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普瑞瑪“實驗動物模型與藥物評價”專欄(二)| 產(chǎn)后抑郁動物模型及行為學(xué)評價方法研究進(jìn)展來源:普瑞瑪 時間:2022-04-20 16:48:05 瀏覽:4700
【主持人簡介】曾貴榮,北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院神經(jīng)藥理學(xué)博士,副研究員,湖南普瑞瑪藥物研究中心有限公司副總經(jīng)理,新藥藥效與安全性評價湖南省重點實驗室執(zhí)行主任,國家食品評估中心評審專家,中國實驗動物學(xué)會實驗動物模型鑒定與評價工作委員會委員,國家藥食同源湘蓮專業(yè)委員會副秘書長,中國毒理學(xué)會中藥與天然藥物毒理專業(yè)委員會青年委員,湖南省疾病與動物模型委員會副主任委員,湖南省病理生理學(xué)會理事,湖南省神經(jīng)精神藥理與毒理專業(yè)委員會委員,湖南省生物材料學(xué)會骨修復(fù)材料和器械專業(yè)委員會委員,長沙市科技項目評審專家,《中國比較醫(yī)學(xué)雜志》、《中國實驗動物學(xué)報》通訊編委、《中南藥學(xué)》雜志編委。主持并完成開發(fā)新藥100余項,發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文110篇,其中SCI論文17篇,主持國家重大新藥創(chuàng)制子課題1項,湖南省科技廳重點項目1項,參與完成國家省部級科研項目8項,獲得國家發(fā)明專利3項,參編著作3部。
產(chǎn)后抑郁癥( postpartum depression,PPD) 是指產(chǎn)婦從開始分娩到產(chǎn)后出現(xiàn)的一系列抑郁癥狀,如悲傷、沮喪、哭泣、易激怒、煩躁、對生活缺乏信心等,嚴(yán)重者甚至有自殺或殺嬰傾向。PPD 發(fā)病與社會心理因素和生物因素相關(guān),發(fā)病率約為 10% ~ 15% 。相關(guān)研究表明女性在產(chǎn)后幾周、幾個月或者幾年內(nèi)出現(xiàn)焦慮或者抑郁癥狀的比例相比與其它時期顯著增高,十個婦女中至少有一個會發(fā)生產(chǎn)后焦慮或者抑郁癥狀,且產(chǎn)后 1 個月內(nèi)發(fā)病率最高。相較單純抑郁癥,PPD 由于疾病的復(fù)雜多變和產(chǎn)后分娩所處的特殊時期使其在動物模型和行為學(xué)評價上存在較大差異。本文對產(chǎn)后抑郁動物模型以及其行為學(xué)評價方法進(jìn)行綜述。
1.產(chǎn)后抑郁癥動物模型
1. 1 應(yīng)激模型
1. 1. 1 慢性社會應(yīng)激( chronic social stress,CSS)模型
社會應(yīng)激是產(chǎn)后抑郁發(fā)生發(fā)展的危險因素之一,孕婦在妊娠期間或者產(chǎn)后遭受 CSS 常常會表現(xiàn)出對幼崽缺乏關(guān)愛、焦慮、快感缺乏。Nephew等通過多次雄性入侵實驗,母鼠出現(xiàn)對幼崽的關(guān)愛減少,不撫養(yǎng)幼崽甚至出現(xiàn)殺死幼崽的行為,表明社會應(yīng)激能夠引起產(chǎn)后抑郁。CSS 模型常常與其他刺激( 束縛、電擊等) 一起用來誘導(dǎo)建立產(chǎn)后抑郁模型。1. 1. 2 獲得性無助( learned helplessness,LH) 模型
LH 是基于抑郁癥的某些主要特征建立的一種評價抗抑郁藥的動物模型,并廣泛應(yīng)用于抑郁癥的研究。通過給予實驗動物連續(xù)非控制性的令其厭惡的刺激( 如電擊) ,經(jīng)多次處理后,即便將其放入可逃避性的環(huán)境中,也呈現(xiàn)出逃避( 或操作) 行為缺失。Williams 在 LH 實驗前 24 h 和 LH 實驗后24、72 h 通過觀察產(chǎn)后母鼠的行為學(xué)以及對幼崽的關(guān)愛行為,表明 LH 可能是一個有效的產(chǎn)后抑郁癥的模型。近年來 Kurata 等通過觀察產(chǎn)后大鼠在非控制性連續(xù)刺激后,母鼠減少對幼崽的主動護(hù)理時間及在強(qiáng)迫游泳檢測( forced swimming test,F(xiàn)ST)和空場檢測( open filed test,OFT) 中的行為學(xué)改變,進(jìn)一步說明 LH 可用于產(chǎn)后抑郁模型的研究。因此,LH 可以作為產(chǎn)后抑郁模型的有效手段。
1. 1. 3 妊娠應(yīng)激模型( gestational stress models)
為確保后代的存活和哺育,妊娠期和產(chǎn)后生殖激素分泌的共同特征是使孕婦保持心態(tài)平和以及減少孕婦應(yīng)激反應(yīng),但同時也從側(cè)面反應(yīng)出妊娠期更易于出現(xiàn)心境障礙。妊娠期婦女遭受慢性應(yīng)激可導(dǎo)致子代的血壓增高,HPA 軸的某些負(fù)反饋功能調(diào)節(jié)障礙,進(jìn)而在成年后出現(xiàn)抑郁樣行為表現(xiàn)。有學(xué)者認(rèn)為妊娠應(yīng)激會增加杏仁核基底外側(cè)核樹突棘密度,同時認(rèn)為內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)-伏隔核( mPFCNAc) 通路組織結(jié)構(gòu)變化可能是該應(yīng)激誘導(dǎo)產(chǎn)后抑郁的基礎(chǔ)。常用的妊娠應(yīng)激有束縛、禁食禁水、濕籠等。相比于其他非社會應(yīng)激造模,該模型與人類產(chǎn)后抑郁發(fā)生情形更貼切,適用于研究妊娠期對于產(chǎn)后抑郁作用機(jī)制的研究。1. 1. 4 母子分離模型( maternal separation models,MS)
MS 是研究早期應(yīng)激的經(jīng)典動物模型,持續(xù)的MS 會使幼崽在成年后的活躍程度、焦慮水平、探索能力以及記憶水平發(fā)生變化。MS 的一般操作是在幼崽出生后的 2 ~ 14 d,每天將幼崽與母鼠分離 3 小時。有研究表明 MS 會使幼崽在成年后發(fā)生精神類疾病的可能性顯著增高。MS 不僅對后代產(chǎn)生影響,同時對其母鼠也產(chǎn)生影響。長時間的 MS 將使母鼠感到獲得性無助,顯現(xiàn)出抑郁樣行為,并且使母鼠血漿中皮 質(zhì) 醇( CORT) 增加。研究發(fā)現(xiàn)短時間間隔( 15 min) 的 MS 能增加母鼠對幼崽的關(guān)愛行為,長時間間隔( > 3 h) 的長期 MS 能引起母鼠的應(yīng)激反應(yīng),降低母鼠對幼崽的關(guān)愛行為。該模型的優(yōu)點是采用心理和社會壓力應(yīng)激,更好的模仿人類產(chǎn)后抑郁往往伴隨社會關(guān)系破壞或改變。
1. 1. 5 母體免疫激活( maternal immune activation,MIA) 模型
激活嚙齒動物母體的免疫系統(tǒng),可引起子代大鼠大腦與行為學(xué)異常,表明懷孕期間母體感染與后代出現(xiàn)精神類疾病的機(jī)率增加存在相關(guān)性。通過給懷孕 15 d 大鼠注射可導(dǎo)致孕鼠子宮內(nèi)應(yīng)激的一種免疫刺激劑多聚胞嘧啶核苷酸( polyriboinosinicpolyribocytidylic acid,poly l: C,4 mg /kg) ,然后在母鼠產(chǎn)后兩周內(nèi)對其每天進(jìn)行 3 h 母子分離的早期應(yīng)激,檢測雌性幼崽成年懷孕后的母性行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與沒有遭受早期應(yīng)激的產(chǎn)后大鼠相比,MIA 大鼠在產(chǎn)后 2、4、6 d 筑巢行為減少。MIA 可以作為PPD 有效模型工具。
1. 2 激素誘導(dǎo)模型
1. 2. 1 激素停撤模型( hormone withdrawal models)
產(chǎn)婦分娩后,高水平的雌二醇( E2) 和孕酮( P)在幾天內(nèi)顯著下降,這些生殖激素的快速下降會導(dǎo)致產(chǎn)婦情緒變化,暗示生殖激素對產(chǎn)后抑郁的產(chǎn)生具有重要作用。Bloch 等對有產(chǎn)后抑郁癥病史的婦女給予八周超常規(guī)劑量的 E2 和孕激素并突然停撤,婦女出現(xiàn)抑郁樣癥狀。該模型的一般方法是對雌性大鼠進(jìn)行去勢,術(shù)后外源性持續(xù)注射不同比例生殖激素以保持大鼠正常“妊娠狀態(tài)”下的E2、P 分泌水平,于術(shù)后第 24 天( 生產(chǎn)第一天) 突然停撤注射。激素停撤模型可以捕獲在妊娠和哺乳期激素波動對情緒的負(fù)面影響,可用于產(chǎn)后激素波動對產(chǎn)后抑郁癥作用機(jī)制的研究。
1. 2. 2 高皮質(zhì)醇模型( corticosterone treatment models)
海馬損傷是抑郁癥發(fā)病的重要環(huán)節(jié),眾多研究發(fā)現(xiàn)雌激素能夠保護(hù)海馬,而皮質(zhì)醇是引起海馬損傷的重要因素,因此維持正常的雌激素與皮質(zhì)醇的分泌至關(guān)重要。Brummelte 等通過在母鼠妊娠期期間、產(chǎn)后或者橫跨妊娠期和產(chǎn)后,皮下給予母鼠低劑量( 10 mg /kg) 或高劑量( 40 mg /kg) 的CORT,與正常組比較發(fā)現(xiàn)給予高劑量 CORT 會使母鼠體重和對幼崽的主動看護(hù)減少( 離窩時間延長,哺乳時間減短) ,在 FST 和 OFT 中出現(xiàn)抑郁樣行為。另外,妊娠期或產(chǎn)后給予持續(xù)高水平的 CORT 會減少產(chǎn)后母鼠海馬齒狀回內(nèi)細(xì)胞的增值和樹突復(fù)雜性。該模型的一般操作是在母鼠產(chǎn)后 2 ~ 24 d,每天每只皮下注射 CORT。相比其他物理或社會應(yīng)激模型,其優(yōu)勢是避免了母子分離等對后代暴露的影響,使母鼠在一個可控的激素水平里,個體差異性更小。
1. 3 轉(zhuǎn)基因抑郁動物模型
轉(zhuǎn)基因抑郁動物模型存在模型穩(wěn)定個體差異小的優(yōu)點,使得其在抑郁模型中運(yùn)用越來越廣泛。目前轉(zhuǎn)基因抑郁大鼠有 Wistar Kyoto ( WKY) 大鼠、Flinders Resistant line ( FRL) 大鼠、Tryon Maze Dull( TMD) 大鼠、Fawn Hooded ( FH) 等。研究發(fā)現(xiàn) FRL 大鼠會表現(xiàn)出異常的母性行為,如照顧和舔舐幼崽的行為減少,潛伏期增加,這可能源于其快感的缺失。Braw 等對 FRL 母鼠和 FRL 母鼠進(jìn)行母性行為比較,發(fā)現(xiàn) WKY 母鼠的母性行為模式與 FRL 母鼠相比幾乎完全對立,F(xiàn)RL 母鼠更傾向于降低對幼崽的關(guān)愛行為。除了選擇性轉(zhuǎn)基因抑郁動物外,其他轉(zhuǎn)基因動物( 如 C57 /BL6、BALB /c) 在母性行為方面的表現(xiàn)也越來越受到重視。
2.行為學(xué)評價方法
PPD 的行為學(xué)評價方法主要有糖水偏愛檢測、空場實驗、行為絕望檢測( 強(qiáng)迫游泳實驗和懸尾實驗) 、灑水實驗、新奇抑制攝食、對幼崽的關(guān)愛行為檢測以及筑巢實驗等。
2. 1 糖水偏愛檢測( sucrose preference test,SPT)
快感缺失被認(rèn)為是抑郁癥的核心臨床癥狀之一,主要表現(xiàn)對快樂刺激的反應(yīng)缺失或體驗快樂的能力下降。糖水偏愛實驗根據(jù)動物對甜味的偏好習(xí)性而設(shè)計,當(dāng)動物出現(xiàn)糖水偏愛指數(shù)降低時,認(rèn)為動物表現(xiàn)抑郁樣行為。實驗分為訓(xùn)練期和測試期,訓(xùn)練期使動物適應(yīng)蔗糖飲水,第 1 天給予動物兩瓶 1%~ 2% 蔗糖水,第 2 天給予動物一瓶蔗糖水,一瓶純水。測試前禁食禁水,測試期給予每只動物一瓶蔗糖水,一瓶純水。測試結(jié)束計算動物的總液體消耗量、糖水消耗量、純水消耗量和糖水偏愛指數(shù)( 糖 水 偏 愛 指 數(shù) = 糖 水 消 耗/總 液 體 消 耗 ×100% ) 。
2. 2 空場實驗( open filed test,OFT)
OFT 用于評定實驗動物在新環(huán)境中的肢體活動性、探索興趣及焦慮水平。現(xiàn)多運(yùn)用空場計算機(jī)圖像實時檢測分析系統(tǒng)進(jìn)行檢測。具體方法為將動物至于空場測試裝置內(nèi),適應(yīng)幾分鐘后,檢測動物數(shù)分鐘內(nèi)大鼠活動次數(shù)、總路程、平均速度、中央?yún)^(qū)運(yùn)動比率等指標(biāo),記錄動物的自主活動能力。在每只大鼠完成實驗后,清理曠場箱內(nèi)的殘留物,清除上一只大鼠的氣味,防止影響下一只大鼠的相關(guān)行為。
2. 3 強(qiáng)迫游泳實驗( forced swimming test,F(xiàn)ST)
FST 是一種“行為絕望”測試,常通過動物的行為絕望水平評估實驗動物的抑郁樣行為。大鼠靜止飄浮時間反映了大鼠的行為絕望水平,且與抑郁樣表現(xiàn)呈正相關(guān)。具體方法: 第一天,將大鼠依次單獨置于強(qiáng)迫游泳桶中,讓大鼠在筒內(nèi)適應(yīng) 10 ~ 15min 后將大鼠撈出,干布擦干后電暖氣烤干。24 h后,觀察并記錄大鼠 5 min 內(nèi)在桶內(nèi)靜止不動的時間,即大鼠靜止飄浮在水面,僅有尾巴和前爪輕微擺動以維持身體平衡并使頭露出水面的時間。
2. 4 懸尾實驗( tail suspension test,TST)
TST 也是一種行為“行為絕望”測試,常有用評估抗抑郁藥物和與抑郁癥有關(guān)的其他藥理和遺傳作用的檢測。將小鼠尾巴用膠帶( 或磁鐵) 固定于檢測箱上,使小鼠保持懸掛狀態(tài) 6 min,記錄小鼠后4 min 的不動時間。小鼠懸尾的不動時間反映了小鼠的絕望水平。
2. 5 灑水實驗( splash test)
灑水檢測是評估實驗動物主動自我修飾的實驗,可用于評估實驗動物的抑郁水平。在這個行為學(xué)檢測中,大鼠的修飾活動 ( 包括洗臉/鼻/頭和整理身體毛發(fā)) 視為一種愉快的行為間接測量而被記錄。一般方法是在鼠籠內(nèi)把 10% 的蔗糖溶液用噴霧器噴在動物的背部毛發(fā)上,并記錄大鼠 5min 的修飾活動總時間。動物自我修飾活動的總時間反應(yīng)了動物的抑郁水平。
2. 6 新奇抑制攝食實驗( novelty suppressed feeding test,NSF)
NSF 常用于檢測抗慢性抑郁癥藥物的療效,通過測量動物在新環(huán)境的進(jìn)食潛伏期,評估抑郁癥動物的焦慮狀態(tài)。具體方法: 在對實驗動物進(jìn)行NSF 前禁食不禁水 24 h,于陰暗的房間的檢測區(qū)中心放入食物,檢測 5 min 內(nèi)動物開始咬食的時間即攝食潛伏期,如果 5 min 內(nèi)未攝食認(rèn)為攝食潛伏期為 5 min。
2. 7 母鼠對幼崽的關(guān)愛行為檢測
母鼠對幼崽關(guān)愛行為檢測多用于產(chǎn)后抑郁癥的評價,一般認(rèn)為產(chǎn)后抑郁的母鼠將會出現(xiàn)對幼崽的關(guān)愛行為降低、自身積極行為時間減少和自身消極行為增加的表現(xiàn)。該檢測的具體方法: 于分娩后的第 4 天,將幼鼠分散于鼠籠四角,將母鼠置于鼠籠中央,在鼠籠正上方處懸掛攝像機(jī)進(jìn)行記錄,每只母鼠觀察時間為 30 mim,記錄母鼠關(guān)愛幼崽行為( 噙崽潛伏期、集窩時間、舔崽時間、噙崽頻率) 、自身的積極行為( 母鼠走動、站立、攀越等探索性行為的總時間) 和自身的消極行為( 母鼠不動、無方向的翻動墊料或者蹲位后頭、爪、尾不停騷動的總時間) 進(jìn)行分析。
2. 8 筑巢實驗( nest building test,NBT)
對小型嚙齒類動物,巢穴是一個重要的庇護(hù)所,對親本的生存與子代的撫養(yǎng)均有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)筑巢實驗是一個潛在的用于抗抑郁藥物篩選的行為學(xué)方法,常用筑巢等級劃分。一般實驗方法: 單籠飼養(yǎng)實驗動物( 不提供墊料) ,向每個養(yǎng)鼠箱內(nèi)放置一塊長方形脫脂棉塊供實驗鼠筑巢并開始實驗,觀察并記錄在實驗開始后數(shù)小時實驗鼠的筑巢等級。筑巢等級劃分標(biāo)準(zhǔn)如下: 0 級: 動物未嘗試進(jìn)行筑巢,脫脂棉塊完好; 1 級: 動物開始嘗試筑巢,少于一半的脫脂棉塊被撕碎; 2 級: 超過一半的脫脂棉塊被小鼠撕碎,但未能筑成穩(wěn)定巢; 3 級: 動物成功筑成穩(wěn)定的非封閉巢穴,呈杯狀; 4 級: 動物成功筑成了穩(wěn)定的封閉圓頂巢。
3.小結(jié)
PPD 的發(fā)病率高,對母親和胎兒均有不利的影響,但人們對其病因及相關(guān)神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制現(xiàn)仍知之甚少,目前該疾病的研究主要依賴動物模型以及評價方法。從上述 PPD 動物模型的分析可知現(xiàn)階段 PPD 造模多是從產(chǎn)后抑郁癥的某一方面病因和癥狀出發(fā),存在其各自的局限性。如應(yīng)激模型普遍存在因?qū)嶒瀯游飩€體差異而表現(xiàn)出的假陽性,以及實驗周期長強(qiáng)度大等問題; 轉(zhuǎn)基因抑郁動物模型雖穩(wěn)定但難以獲得等。近年來,越來越多的學(xué)者研究轉(zhuǎn)基因動物母性行為的潛在原因,以期為產(chǎn)后精神疾病的模型和病因?qū)W提供寶貴的見解。另外,相較與單純抑郁癥,PPD 在行為學(xué)評價上也存在其特殊性,除糖水偏愛實驗、空場實驗、強(qiáng)迫游泳等行為學(xué)檢測外,其中母鼠對幼崽的關(guān)愛行為、筑巢行為等成為 PPD 重要的考量指標(biāo)之一。隨著新型抗抑郁藥物臨床需求日益嚴(yán)峻,不斷完善動物模型和行為學(xué)評價指標(biāo)對于 PPD 病因與機(jī)制的研究至關(guān)重要,也對今后 PPD 新藥開發(fā)與研制提供幫助。
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