降，可認為動物產生抑郁癥狀，這一指標可作為模型建立成功的指標之一[24-25]。在造模過程中，每周測量1次體重，稱重時盡量選擇同一時間，動物處于非應激狀態，且測量前避免長時間的禁食、禁水或其他形式的食物剝奪。關于體重的變化，國內外學者尚存在爭議，模型動物的體重在不同的實驗背景下可能會出現下降、增長或不變，這種現象與臨床抑郁癥的表現完全一致，在臨床中有些抑郁癥患者體重下降，有些患者體重增加[26]。因此，在實驗中增加攝食量的測試，考察體重和攝食量之間的關系，可更好地反映動物的體重變化。

3.3其他指標 在CUMS實驗中，除了對獎賞的反應降低外，還會引起其他重型抑郁癥狀(如探索行為、性行為、攻擊性和自發活動出現減少)，腦電圖主動清醒活動也會出現減少；相反，CUMS不會引起動物在高架十字迷宮和社交行為實驗中的變化[27]；CUMS動物表現出明顯的晝夜節律，且在夜間的初始階段癥狀最為嚴重，如蔗糖溶液偏好實驗一般安排在晚上關燈后2 h進行[28]。CUMS會引起睡眠中各種指標的改變，如快速眼動減少、睡眠潛伏減少、快速動眼以及零碎的睡眠模式增加[29]。此外，CUMS還會引起HPA軸活動增加，包括腎上腺肥大和皮質酮分泌過多；在免疫系統中也會發現異常，如血清補體增加、胸腺重量減少、自然殺傷細胞活性和反應力下降、急性期蛋白增加等[30]。在實驗中可根據實際情況，選擇自發活動、腦電圖檢測、睡眠相關指標、激素及相關免疫學指標進行全面評估。

4 CUMS模型存在的問題

4.1種屬差異 CUMS模型中，種屬的選擇往往決定模型的成功與否，對于小鼠，BALB/c和DBA/2小鼠屬于敏感小鼠，C57BL/6屬于不敏感小鼠；對于大鼠，Wistar大鼠較SD大鼠更敏感[31]。這種對CUMS的敏感性反映了不同種屬在焦慮和抑郁行為的差異，同時不同供應商提供的Wistar大鼠的易感性也存在差異，分析原因可能是基因突變、飼養環境或綜合因素造成。此外，通過基因手段可以提高或降低小鼠對CUMS模型的敏感性，Valverde和Torrens[32]發現，敲除大麻素受體1可以增加小鼠對CUMS的敏感性，這一發現與大麻素受體1在抑郁癥發病機制中的作用一致；而敲除囊泡谷氨酸轉運體1受體會導致皮質和海馬中谷氨酸水平升高，γ-氨基丁酸水平降低，增加CUMS的敏感性。García-Gutiérrez等[33]發現，過表達大麻素受體2會降低小鼠在模型中的敏感性；相反，過表達胞外信號調節激酶2可以導致腹側被蓋區域中多巴胺細胞的放電減少，海馬中腦源性神經營養因子過表達，從而導致大鼠的敏感性降低。

4.2體重與蔗糖溶液消耗的關系 在CUMS模型中，蔗糖消耗量的減少和體重減少是兩個重要指標，但這兩個指標之間的關系目前還沒有定論。有研究表明，造模過程中大鼠的體重和蔗糖消耗量下降，但蔗糖溶液消耗量/體重比值并未降低[34-35]。也有學者報道，當蔗糖溶液消耗量遠遠大于體重下降的幅度時，蔗糖溶液消耗量/體重這一指標也會出現顯著下降；進一步分析表明，如果在實驗中動物的體重下降因為CUMS造模引起，體重下降幅度越大，蔗糖消耗量/體重這一指標產生顯著性的概率越小，因此蔗糖消耗量/體重這一指標的變化還不能反映CUMS造模的結果[36]。

4.3造模時間 對于CUMS模型，因刺激因子、實驗環境、動物種屬、操作人員的差異，造模時間報道不一。CUMS模型的創始人Willner等[6]報道：大鼠經過5～9周的刺激即可產生抑郁癥狀，蔗糖溶液消耗量顯著減少，并可以持續較長時間；楊嬋娟等[37]研究表明，刺激時間越長，模型成功率越高，7周時成模率最高。通過分析文獻發現，國內外大多學者采用先給予2～3周的刺激(不給藥)，隨后開始給予藥物治療(2～5周)，同時伴隨應激刺激和其他行為學的檢測，這樣可以縮短整個實驗周期，在保證模型成功的同時，避免不必要的資源浪費[38-41]。

5 小 結

長期不良事件與抑郁癥的發生有明確關系，且不良事件越多，抑郁癥的發生率越高[42]。CUMS模型可以模擬生活中的不良事件，導致動物產生一系列抑郁癥狀，且持續時間長。與急性模型相比，CUMS模型更接近人類抑郁癥發生的機制，CUMS中動物的行為學指標、生化指標、神經病理學改變與臨床中的變化基本一致。自CUMS模型創建以來，經過各國科學家的不斷改進，已成為應用最廣泛的抗抑郁模型之一。CUMS模型具有較好的可信度和有效性，可用于先導化合物的評價及抗抑郁藥作用機制的研究，但CUMS模型造模時間相對較長，勞動強度較大，動物行為學評價對環境要求較高，因此要結合實驗的具體情況，選擇敏感的種屬進行實驗以提高成模率，降低模型的不穩定性。