社會挫敗動物模型研究進展

王靜茹曾貴榮常露露姜 寧朱 薔劉頂鼎*林新文

(1. 貴州中醫藥大學藥學院,貴陽 550025;2.湖南省藥物安全評價研究中心＆新藥藥效與安全性評價湖南省重點實驗室,長沙 410331;3.中國醫學科學院北京協和醫學院藥用植物研究所藥理毒理研究中心,北京 100193;4.湖南省藥品審核查驗中心,長沙 410001)

隨著生活節奏的加快,社會壓力也隨之而來,逐漸出現抑郁、焦慮等因社會挫敗而引起的疾病。社會挫敗應激是以物種間的從屬關系為基礎的社會應激方式,使挫敗動物產生情感和精神壓力,從而引發一系列疾病,這些疾病主要有社交逃避、情緒低落、焦躁、快感缺失、認知功能降低等特征[1-2]。社會挫敗的發生嚴重影響患者的工作與生活質量,給家庭及社會帶來沉重的負擔。 通過對社會挫敗動物模型文獻研究發現,雖造模方式有多種,但無統一標準。 其行為檢測可使用高架十字迷宮測試,懸尾測試和強迫游泳測試等一系列行為學方法[3]。目前,社會挫敗發生機制尚不明確,治療藥物研究較少,因此進一步研究社會挫敗動物模型及其發病機制,對開發新的治療途徑和方法具有重要意義。本文通過總結社會挫敗動物模型及其發病機制的研究現狀,為開發抗社會挫敗藥物提供可供參考的動物模型。

1 社會挫敗動物模型

1.1 慢性社會挫敗模型

慢性社會挫敗動物模型最初是由Tornatzky 和Miczek 在大鼠中建立[4]。 在此基礎上對其改造,過程如下:以小鼠為實驗對象,選取一批月齡、體重較大的具有攻擊性的小鼠用于造模。 社會挫敗動物模型刺激主要分為兩個階段:第一階段,實驗鼠C57BL/6J 進入CD1 小鼠的領地,被連續攻擊5 ～10 min;第二階段對小鼠進行24 h 的感官接觸,慢性應激過程連續應激10 d。 其詳細過程為:每天將C57BL/6J 小鼠放入陌生CD1 小鼠的飼養籠中,發生攻擊行為后,將C57BL/6J 小鼠繼續暴露于CD1小鼠5 min(第一階段);隨后將C57BL/6J 小鼠與CD1 小鼠用金屬孔板隔開,使2 只小鼠保持視覺、嗅覺等的接觸(第二階段)[5]。

造模完成后對小鼠進行行為學評價,通過對小鼠進行社交回避測試發現應激后小鼠的社交互動行為減少[6]。 在新穎物體測試、Y 迷宮測試、社會交互測試過程中應激小鼠的學習記憶力降低、焦慮水平顯著提高[7]。 強迫游泳測試中,應激小鼠不運動時間明顯增加[5]。 以上行為學實驗表明,慢性社會挫敗模型適用于社會挫敗的造模。

動物模型所存在的一些問題主要表現在造模成功率以及檢驗效能上[4]。 本類模型造模簡單,造模周期短,且造模成功率高;同時該模型普遍用于雄性小鼠的造模,所選用的攻擊小鼠大多為體重較大具有攻擊性的雄性小鼠,雌性小鼠往往不具有較大的攻擊性,在使用雌性小鼠造模時會導致造模成功率下降。 有研究發現慢性社會挫敗模型在造模

成功后會發生慢性逆轉現象[8]。

1.2 母子分離模型

選擇健康的孕鼠為研究對象,仔細照料每只孕鼠直至其生產。 將新生幼鼠按照母子分離模型的標準進行造模,在小鼠出生后第3 天開始,使其與母鼠分籠處理3 h,直至出生后第22 天幼鼠斷奶。 具體步驟如下:每天早上8:00 起,將每只母鼠從鼠籠中拿出,并將每只母鼠單獨放置在另外一個鼠籠,只留幼鼠在原本的鼠籠中,3 h 后(即11:00)再次將每只母鼠與其各自幼鼠合籠。 在幼鼠斷奶后,挑選健康雄性幼鼠,將其分籠飼養至10 周齡[9-11]。

對小鼠進行Morris 水迷宮測試,發現小鼠目標象限停留時間和穿越平臺次數減少,表現出小鼠認知功能障礙[12]。 在強迫游泳測試中,小鼠不運動時間顯著增加;高架十字迷宮測試發現應激小鼠焦慮水平明顯增加[13]。 降壓回避測試發現應激小鼠出現短期記憶損傷[14]。 由此推斷,該類模型適合社會挫敗模型造模。

該模型為生命早期的一種應激反應,常用于神經精神類疾病致病機理的應用研究,如社會挫敗[15]、精神分裂[16]、抑郁癥[17]等的機制研究。 造模過程簡單、易于操作,但應用局限,只適用于新生幼年小鼠的造模。

1.3 慢性束縛模型

選用SPF 級的小鼠,將小鼠放置與其身材相近的束縛器中,每天固定時間段應激2 h,持續應激

14 d[18]。

造模結束后對小鼠進行行為學評價,通過對小鼠糖水偏好測試和懸尾測試發現:應激小鼠糖水偏愛分數下降,不動時間延長[19-20];曠場實驗測試顯示,應激小鼠自發活動路程明顯縮短,誘導焦慮樣行為[21];明暗箱實驗測試發現應激小鼠明箱停留時間減少,明暗箱穿梭次數顯著降低[22]。 綜上所述,慢性束縛模型適用于社會挫敗的造模。

該模型造模簡單、造模周期短,雌性及雄性小鼠均適用。 但該模型造模過程較為單一,小鼠易產生適應性[23]。

1.4 足底電擊模型

以小鼠為實驗對象,將小鼠放置于電擊箱內給予不可預知性的電擊刺激20 min。 在造模過程中,小鼠對電擊刺激不可逃避,每天相同時間段對小鼠進行刺激,持續14 d[15]。

通過對造模成功后小鼠進行高架十字迷宮測試行為學評價發現,小鼠焦慮行為明顯[24]。 明暗箱測試發現應激小鼠暴露在光照下的時間減少,表明小鼠焦慮增加[25],在強迫游泳測試和Morris 水迷宮測試中,應激小鼠靜止時間延長,尋找平臺的潛伏期和游泳強度顯著延長,表現出類似抑郁樣行為、空間學習能力損害[26]。 因此,足底電擊模型致抑郁、焦慮樣行為,可作為社會挫敗模型的一種。

該類模型使用范圍較廣,主要用于社會挫敗等神經精神疾病的造模[27]。 且造模過程簡單。 但在應用于社會挫敗造模時,應注意造模時長的選擇[28],以免其他疾病的發生。

1.5 孤養模型

將斷奶后的新生小鼠單只單籠隔離飼養于安靜的環境中,飼養4～6 周[29]。

造模結束后,采用高架十字迷宮實驗、小鼠暗箱實驗、小鼠孔板實驗、隔離小鼠攻擊實驗對小鼠的焦慮行為進行行為學評價,發現小鼠具有明顯焦慮樣行為[30]。 小鼠造模成功后其行為學主要表現為焦慮不安、恐懼、易激惹、攻擊性強等特點[31],根據以上行為學表明該模型適用于社會挫敗的造模。

孤養模型用于社會挫敗等神經精神類疾病造模時常與其他應激模型配合使用,如:慢性溫和不可預見性刺激模型,可使其效果更加顯著[32-34]。 有研究發現,幼年孤養的小鼠再次回歸社會后,其社會障礙并沒有減輕,說明孤養模型不會產生逆轉,會產生永久的行為缺陷[15],且該類模型造模簡單,雄性、雌性小鼠均適用。

綜上所述,社會挫敗動物模型有慢性社會挫敗模型、母子分離模型、慢性束縛模型、足底電擊模型、孤養模型等。

2 發病機制

社會挫敗應激會顯著影響嚙齒動物大腦以及形態學的改變,近幾年研究發現主要與海馬區(hippocampus, Hip)、 中 央 杏 仁 核 區( central amygdala,CeA)、前皮質額葉區(prefrontal cortex,PFC)等腦區中的蛋白質、神經因子及神經通路等有關[35]。

組蛋白是真核生物體細胞染色質與原核細胞中的堿性蛋白質,具有基因調控作用。 有研究發現,組蛋白的表觀遺傳修飾在腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic,BDNF)的轉錄中起著至關重要的作用[36]。 研究者通過表觀遺傳調控N-甲基-D 天冬氨酸(N-Methyl-D-aspartic acid,NMDA)受體亞基的表達進行蛋氨酸介導抵御慢性社會挫敗壓力的能力研究時發現:蛋氨酸通過一種涉及組蛋白甲基化的表觀遺傳機制而發揮抗抑郁樣作用[37]。由此,表明組蛋白甲基化與社會挫敗有關。 同時,研究發現社會挫敗還與色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor,PEDF)[38]、骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)[39]等有關。

小鼠海馬區BDNF 對社會挫敗長期神經和行為可塑性方面有著重要的作用[40],且BDNF 在中腦邊緣多巴胺通路中是社會挫敗產生的一個關鍵中介[41]。 研究表明,應激后小鼠海馬區BDNF 水平顯著降低[42]。 給予小鼠抗抑郁藥物,使BDNF 的水平提高,降低了應激小鼠的敏感性[43]。 同時,有研究者發現應激后小鼠BDNF 下調的原因主要與BDNF啟動子位點抑制性組蛋白H3 第27 位賴氨酸甲基化有關[41],具體改變機制還有待研究。

神經通路在調節蛋白質以及神經因子方面具有重要作用。 慢性社會挫敗應激影響γ-氨基丁酸B 型 受 體(γ-aminobutyric acid type B receptor,GABABR)通路的表達,導致GB2蛋白上調[44]。 同時,研究表明Wnt 信號通路異常會導致抑郁樣行為,調節Wnt 信號通路會使小鼠抑郁樣行為減輕[40]。 此外,研究者發現社會挫敗與蛋白激酶/cAMP 反應原件結合蛋白[45]、糖原合成激酶3β[46]等信號通路有關。

綜上所述,研究表明社會挫敗與組蛋白甲基化、BNDF 調控以及GABABR 通路的表達等有關。此外,研究發現腸腦軸[47]、小膠質細胞[48]等在社會挫敗中也發揮了不可忽視的作用。

3 問題與展望

目前,神經精神類疾病已成為一大研究熱點,但對社會挫敗動物模型、發病機制及抗社會挫敗藥物的研究國內外相對較少。 通過對近年來社會挫敗動物模型及發病機制文獻研究發現,主要存在以下問題:社會挫敗的病因復雜、發病機制尚未完全闡明,因此,模型不能完全根據其發病因素造模;社會挫敗動物模型類型較多,但目前尚無公認的社會挫敗動物模型。 因此,在未來的研究中,一方面要注重對社會挫敗動物模型的研究;另一方面要進一步深入探討社會挫敗的發病機制,為抗社會挫敗藥物的研究提供理論依據。