FH/Wjd大鼠的生物學特性及其在藥理學研究中的應用

李語玲，梁建輝

(北京大學中國藥物依賴性研究所，北京 100191)

酒精依賴綜合征(alcohol dependence syndrome，ADS)是飲酒導致的對酒精的精神和軀體依賴，可連續(xù)或間斷出現(xiàn)對酒精的渴求和經(jīng)常需要飲酒的強迫性體驗，停止飲酒常出現(xiàn)戒斷癥狀。酒精濫用與成癮在我國已經(jīng)是一個日趨嚴重的社會和醫(yī)學問題，因此，對這一課題的研究具有非常重要的社會現(xiàn)實意義。目前，研究酒精成癮的動物模型主要是通過選擇性培育技術建立的，包括高度酒精偏愛(high alcohol-preferring，HAD)大鼠、酒精偏愛 iP(inbred P，iP)大鼠、LE(long evans，LE)大鼠和撒丁島酒精偏愛(sardinian alcoholpreferring，sP)大鼠［1］。這些大鼠的飲酒量是其對照組大鼠飲酒量的4～5倍。然而，近交系的FH/Wjd大鼠是一種先天性的嗜酒大鼠，對體積分數(shù)為0.05的酒精溶液的飲用量可達5 g·kg－1·d－1，而對照組非嗜酒的ACI/N大鼠飲酒量只有0.45 g·kg－1·d－1。抑郁癥是一種慢性、反復發(fā)作的精神類疾病，臨床表現(xiàn)有焦躁情緒、快感缺失、睡眠障礙、負罪感和反復自殺念頭等，嚴重危害了人們的身心健康。根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，預計到2020年，抑郁癥可能成為僅次于冠心病的第二大疾病。抑郁癥表現(xiàn)多樣，病因、發(fā)病機制復雜［2］，應激抑郁模型是目前常用的抑郁動物模型，表現(xiàn)出類似于快感缺失、興趣減退及精神運動性遲滯等人群抑郁癥患者常見的一些行為特征［3］。而FH大鼠是一個具有先天性抑郁表現(xiàn)的大鼠，在強迫游泳實驗(forced swimming test，F(xiàn)ST)中FH/Wjd大鼠行為絕望表現(xiàn)比ACI/N大鼠明顯。大量的行為學研究表明，F(xiàn)H/Wjd大鼠是一個可以模擬人群飲酒和抑郁表現(xiàn)的遺傳性動物模型。

本文將從FH大鼠的來源、各亞系的特點、FH/Wjd大鼠的酒精偏愛、抑郁表現(xiàn)、遺傳背景及神經(jīng)遞質系統(tǒng)幾個方面，闡述FH/Wjd大鼠的生物學特性及其在藥理學研究中的應用。

1 FH大鼠的培育歷史

FH大鼠屬于近交系大鼠品系，目前培育的有FH/Wjd、FH/Har(IR)、FHH/Eur和FHL/Eur 4個亞系。對FH大鼠酗酒的研究可追溯到20多年前，科研人員懷疑酗酒與5-HT系統(tǒng)功能異常存在相關性［4］。研究表明，F(xiàn)H/Wjd大鼠的確是一種遺傳性5-HT功能低下的大鼠。如果測定出FH/Wjd大鼠具備大量自主飲酒的特點，將是非常有意義的。FH大鼠的祖系是遠交系的Wistar(Wistar Kyoto)大鼠。紐約衛(wèi)生中心W.Jean Dodds教授將這個大鼠近親繁殖了19代［5］，得到了FH/Wjd品系。Gordon Harrington教授通過近親雜交培育了中度嗜酒(2～3 g·kg－1·d－1)的FH品系，命名為 IR(Iowa reactive)大鼠［2］。除上述品系外，Ethel Tobach教授還培育了遠交系。這些品系被運往歐洲后，荷蘭Eurasmus大學的Provoost教授有選擇性地近交繁育了患有高血壓(FHH/Eur)和低血壓(FHL/Eur)的亞系。Overstreet教授把上述4個亞系的大鼠雜交，并對其性狀進行了分析，研究結果表明:FH/Wjd大鼠的飲酒量明顯多于FH/Har、FHL/Eur和FHH/Eur亞系，但總的飲液量與后3者沒有明顯差異。表明總飲液量和自主飲酒量是FH/Wjd大鼠兩個獨立的特性。而在FST中，F(xiàn)H/Wjd、FHH/Eur和 FHL/Eur比 FH/Har大鼠的行為絕望表現(xiàn)更加明顯。自主飲酒和行為絕望的特性在FH大鼠各品系間分布的不一致，說明飲酒和抑郁可能受不同遺傳因素的影響［5］。

2 FH/Wjd大鼠飲酒行為特性

2.1酒精雙瓶自由選擇飲酒實驗(ethanol 2-bottle choice paradigms)采用酒精雙瓶自由選擇飲酒實驗方法研究FH/Wjd大鼠嗜酒的行為特性［6］，對FH/Wjd和ACI/N兩組大鼠同時給予體積分數(shù)為0.05的酒精和自來水雙瓶自由選擇，計算24 h內(nèi)大鼠的飲酒量、飲水量和酒精偏愛度。FH/Wjd 大鼠的飲酒量 ＞5 g·kg－1·d－1，酒精偏愛度 ＞65%，而對照組的ACI/N大鼠飲酒量只有0.45 g·kg－1·d－1，說明FH/Wjd大鼠的飲酒量和酒精偏愛度明顯高于它的對照組［7］。

FH/Wjd大鼠夜間飲酒量大于白天，約為4.6倍，偏愛度約為白天的1.2倍，飲水幾乎無晝夜差異。所以我們在研究戒酒藥物時多選擇夜循環(huán)開始前給藥［6］。Cowen等［8］發(fā)現(xiàn)阿片受體拮抗劑納曲酮可以明顯降低FH/Wjd大鼠的飲酒量和酒精偏愛度，增加其飲水量，但是藥效維持時間很短，并且大鼠的總飲液量也有所降低，限制了納曲酮的臨床應用。基于黃豆苷(daidzin)和乙醛脫氫酶-2(aldehyde dehydrogenase 2 ，ALDH-2)的晶體結構，Arolfo等［9］合成的 CVT-10216可以劑量依賴性地降低FH/Wjd大鼠的飲酒量和酒精偏愛度，并且對飲水、攝食沒有抑制作用，CVT-10216可能會成為臨床治療酗酒病人的良好藥物。目前，F(xiàn)H/Wjd大鼠作為一個先天嗜酒的大鼠模型被越來越多的研究酒精成癮的實驗室所應用。

2.2酒精剝奪(deprivation-induced drinking paradigms)FH/Wjd大鼠連續(xù)飲體積分數(shù)為0.1的酒精至少6周，待飲酒量穩(wěn)定后，撤去酒瓶，連續(xù)剝奪24 h，在夜循環(huán)開始前30 min放回酒瓶測定每天飲酒量的變化，連測7 d。7 d后再次進行酒精剝奪并測定飲酒量的變化［10］。結果顯示:酒精剝奪后，大鼠前3 d的飲酒量增高20% ～25%，然后逐漸降低，d 7降至剝奪前的飲酒量水平。再次進行酒精剝奪時又會出現(xiàn)飲酒量增多的現(xiàn)象。這種剝奪導致的飲酒量增加是大鼠對酒精渴求的標志。戒酒藥物可以干預這種飲酒量的增加，酒精剝奪實驗是利用FH/Wjd大鼠的飲酒特性評價戒酒藥物藥效的常用實驗方法。CVT-10216就可以明顯地抑制酒精剝奪誘導的FH/Wjd大鼠飲酒量的增加［9］。

2.3操作性自身飲酒實驗(operant ethanol self-administration paradigms)操作性自身飲酒實驗流程分為訓練階段和實驗階段。根據(jù)蔗糖消退方法進行操作性自身給酒訓練。踏板穩(wěn)定后測定FH/Wjd大鼠30 min內(nèi)的踏板次數(shù)與飲酒量，與ACI/N大鼠相比較，F(xiàn)H/Wjd大鼠的飲酒量約為0.5 g·kg－1，明顯高于 ACI/N 大鼠(＜0.3 g·kg－1)，說明FH/Wjd大鼠與iP大鼠相近，是一種可以短期建立操作性自身飲酒行為的大鼠模型［11］。用戒酒藥物干預時，F(xiàn)H/Wjd大鼠踏板飲酒精的次數(shù)減少，而踏板尋求飲水的次數(shù)增加［9］，F(xiàn)H/Wjd大鼠操作性自身飲酒實驗也是戒酒藥物藥效學評價的良好技術平臺。此外，F(xiàn)H/Wjd大鼠還滿足以下酗酒動物模型必備的條件:能在短時間內(nèi)自主飲足量的酒精;達到藥理學明顯的血液酒精濃度［12］;飲酒后對酒精產(chǎn)生耐受和依賴［10］。綜上所述，F(xiàn)H/Wjd大鼠是一種比較理想的酗酒動物模型［7］。

3 FH/Wjd大鼠抑郁的行為特性

強迫游泳實驗(FST)最早由 Porsolt等［13］提出，在一個高40 cm，直徑18 cm圓筒形的容器中注滿水，并保持水溫在25℃。動物先表現(xiàn)出掙扎逃脫行為，一段時間之后，出現(xiàn)不動狀態(tài)(immobility)，即行為絕望(behavioral despair)。在首次FST中，F(xiàn)H/Wjd大鼠在5 min中有(191±6)s的不動時間，ACI/N大鼠只有(85±11)s的不動時間，這說明FH/Wjd大鼠不動狀態(tài)比ACI/N大鼠更加明顯，這種在應激狀態(tài)下產(chǎn)生的行為絕望與抑郁癥患者精神運動性遲滯表現(xiàn)相似，并且這種行為絕望可以被抗抑郁藥——選擇性5-HT重攝取抑制劑(selective serotonin reuptake inhibitors，SSRIs)慢性給藥所拮抗。因此，F(xiàn)H/Wjd大鼠可以作為研究抑郁癥的動物模型［14］。Tab 1總結了FH/Wjd大鼠符合抑郁癥表現(xiàn)的其他標準［7］，其中FH/Wjd大鼠的睡眠及認知行為是否符合標準，還有待于進一步研究。

Tab 1 FH/Wjd rat meets criteria for animal model of depression

4 與FH/Wjd大鼠嗜酒、抑郁有關的神經(jīng)遞質系統(tǒng)

研究資料顯示，中樞5-HT能神經(jīng)功能降低時，機體(動物或人)的攝酒行為增加，而提高中樞5-HT能神經(jīng)功能，將抑制攝酒行為的發(fā)生。FH/Wjd是一種遺傳性5-HT系統(tǒng)功能低下的大鼠，具有先天嗜酒的行為特性。

在非先天性嗜酒動物試驗中，采用5-HT能神經(jīng)元毒素選擇性破壞5-HT能神經(jīng)元可以使動物對酒精的攝入量增加，但不能促使先天嗜酒的動物飲酒量的增加，可能是由于先天性嗜酒動物中樞5-HT能神經(jīng)的功能已經(jīng)處于低下狀態(tài)［15］。

對于FH/Wjd大鼠，長期酒精作用可以抑制突觸小體對5-HT的再攝取，使得5-HT在突觸間隙的濃度增加［16］。臨床資料證實SSRIs對于某些亞型的酒精成癮患者具有較好的療效。此外，5-HT促釋放劑也可以提高神經(jīng)突觸間隙中5-HT的濃度，對酒精成癮產(chǎn)生治療作用。

5-羥色胺轉運體(serotonin transporter，5-HTT)可以攝取突觸間隙的5-HT，影響5-HT在突觸間隙的存留時間，從而影響5-HT對突觸后膜受體的激活作用。與非嗜酒的Wistar大鼠相比，先天嗜酒FH/Wjd大鼠的5-HTT的數(shù)目在腹側被蓋區(qū)(VTA)、伏核區(qū)(NAc)及嗅球結節(jié)等與“獎賞”有關的邊緣腦核團明顯增加。這種5-HTT數(shù)目的增加可能導致5-HT在突觸間隙存留時間縮短，從而降低5-HT能神經(jīng)的傳遞功能。未飲酒的FH/Wjd大鼠腦側間隔、腹側蒼白球、NAc和VTA區(qū)5-HTT的密度比Wistar大鼠明顯增高。此外，在嗜酒的FH大鼠大腦皮層前部和海馬回，與5-HT1A受體結合的標記物明顯增多，這種增加被認為是由于5-HT在突觸后膜的遞質功能減弱導致受體“上調(diào)”的結果。

研究表明，圣約翰草提取物可以降低FH/Wjd大鼠的酒精偏愛度，同時緩解其抑郁表現(xiàn)。有效劑量的圣約翰草提取物可引起5-HTT的上調(diào)，海馬和隔核5-HT1A受體下調(diào)，由此可見，圣約翰草可以調(diào)節(jié)FH/Wjd大鼠腦內(nèi)5-HT系統(tǒng)，產(chǎn)生戒酒的藥理作用(Tab 2 列出了其它有效化合物)［1，7］。此外，γ-氨基丁酸、內(nèi)源性阿片肽、多巴胺和谷氨酸神經(jīng)遞質系統(tǒng)也與FH/Wjd大鼠酗酒及抑郁的發(fā)生有關。

Tab 2 Successful drug treatments in FH/Wjd rats

5 FH/Wjd大鼠嗜酒和抑郁的遺傳學研究

對近交系FH/Wjd大鼠和與它性狀相近的非酒精偏愛的ACI/N大鼠采用系統(tǒng)雜交法得到F2代大鼠，若F1代大鼠父本來自于FH/Wjd大鼠，母本來自于ACI/N大鼠，表示為FA，F(xiàn)1代的父本來自于ACI/N，母本來自于FH/Wjd大鼠，則為AF。F2代有4種可能性即FA X FA、FA X AF、AF X FA、AF X AF。在大約65～70日齡時，對F1代和F2代的大鼠進行5 min的FST［7］。2～3 d后，再對其進行雙瓶選擇自由飲酒實驗，測定飲水量、飲酒量和飲糖量，結果顯示:FH/Wjd組大鼠飲酒量最多，ACI/N組最少，而雜交組的飲酒量居于兩者之間，說明加性基因(additive genetic)參與飲酒量的調(diào)節(jié)，并且兩個雜交組之間飲酒量差異沒有顯著性，提示飲酒量未受母系遺傳的影響。總之，酗酒是5-HT系統(tǒng)功能障礙的一種表現(xiàn)，但是，F(xiàn)H大鼠的亞系FHH/Eur、FHL/Eur和FH/Har飲酒量并不是很多，一些有FH大鼠顯型(皮毛特征)的F2代大鼠飲酒量也并不多，因此，需要做更進一步的研究，來確定5-HT系統(tǒng)功能障礙對FH/Wjd大鼠飲酒所起的作用。

在FST中，雜交組AF1、FA1大鼠的不動狀態(tài)時間更接近于FH/Wjd大鼠，而不是ACI/N大鼠，并且AF1與FA1不動狀態(tài)的時間差異沒有顯著性，說明行為絕望也未受母系遺傳因素的影響。但是，在飲糖方面，F(xiàn)H/Wjd大鼠飲糖量多于ACI/N大鼠，并且FA雜交后代飲糖量多于AF后代，說明飲糖量受到了母系遺傳因素的影響。對這4種大鼠進行遺傳學分析顯示:飲酒和酒精偏愛度的相關性非常高(r＞0.9)，酒精和蔗糖的攝入中度相關(r=0.3)，行為絕望與飲酒和飲水的相關系數(shù)幾近于零［10］。觀測F2代大鼠這兩個性狀的同時進行基因篩選，數(shù)量性狀遺傳位點(quantitative trait loci，QTL)的不同或許可以解釋這兩個性狀的遺傳差異［17］。Nurnberger等［18］研究發(fā)現(xiàn)，人 1 號染色體的某個區(qū)域可能與酗酒和抑郁的發(fā)生有關，這為進一步的動物學研究提供了理論基礎。

6 結論

FH/Wjd大鼠是一個類似于iP大鼠的品系，比其它品系的FH大鼠或ACI/N大鼠自主飲酒量都多。FH/Wjd大鼠符合酗酒動物模型的大部分標準及抑郁模型的部分標準。因此，可以用作研究酗酒和抑郁的動物模型。FH/Wjd大鼠和ACI/N大鼠的雜交F1和F2代的QTL研究表明，飲酒和抑郁的遺傳相關性低，并且受多種遺傳因素的影響。目前，QTL的研究僅發(fā)現(xiàn)了幾個基因位點，深入詳細的遺傳信息的研究可以把數(shù)量性狀研究位點的范圍更加縮小，對染色體定位的進一步研究可以提供更確切的理論依據(jù)。迄今為止，臨床已有的戒酒藥物副作用大，復發(fā)率高，限制了其臨床應用。FH/Wjd大鼠的研究對開發(fā)新型、安全可靠、療效明顯具有戒酒藥理活性的化合物提供了良好的實驗動物模型。

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