動物癲癇模型的分類比較

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摘 要 癲癇是由腦部神經(jīng)元陣發(fā)性異常放電所致的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，也是引起精神異常和死亡的常見疾病之一。 癲癇的發(fā)生涉及神經(jīng)網(wǎng)絡、神經(jīng)遞質(zhì)以及離子通道等變化，其機制依然不甚明了。對癲癇疾病的研究依賴于癲癇動物模型的建立，本論文從離體模型和整體模型兩大類型概述遺傳性癲癇模型、急性癲癇模型和點燃模型的特點、建立方法和適用范圍；同時比較了不同模型的特點和局限性。本文旨在對癲癇的動物模型做一個簡單明了的總結(jié)以期為其他研究者的工作提供參考。

關(guān)鍵詞 癲癇 遺傳性癲癇模型 獲得性動物模型 點燃模型

中圖分類號：R742 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.04.009

Comparison of Models of Animal Epilepsy

XIAO Suxi， CHEN Hengling

（School of Biomedical Engineering， South-central University for Nationalities， Wuhan， Hubei 430074）

Abstract Epilepsy is a neurological condition characterized by abnormal discharge of neurons and can result in mental abnormality and death. The changes of neural networks， neurotransmitters and ion channels are involved during the seizures occur. Its mechanisms still remain unclear and the use of the appropriate animal models are fully acquired. In this paper those seizure models including genetic models， acute models and kindling models are reviewed and we hope the summary of animal models can provide some basic reference for the researchers.

Key words epilepsy； genetic epilepsy model； acquired epilepsy model； kindling model

癲癇（Epilepsy）的主要特征是腦部神經(jīng)元陣發(fā)性異常放電，伴隨有短暫的行為變化和意識中斷。據(jù)世界健康組織統(tǒng)計，全球約有70，000，00人患有該種疾病，年齡不一。目前研究較多的為遺傳性失神癲癇，顳葉癲癇，持續(xù)性癲癇，腦損傷造成的癲癇。近年來，對癲癇的病理學、分子生物學、組織學和發(fā)生機制的理論研究都直接或間接地來自癲癇動物模型。 現(xiàn)已建立的比較成熟的模型包括：離體模型，遺傳性癲癇模型，急性和慢性電流或化學物質(zhì)刺激動物腦部誘發(fā)的癲癇模型以及癲癇持續(xù)狀態(tài)模型等等。通過建立動物模型來研究人類癲癇的發(fā)病機制和研發(fā)抗癲癇的藥物，具有很重要的意義。不同的動物模型可用來研究與其相似的人類癲癇，有時一種模型不僅僅適用于研究某一種單一的人類癲癇。 因此我們有必要悉知各類型動物癲癇模型的特點、造模方法、模型評估以及其對應的人類癲癇類型，以最大可能地模擬癲癇，并科學對應我們的研究目的。

1 離體動物模型

有報道稱癲癇病患的海馬或顳葉的腦片或手術(shù)切片可以在人工腦脊液中存活18h以上。[1]在一般科學研究中，癲癇的離體動物模型通?？煞譃榧毙苑蛛x腦片或神經(jīng)元，將其孵育于某種特定的腦脊液（ASCF）中誘發(fā)癲癇樣放電活動，可用來觀察癲癇發(fā)生時的電生理活動和改變。低Mg2+或無Mg2+腦片模型是比較成熟的常用離體模型，其特點表現(xiàn)為海馬區(qū)反復的短暫異位放電、驚厥類似發(fā)作和后期的內(nèi)嗅皮層反復異位放電。研究認為低Mg2+環(huán)境誘發(fā)的癲癇腦片模型的可能機制為：移除Mg2+對N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體操控的通道的電壓門控阻抗作用，減少表層電荷的篩選，從而增加神經(jīng)的興奮性，或為NMDA 2A受體對內(nèi)嗅皮層和海馬CA3區(qū)之間的異位放電擴散活動有重要的參與作用。[2]另一種常用的離體腦片模型為4-AP模型，它作用的機制為4-AP加大谷氨酸釋放，加強神經(jīng)網(wǎng)絡的興奮性。[3]

2 整體動物模型

2.1 遺傳性動物模型

人類遺傳失神癲癇的發(fā)作特點是突然的意識中斷，并伴隨有反復的非癇性驚厥發(fā)作，同時伴有EEG雙側(cè)性高度同步化的棘慢波綜合（spike-and-wave discharges， SWD）。目前廣受認可和最常用的遺傳失神模型為GAERS和WAG/Rij模型。GAERS是從strasbourg系列的Wistar株大鼠中挑選易感于刺激的個體交配而得，為常染色體顯性遺傳。該模型在出生后40～120天，出現(xiàn)非癇樣驚厥，并伴隨其終生。其發(fā)作的主要特征是出現(xiàn)反復的非癇樣驚厥發(fā)作，同時伴有EEG雙側(cè)性高度同步化的SWD：7～10Hz，300～1000mV，l～75s，發(fā)作間期EEG正常。在棘慢波放電時，GAERS大鼠行為學表現(xiàn)為呆滯，鼻毛豎立，頸部肌肉松弛耷拉，頭微垂，棘慢波放電結(jié)束后，頭回到正常位置。 研究人員推測此模型的發(fā)作可能是由于GABA受體介導的調(diào)節(jié)機制障礙所致。WAG/Rij模型通過Wistar大鼠近親交配超過130代繁殖而來。WAG/Rij大鼠在2～3月時，開始由EEG檢測到異位放電，在6個月大時大鼠每天出現(xiàn)16～20次異位放電，每次持續(xù)約5s。 遺傳性動物模型除了上述兩種自發(fā)失神驚厥模型，還包括有反射驚厥模型，如GEPR-3，GEPR-9大鼠和DAB/2J小鼠等。在研究相應的癲癇發(fā)生機制和篩選該類抗癇藥物時可以選用其做為實驗模型。[4]

2.2 獲得性動物模型

獲得性癲癇模型是指通過人為給予化學或電刺激，誘發(fā)動物的癲癇發(fā)作，達到模擬人類癲癇發(fā)作的目的。根據(jù)給予刺激的方式，可分為化學刺激模型、電刺激模型。根據(jù)發(fā)作時長和發(fā)作特征，可以分為急性模型和慢性模型。戊四唑（PTZ）是比較常見的獲得性動物造模試劑，其主要作用機制為影響GABAAR7從而調(diào)節(jié)鉀離子通道的開放，使鉀離子內(nèi)流，導致神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性增加。也有文獻發(fā)現(xiàn)在PTZ誘導的急性模型中GABAB受體的表達減少，同時海馬和皮層均出現(xiàn)神經(jīng)細胞凋亡。PTZ模型也是常用的點燃模型（kindle），主要機制為海馬神經(jīng)細胞丟失，膠質(zhì)細胞增生，神經(jīng)元增生等。[5]在PTZ點燃動物中，反復癲癇發(fā)作引起的突觸可塑性改變導致認知功能損害及對癲癇藥物的耐受。 目前PTZ 點燃模型已廣泛用于癲癇發(fā)生機制的研究和抗癲癇藥物的篩選。

最后，為了對其他各類型的動物模型進行整體性比較，我們采用列表形式來進行簡要闡述，見表1。

3 討論

與整體動物模型相比，離體模型的顯著優(yōu)勢在于它不受動物體內(nèi)調(diào)節(jié)的影響，同時能規(guī)避血腦屏障及麻醉等手段對藥物等的干擾。但是體外模型經(jīng)常是針對某一特定受體作用引發(fā)的癲癇樣放電活動，其作用機制也較為簡單，癲癇是復雜的腦部疾病，其引發(fā)機制牽涉眾多神經(jīng)網(wǎng)絡的改變和基因分子水平上的變化，體外模型僅僅在單個神經(jīng)元或者局部的腦片上進行癇樣活動的模擬，很難解釋癲癇的發(fā)病機理。同時盡管體外模型在篩選對應的不同類型的人類癲癇的藥物時具有操作簡單，靈敏快速的特性，但由于血腦屏障的存在，這樣的篩選效果也會帶來一定的偏差。目前研究者已經(jīng)很少單獨使用體外模型來進行研究，而是配合整體模型研究某一特定因素的改變在癲癇發(fā)作中的影響。

*通信作者：陳恒玲

參考文獻

[1] Watson P L ，Weiner JL ，Carlen PL。 Effects of variations in hippocampal slice preparation protocol on the electrophysiological stability，epileptogenicity and graded hypoxia responses of CA1 neurons[J].Brain Res，1997.775 （1-2）134-143.

[2] Berretta N，Ledonne A，Mango D，et al.Hippocampus versus entorhinal cortex decoupling by an NR2 subunit-specific block of NMDA receptors in a rat in vitro model of temporal lobe epilepsy.Epilepsia，2012.53 （5）：e80-4.

[3] Avoli M，Louvel J，Kurcewicz I，et al.Extracellular free potassium and calcium during synchronous activity induced by 4-aminopyridine in the juvenile rat hippocampus. The Journal of physiology，1996.493（ Pt 3）：707-17.

[4] Cavdar S，Bay HH， Kirazli O，et al.Comparing GABAergic cell populations in the thalamic reticular nucleus of normal and genetic absence epilepsy rats from Strasbourg （GAERS）.Neurological sciences ： official journal of the Italian Neurological Society and of the Italian Society of Clinical Neurophysiology，2013.34（11）：1991-2000.

[5] Turker S， Ilbay G， Severcan M，et al.Investigation of compositional，structural，and dynamical changes of pentylenetetrazol-induced seizures on a rat brain by FT-IR spectroscopy.Analytical chemistry，2014.86（3）： 1395-403.