重度抑郁癥嚙齒類動物模型研究進展

周 珺，許向陽，張長青，羅 歡，張 玲，蔣 鈺，胡一橋

(1.南京大學醫學院，江蘇 南京 210093；2.江蘇恩華藥業股份有限公司，江蘇 徐州 221000)

重度抑郁癥(major depressive disorder,MDD)是一種情緒性功能障礙，以持久的自發性情緒低落為主，表現為社交能力障礙、情緒低落、軀體不適、食欲不振等一系列抑郁癥狀，嚴重可伴有自殺。目前臨床診斷主要基于患者的癥狀描述、精神狀態檢查和臨床行為觀察，篩查和基線漢密爾頓抑郁量表17(HAMD-17)評分≥24分的患者被診斷為MDD[1]。根據WHO在2015年的數據，預計MDD患者人數已超過3億，是全球疾病負擔的主要因素之一，是自殺死亡的主要原因[2]。

基于單胺假說的傳統抗抑郁藥，包括選擇性5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)或去甲腎上腺素再攝取抑制劑，或三環類抗抑郁藥物，或單胺氧化酶抑制劑，它們通過增加機體內單胺類神經遞質發揮抗抑郁藥效。然而，經過2-3個月的治療后，緩解率很低(20%-60%)。此外，30%患者對兩種以上的傳統抗抑郁藥物治療無效，被稱為難治性抑郁癥(treatment-resistant depression，TRD)[2-3]。一些臨床/非臨床研究發現，女性更容易受到社會壓力的影響，更容易發展出抑郁行為，但偏向女性抑郁癥的動物模型仍然嚴重缺乏。因此，旺盛的臨床需求，使得MDD新藥開發成為國內外研發熱點，而基于單胺類神經遞質機制建立的動物模型已不能滿足新機制抗MDD的新藥開發。

近年來，神經生理學系統細胞和分子水平的特征發現和分子靶點的機制研究，MDD發病機理、腦-神經回路的研究都取得了一定進展，包括應激軸的異常調節或神經炎癥的發生等等[2-3]。一些新型的非單胺抗MDD藥物，如s-氯胺酮(NMDA的拮抗劑)和治療產后抑郁癥的布雷沙諾酮(GABA-A受體的正性變構調節劑)已被美國食品和藥物管理局(FDA)批準上市。

本綜述總結了國內外MDD嚙齒類動物模型，介紹不同模型的原理和制備方法，通過對模型的表型特征、發病機制、能否被抗抑郁藥物治療或逆轉幾個方面綜合分析模型有效性(臨床MDD模擬性)以及其優缺點。模型總結如Tab 1所示。

Tab 1 Summary of most commonly used rodent models of MDD

1 應激刺激誘導的模型

大量研究認為，諸如壓力等逆境的刺激可誘發MDD的發生。因此，模擬幼年生活中的逆境刺激和成年后不良生活刺激，可成功誘導MDD動物模型。

1.1 發育期逆境早期母嬰分離作為一種壓力應激，可影響后代成年后的行為和生物表型。從產后d 2到d 12每天分離3 h，模型幼鼠表現為學習和記憶缺陷(BALB/c小鼠，Wistar大鼠)、抑郁和焦慮樣行為(BALB/c和C57BL/6小鼠，Wistar和SD大鼠)[4-6]。

然而，該模型動物較少表現出快感缺失，表明其并不能概括MDD的所有方面[3]。在生物水平上，神經營養因子如腦神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)發生改變(以減少為主)，皮質酮水平增加，促腎上腺皮質激素釋放因子(corticotropin-releasing factor，CRF)減少，參與壓力調節的一些大腦區域的活動增強，如杏仁核中的c-fos增加，室旁核(PVN)和杏仁核的FosB增加，以及神經遞質的變化，如去甲腎上腺素能受體的改變等[5-7]。在惡劣環境下生活的母鼠孕育的后代，以及在自發的母性照護缺失的嚙齒動物身上也有類似發現[7]。需要注意的是，嚙齒動物新生兒幼崽，其發育階段更符合人類出生前的階段，因此，使用幼年嚙齒類動物應當更能模擬臨床研究。

1.2 成年期應激對成年嚙齒動物施加不可預知的應激源可誘導不同MDD模型，應激源分別有持續幾個小時(習得性無助)、幾天(社交失敗)或幾周[不可預測的慢性輕度應激(unpredictable chronic mild stress，UCMS)]，可以是輕微的(如在UCMS中)，也可以是強烈(社交失敗或習得性無助感)的。

1.2.1習得性無助 1967年，Seligman等[8]研究發現，當狗受到無法躲避的足部電擊時，將無法學會躲避可避免的足部電擊，這種行為被稱為習得性無助。同時，動物表現出快感缺失和絕望行為。后來，這些研究擴展應用到嚙齒動物。Maier和Seligman對神經生物學基礎進行了總結[9]：首先，不可避免的休克誘導中縫背核5-HT神經元的強烈激活，導致(a)5-HT在其投射結構(如杏仁核、背導水管周圍灰質和伏隔核)中的急性釋放，(b)中縫背側5-HT1A自身受體的長期持續脫敏。動物模型還具有神經營養素的變化，以及皮質酮水平升高。MDD患者功能性神經影像學也發現了類似的神經生物學改變[3]，說明該模型的擬臨床相似性。然而，并不是所有的嚙齒動物都表現出獲得性無助：一些動物在造模后可自行恢復的，而另一些則相對易感。

1.2.2社交缺陷 試驗鼠被放置在一只攻擊性的常駐老鼠的籠子里，每天10 min。受試動物受到寄居動物的攻擊，甚至受傷。此外，受試鼠被迫在恐懼的視覺、嗅覺和聽覺中度過剩余的1 d，并不與攻擊者進行身體接觸。這個試驗方案重復10 d，每天都有一個新的對手。10 d后，受試動物表現出社交退縮和快感缺失的行為特征，即社交缺陷，伴隨與MDD相關的神經生物學變化，如PFC調節失調，導致杏仁核活動增加，促炎細胞因子的釋放，高皮質醇血癥，以及神經營養素的變化。慢性社交失敗模型對長期SSRIs敏感[10-11]。氯胺酮急性治療也可改善[3,12]。

但社交失敗模型不能有效地誘導雌性動物抑郁樣行為，因為雌性嚙齒動物的攻擊性較低。有研究采用隔離/擁擠階段交替出現，持續1-48 h，可在雌鼠建立維持數周的慢性社會不穩定模型[12-13]，表現為蔗糖偏好的降低，懸尾試驗中的不動時間增加，以及生理異常，如皮質酮增加和體重下降，腎上腺激素水平的異常變化[13]。

1.2.3UCMS UCMS是指讓嚙齒動物承受各種各樣的社會環境壓力源，這些壓力源具有以下特點：(1)刺激強度較輕(即不會引起身體疼痛、饑餓，不會對動物表型產生不可逆的影響)；(2)誘導周期較長，在數周內重復出現，急性給藥對這些輕微的應激無效；(3)根據計劃表以不可預測的方式出現(即在數天/周內，每個單獨應激刺激的持續時間不同，1 d中給與應激刺激的時刻不同等)。幾周后，模型表現出被毛狀態惡化，快感缺失(餅干試驗或蔗糖偏好試驗)。傳統抗抑郁藥物治療可逆轉[14]。該模型誘導了多種神經生物學變化，包括下丘腦-垂體-腎上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA)軸調節缺陷，海馬神經發生減少，小膠質細胞活化增加，前腦5-HT神經傳遞減少，額葉區域AC-cAMP-PKA信號降低，海馬中的BDNF等神經營養素減少，海馬體和一些額葉區域的樹突狀分支減少，海馬體-伏隔神經通路的LTP受損等[15]。

2 生物學誘導模型

大量臨床研究證實，MDD患者普遍存在神經生物學的改變，如大腦功能網，包括前扣帶皮層(anterior cingulate cortex，ACC)和前額葉皮層(prefrontal cortex，PFC)的其他部分、杏仁核、海馬體、伏隔核(nucleus accumbens，NAc)和韁核的活動增強，神經炎癥，HPA軸調節失調導致高皮質醇血癥，一些神經遞質如5-HT水平的變化，或者某些特定基因的多態性[3,5]。研究人員通過生物學方式在嚙齒動物中誘導這些生物學異常變化，成功建立了有效的MDD動物模型。

2.1 脂多糖注射模型單次注射細菌內毒素—脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)0.5-0.83 mg·kg-1，可成功誘導MDD的炎癥相關模型，該模型表現為，蔗糖偏好降低和絕望行為，同時促炎性細胞因子如白介素-1β和腫瘤壞死因子-α的表達增加，其他神經生物學的改變，包括PFC和海馬中BDNF水平的降低，皮質酮水平升高，以及皮質結構中單胺類的變化[11,16-17]，傳統抗抑郁藥物治療均可逆轉這些變化。

2.2 卡介苗-蓋林(Bacille Calmette-Guérin，BCG)給藥模型類似LPS注射液，單次注射BCG 107-108CFU，可誘發神經炎癥相關的慢性抑郁樣行為。卡介苗是一種減毒活疫苗的病原體，接種動物產生慢性炎癥反應，這種持續1個月的慢性炎癥可引起(1)食欲和體重的變化，(2)絕望，反映在強迫游泳實驗和懸尾實驗中不動時間的增加，(3)運動活力降低和(4)快感缺失(蔗糖偏好試驗)。慢性氟西汀治療可逆轉此類抑郁樣癥狀[18]。

2.3 嗅球切除術嗅球切除術即手術切除嚙齒動物的雙側嗅球。手術兩周后，嚙齒類動物進入一個新環境會表現出過度活躍，壓力敏感度增加，睡眠節律擾亂，體重減輕，短暫的無精打采和絕望，類似臨床MDD患者的癥狀。在神經生物學水平上，嗅球切除術可引起皮質結構的神經退行性變。同時，炎癥和皮質酮水平增加，5-HT能神經傳遞改變[19-20]。慢性(2-4周)經典抗抑郁藥物可抵消行為學改變，而亞慢性或急性治療則無效[20]。

2.4 皮質酮給藥應激刺激誘導HPA軸激活，導致皮質類固醇釋放增加。正常生理情況下，應激刺激發生時HPA軸可自我調節維持體內穩態。然而，病理條件下，HPA軸調節紊亂，糖皮質激素濃度異常升高，可導致腦損傷，如海馬神經發生減少、CA3和PFC區樹突狀分支減少[4,9,11-12]。通過注射皮質類固醇激素誘導的慢性應激動物模型表現出高皮質類固醇水平，HPA軸功能失調，這與MDD患者觀察到的情況類似。動物模型還表現出行為學改變，如強迫游泳試驗中的不動時間增加，被毛狀態惡化，曠場試驗和明暗試驗中的焦慮樣行為，快感缺失。此外，動物對應激刺激反應遲鈍，應激敏感腦區(如PFC和海馬體)的活化增強，神經炎癥，一些種屬動物的海馬BDNF減少，5-羥色胺能神經傳遞改變[4,21]。

3 基因模型

抑郁癥有很強的遺傳成份，因此，許多研究試圖改變易感基因的表達從而誘發出MDD。目前，已建立的基因模型涉及血清素能、去甲腎上腺素能系統，以及HPA軸調控的靶向基因。建立基因模型的方法之一是根據它們對壓力的敏感性篩選繁殖，例如根據對皮質酮釋放的敏感性(即競爭)，選擇出對壓力反應情緒性和反應性更高動物，稱為高反應性動物，進行進一步培育繁殖。行為測試實驗證實，高反應性動物比低反應性的同齡動物表現出過度活躍，類似于一些抑郁癥患者中的精神亢奮[3,12]。另一種造模方法是使用基因敲除/敲進技術誘導基因突變(5-HT系統：敲除5-HT轉運體，5-HT1A、5-HT1B、5-HT2B；HPA軸：FKBP1或CRHR1；其他系統：CB1、OCT2、DBH、vGlut或MIF)，部分模型總結見表1。這些動物表現出壓力敏感性的增加[2,12]。在研究過程中，研究人員應當基于機制的不同，建立不同的基因模型。但是基因模型有很大的局限性，因為其一般是基于單一蛋白的改變，不能涵蓋MDD發病的復雜改變，另外若靶蛋白分布全身，則基因變異常會影響機體整體而非單一病理相關腦組織的生理改變。

4 神經環路修飾(光遺傳學調控)模型

光遺傳學技術結合光學與遺傳學手段，精確控制特定神經元活動，近年來成為研究神經科學的重要工具。研究者將光敏蛋白通過基因融合引入細胞，利用光控系統調控神經活動，在亞細胞水平定位蛋白活動，調控蛋白功能，促進或抑制基因表達，或者誘導蛋白降解。

一些光遺傳學實驗通過調控修飾神經環路，可以加劇應激/壓力易感性，有效地誘導抑郁樣行為，包括抑制終紋床核前腹部體(bed nucleus of the stria terminalis，BNST)，抑制伏隔核(nucleus accumbens，NAc)表達多巴胺1受體的中型棘狀神經元，慢性刺激內側前額葉皮層(medial prefrontal cortex，mPFC)，或刺激來源于前扣帶皮層(anterior cingulate cortex，ACC)的錐體神經元等。此外，針對中腦腹側被蓋區(ventral tegmental area，VTA)的實驗發現：慢性社交失敗時VTA-NAc環路的慢性相刺激，VTA抑制，應激敏感小鼠VTA的相性刺激，VTA-NAc神經元的相性刺激和VTA-內側PFC神經元的抑制都可誘導應激敏感表型。這些模型，表現出對應激刺激敏感性增加，皮質激素水平顯著升高，杏仁核體積增大，絕望，社交障礙，類似臨床抑郁患者的生理學改變[11,22-24]。但這些模型僅概括了與MDD相關的特定腦回路的功能障礙，但并不能體現MDD相關的綜合缺陷。目前，光遺傳學調控作為無創性深部腦刺激，也被用作治療抑郁癥的一種潛在療法，同時，光遺傳學對動物模型中的電路研究，可以揭示相關神經網絡的分子特性，并作為工具用于設計藥理學策略來調節特定回路或細胞群的活動，對研究抑郁癥的分子機制至關重要。

5 其他特殊類型MDD動物模型

5.1 抑郁癥亞型的動物模型重度抑郁癥是異質性疾病，目前較為公認的抑郁癥亞型包括憂郁型抑郁和非典型抑郁癥。

憂郁型抑郁的定義是嚴重且廣泛的快感缺失。臨床表現為精神運動障礙(躁動或減退)，營養缺乏，體重減輕，睡眠障礙(失眠)和性欲降低；情緒對正向刺激反應性降低；認知障礙，伴隨精神異常，如內疚感[1]。Swartz等[25]根據皮質酮釋放抑制應激(即競爭)選擇性繁殖，分離出的高反應小鼠體重較低，睡眠節律紊亂，認知障礙，情緒反應性增強，反應亢奮，情緒激動，類似臨床憂郁型抑郁。同時，小鼠的“憂郁樣”特征可被傳統抗抑郁藥物所改善。Lüscher等[26]建立了γ-氨基丁酸受體缺陷小鼠模型，表現出更高的焦慮、抑郁樣行為和HPA軸高活性，類似臨床憂郁患者。此外，長期使用傳統抗抑郁藥物治療，如地昔帕明(desipramine)可以逆轉該模型抑郁樣癥狀，使HPA軸調節趨于正常。這些模型可以提高對憂郁型抑郁癥生物標志物的理解，并有助于制定新的靶向治療策略。

非典型抑郁癥是抑郁癥的另一個常見亞型，臨床約有15%-25%的抑郁癥患者被診斷為非典型抑郁癥。相比憂郁癥亞型，非典型抑郁癥患者表現出嗜睡、體重增加、食欲旺盛、嗜睡和對環境的更高反應性。患者的生物學指標顯示HPA軸活性和CRH濃度顯著的降低，表明壓力調節的異常。如前所述，根據抑制應激的反應選擇性培育的低反應性小鼠，可能符合一些非典型抑郁癥的有效標準，如體重增加，HPA軸活動減少。然而，非典型抑郁癥缺乏明確完善的動物模型評價數據，導致對這些抑郁亞型的生物學標志物了解的欠缺[27]。

5.2 “經前煩躁癥”動物模型的建立激素的波動，可導致與女性經前周期相關的抑郁障礙，如女性經前性激素紊亂(premenstrual dysphoric disorder,PMDD)。有以下至少5種癥狀就可診斷PMDD：情緒波動、抑郁或悲傷、憤怒或易怒、焦慮、無精打采、注意力不集中、嗜睡、食欲異常、感知失控以及身體癥狀(緊張、關節或肌肉疼痛)。PMDD影響婦女的日常生活功能，現有干預措施都是基于SSRIs和激素治療。由于尚不清楚癥狀發生的確切機制，目前關于PMDD的動物模型、疾病機制研究，治療藥物研究都很匱乏[28,13]。

有研究發現，激素波動(如卵巢切除，給與外源性類固醇激素雌二醇和睪酮)可影響雌性大鼠PMDD，表現為雌鼠對入侵者的攻擊行為，FST中靜止時間增加等抑郁樣癥狀，臨床表現為女性患者的易怒。氟西汀可有效改善PMDD[28]。此外，孕酮戒斷或黃體酮戒斷是雌性大鼠突然停止長期服用外源性類固醇的模型，可引起顯著的、可重復的抑郁樣行為，如絕望和無精打采癥狀增加，此類癥狀可被阿米替林和伏羅西汀逆轉[29]。

5.3 難治性抑郁癥和復發性抑郁癥動物模型的建立

5.3.1難治性抑郁癥 難治性抑郁癥，也稱抗治療性抑郁癥(treatment resistant depression,TRD)，即對藥物治療的不充分反應，包括對傳統抗抑郁藥物的無反應和抗藥性。診斷標準為兩個或兩個以上傳統抗抑郁藥物治療無效。傳統的動物模型不適于TRD的研究。

有研究采用UCMS、社交失敗或慢性皮質酮給藥模型，篩選對傳統抗抑郁藥物無反應的動物個體。研究發現食用高脂肪飲食的UCMS動物對氟西汀治療可產生抗藥性[14]。谷氨酸能調節劑如氯胺酮和AMPA受體調節劑，或深部腦刺激在UCMS嚙齒類動物中產生類似抗抑郁的作用[16]。這些研究為TRD的發生機制提供了一個可能的分析工具。

5.3.2復發性抑郁癥 MDD易復發，幾乎50%的抑郁癥患者有復發經歷，復發性抑郁癥的定義是完全康復后出現另一個發作[16]。研究發現，當大鼠最初的慢性應激經歷在恢復期后，再次暴露于應激時會誘發易感性和抑郁樣行為的快速發作。而恢復期增加的蔗糖消耗量回到基線水平，符合復發性抑郁癥的標準[30]。而當同時高脂肪飲食時，連續兩次發作的UCMS誘發了一種對抗抑郁藥有抵抗力的表型，類似于臨床復發性抑郁癥[14]。

6 討論與結論

綜上所述，大多數常用的抑郁癥動物模型都達到有效性標準，它們模擬臨床抑郁癥的表型，并誘導類似于人類的神經生物學變化，而這些改變可部分性的被經典抗抑郁藥物所逆轉。然而，由于抑郁癥是多種因素組合的結果，是病理生理學中多種神經回路組成的復雜網絡的多重改變。基于單一神經回路誘導的神經元對特定投射物/大腦區域調控的動物模型只能呈現某些表型異常，而不能對抑郁癥的病理機制提供統一全面的詮釋。因此，傳統的抑郁癥動物模型未能促進新治療方法的發展，對抑郁癥的生物學機制的了解尚不完善。未來的研究，我們不僅要關注抑郁癥狀表型的存在與否，還應當更加準確的了解臨床癥狀背后的生物學特征，發生機制和恢復機制，并準確地識別生物標志物。更重要的是，動物模型應該尊重人類的異質性，開發基于不同病理機制的更精確的動物模型，通過定義準確的目標來改進對MDD及其亞型的治療，有助于新型有效的抗抑郁藥物研發。