創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙動物模型研究概況

王暢，邵水金，劉玉璞，朱晶

(上海中醫(yī)藥大學(xué)解剖教研室，上海　201203)

1　PTSD概述

創(chuàng)作后應(yīng)激障礙(post-traumatic stress disorder,PTSD)是患者在經(jīng)歷重創(chuàng)后所表現(xiàn)出以持續(xù)的精神和情緒障礙為特征的一種常見焦慮癥。PTSD患者存在長期的精神障礙癥狀，嚴(yán)重?fù)p害其生活工作質(zhì)量。在第5版《精神障礙統(tǒng)計診斷手冊》中，PTSD被定義為創(chuàng)傷和壓力相關(guān)障礙，有四種典型行為癥狀[1-2]：(1)患者自發(fā)、不可控制地重新經(jīng)歷與創(chuàng)傷相關(guān)的記憶，主要表現(xiàn)為噩夢或記憶回閃。(2)患者出現(xiàn)嚴(yán)重的情緒和社會回避行為。(3)患者的認(rèn)知和情緒出現(xiàn)消極變化。(4)強(qiáng)烈的生理反應(yīng)等過度癥狀，如煩躁、過敏和夸張的驚恐。研究表明，10%～20%經(jīng)歷過創(chuàng)傷性事件的普通人將繼續(xù)發(fā)展成為PTSD患者，但大部分患者經(jīng)過治療后并沒有康復(fù)，PTSD也逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[3-4]。隨著對PTSD發(fā)生發(fā)展的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制的深入研究，PTSD的動物模型及其評價方法被運(yùn)用于PTSD的病因、病理機(jī)制及治療的研究中。PTSD動物模型模擬人類疾病發(fā)病狀態(tài)的程度直接影響到各項研究結(jié)果的價值，因此，本文就近幾年常用PTSD模型的研究做出簡要概述。

2　PTSD神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制

應(yīng)激相關(guān)疾病通常伴有下丘腦-垂體-腎上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal, HPA)軸功能失調(diào)[5]?，F(xiàn)在越來越多的研究表明[6-7]，PTSD可能與皮質(zhì)醇分泌的改變有關(guān),PTSD患者存在皮質(zhì)醇降低的表現(xiàn)，這可能是由于PTSD的發(fā)生與HPA軸負(fù)反饋的增強(qiáng)有關(guān)，創(chuàng)傷后皮質(zhì)醇水平較低的患者發(fā)展成PTSD的風(fēng)險也更高[8-9]。此外PTSD患者外周血單核細(xì)胞中糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid reccptor, GR)蛋白水平及敏感性也明顯增加[10]。許多研究發(fā)現(xiàn)[4, 11]大腦去甲腎上腺素(norepinephrine, NE)濃度的降低與焦慮和抑郁癥狀相關(guān)， PTSD患者大腦藍(lán)斑中的去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(norepinephrine transporter, NET)濃度明顯降低，這些數(shù)據(jù)都表明PTSD患者存在自主神經(jīng)功能受損的表現(xiàn)。

PTSD也會引起神經(jīng)遞質(zhì)功能的改變。研究發(fā)現(xiàn)PTSD患者島葉皮質(zhì)中γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)的水平明顯降低[12]，腦內(nèi)5-羥色胺(5-hydroxytryptamine, 5-HT)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與5-HT1A、5-HT1B受體的結(jié)合與對照組也存在明顯差異[13]，血漿多巴胺濃度也有所增加[14]。同時PTSD也會導(dǎo)致促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(corticotropin releasing factor, CRF)系統(tǒng)發(fā)生改變，PTSD和抑郁癥患者腦脊液中的CRF水平升高，其升高程度與癥狀嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[15]。除此之外，PTSD患者血液中的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)水平較低；促炎性細(xì)胞因子(IFN-γ、TNF-α等)水平明顯升高[16-18]。目前認(rèn)為PTSD與神經(jīng)內(nèi)分泌、多種神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)免疫、神經(jīng)生長因子、細(xì)胞因子等多種生物學(xué)因素有關(guān)，但其復(fù)雜的發(fā)病機(jī)制仍需進(jìn)一步研究探索。

3　動物模型

3.1　足底電擊 (Foot shock, FS)

足底電擊是一種復(fù)雜的壓力源。不同強(qiáng)度的電擊會使人類產(chǎn)生抑郁、焦慮和PTSD的行為以及神經(jīng)化學(xué)變化[19]。FS動物模型通常將動物放置在電擊室中的金屬網(wǎng)格地板上，經(jīng)受一系列強(qiáng)度可變和長時間的電擊，有時也會結(jié)合一些情境提示如聲音、氣味等。FS模型主要可以重現(xiàn)PTSD的一些核心癥狀，包括逃避和焦慮行為、再次體驗，以及睡眠結(jié)構(gòu)的改變[20]。然而有些研究發(fā)現(xiàn)FS小鼠外周血皮質(zhì)酮水平并沒有像PTSD患者降低，反而較正常小鼠有明顯增高，說明FS模型小鼠并沒有反映類似于PTSD患者的外周血皮質(zhì)醇降低以及HPA軸負(fù)反饋抑制的生物標(biāo)志性改變，這與PTSD患者的表現(xiàn)是不一致的[21]。此外長期重復(fù)使用足部電擊會造成模型動物對壓力的反應(yīng)下降，產(chǎn)生適應(yīng)[22]。FS動物模型可以通過改變其應(yīng)用參數(shù)控制電擊強(qiáng)度和持續(xù)時間而創(chuàng)建不同的恐懼障礙模型，具有可控性的實驗優(yōu)勢。但在自然環(huán)境下動物通常不會受到電擊。

3.2　水下創(chuàng)傷(Underwater trauma, UWT)

UWT模型是一種是動物短暫暴露于高強(qiáng)度壓力的模型。在UWT模型中，大鼠連續(xù)四天強(qiáng)制在水迷宮中游泳5 min，在第四次游泳后用專用金屬網(wǎng)(20 cm × 10 cm × 15 cm)將它們浸入水中45 s[23]。UWT可以在不損害任何組織的情況下對其空間記憶以及海馬突觸可塑性造成損傷，并產(chǎn)生焦慮樣行為[24-25]。通常UWT也會和相應(yīng)的情境提示結(jié)合運(yùn)用，有研究表明大鼠在遭受UWT之后再次暴露于與其相關(guān)的情境提示后，大鼠焦慮行為明顯增加，情境提示會引起基底外側(cè)杏仁核前區(qū)(Basolateral amygdaloid nucleus, anterior part, BLA)活化，從而特異性調(diào)節(jié)海馬DG區(qū)活性、抑制突觸可塑性[26]、增加腹側(cè)海馬和基底外側(cè)杏仁核中的ERK /MAPK激酶途徑的激活[27]，從而導(dǎo)致創(chuàng)傷恐懼記憶的回現(xiàn)，這些癥狀與PTSD患者表現(xiàn)出的創(chuàng)傷性情景再現(xiàn)、回避行為是一致的。但Ritov等[23]發(fā)現(xiàn)僅有15%的UWT模型大鼠會表現(xiàn)出創(chuàng)傷后情緒的消極變化以及回避行為。UWT這種壓力因素比FS更具有病理學(xué)意義，因為野生老鼠也存在被淹死的威脅。并且重新暴露于與UWT相關(guān)情境提示，也為研究人類PTSD癥狀(如恐懼記憶的重新體驗和入侵)提供了一個新視角。

3.3　單次延長應(yīng)激(Single prolonged stress, SPS)

大鼠SPS模型已經(jīng)成為一種構(gòu)建某些PTSD樣行為和生物學(xué)改變的重要有效模型之一。研究表明經(jīng)過SPS刺激后的大鼠會表現(xiàn)出明顯的恐懼，其空間記憶和學(xué)習(xí)能力也受到了影響[28]。在這種模型[29]中，大鼠依次約束2 h，然后強(qiáng)行游泳20 min。最后暴露于乙醚直到無意識。這種模型是通過暴露于心理、身體和藥理學(xué)應(yīng)激源等多模式應(yīng)激，產(chǎn)生類似PTSD患者的HPA軸的改變，從而再現(xiàn)PTSD樣改變。SPS大鼠會表現(xiàn)出恐懼記憶、超覺醒(創(chuàng)傷感受的敏感度)、睡眠障礙，恐懼消退減弱以及情緒和認(rèn)知障礙[30-32]。其背部海馬的GR表達(dá)以及對糖皮質(zhì)激素快速反饋的敏感性均明顯增加[33]，這一發(fā)現(xiàn)與PTSD患者中HPA軸異常是一致的。SPS除了對HPA軸影響外，它還影響神經(jīng)遞質(zhì)信號。SPS降低海馬NMDA受體密度，導(dǎo)致抑制性GABA途徑的失調(diào)，從而造成空間記憶的損傷[34]。此外，SPS還會誘導(dǎo)與睡眠-覺醒結(jié)構(gòu)相關(guān)的腦區(qū)域中(如皮層、海馬等)5-HT利用率增加，但是在杏仁核中SPS是減少5-HT的衰退。5-HT通過抑制外側(cè)杏仁核中投射神經(jīng)元激活，從而抑制睡眠[35]。這為研究PTSD過度興奮和睡眠-覺醒失調(diào)的病理生理學(xué)提供了可靠的模型。但有研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過SPS后，大鼠并不會出現(xiàn)非條件性的焦慮狀態(tài)[33]。SPS模型大鼠所表現(xiàn)出的行為反應(yīng)以及與PTSD患者的某些臨床癥狀相似，并且是可以模擬PTSD的HPA軸負(fù)反饋抑制改變的一種模型。因此，SPS模型現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于PTSD的相關(guān)研究之中。

3.4　捕食者壓力(Predator-based psychosocial stress, PPS)

PPS模型是使嚙齒動物與自然捕食者(例如貓)進(jìn)行接觸，模型動物會表現(xiàn)出強(qiáng)烈的恐懼、焦慮等長期行為和內(nèi)分泌改變。捕食者或捕食者相關(guān)的刺激物是誘導(dǎo)創(chuàng)傷動物模型的高效手段。其中最典型的是將動物暴露在捕食者或裝有捕食者相關(guān)的刺激物(如污染的貓砂)的籠子里5～10 min，隨后對其行為學(xué)反應(yīng)進(jìn)行評估[36]。但是只單純暴露于PPS的大鼠并不會表現(xiàn)出明顯的行為改變[37]。Zoladz等[38]修改了單純PPS模型，將短暫的捕食者暴露和不穩(wěn)定的居住條件(即隨機(jī)變化的籠子)結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定的居住條件等慢性壓力會加劇動物對捕食者的恐懼，這種心理應(yīng)激引起的PTSD樣癥狀至少會持續(xù)4個月。其實這與缺乏社會支持的創(chuàng)傷受害者逐步發(fā)展為慢性PTSD患者的方式是大致相同的。PPS模型會表現(xiàn)出強(qiáng)烈的恐懼記憶；HPA軸負(fù)反饋的增強(qiáng)；前額葉皮層和海馬中5-HT降低，去甲腎上腺素、BDNF DNA甲基化增加[39]。PPS大鼠恐懼等行為表現(xiàn)可能與CRFR1表達(dá)的持續(xù)升高和紋狀體中CRFR2表達(dá)的長期下調(diào)相關(guān)[40]。而其他研究發(fā)現(xiàn)，PPS會導(dǎo)致大腦，腎上腺以及體循環(huán)中氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)的增加[41]。“捕食者暴露創(chuàng)傷”是危及生命的潛在情況，因此較其他類型的壓力源也更為“自然”。但PPS模型需要與不穩(wěn)定社會因素結(jié)合才能發(fā)揮更有效的作用，因此聯(lián)合的PPS模型可用于研究長期創(chuàng)傷記憶和慢性PTSD。

3.5　社交挫敗(Social defeat, SD)

研究發(fā)現(xiàn)長期社交失敗的小鼠通過其社會互動水平可被分為“敏感性”或“彈性”。敏感性動物會表現(xiàn)出長期的社會回避、焦慮等類似抑郁的癥狀行為，而彈性動物則不會表現(xiàn)出明顯的社會回避或其他抑郁癥狀，只有焦慮狀態(tài)的增加[42]。因此SD模型可以表現(xiàn)出應(yīng)對社會壓力時的個體差異。一般來說，SD模型是連續(xù)5～10 d讓特定訓(xùn)練的攻擊者每天攻擊模型動物10 min，然后用帶孔有機(jī)玻璃隔板分開，使其有感官接觸。SD動物模型會表現(xiàn)出持續(xù)的PTSD樣行為，例如自發(fā)運(yùn)動減少、長期記憶鞏固受損、僵立時間的增加，尾巴活動的減少，體重減輕等[43]，其海馬BDNF蛋白水平也較低[44]。其中敏感性小鼠會出現(xiàn)社會互動的減少和記憶認(rèn)知障礙，這可能與前額葉皮層和杏仁核中多巴胺D1受體的變化有關(guān)[45]。但SD模型現(xiàn)在的應(yīng)用比較局限，主要用于研究與欺凌相關(guān)以及青少年壓力的實驗動物行為變化，較SPS、PPS模型動物更常應(yīng)用于抑郁癥以及應(yīng)對壓力時個體差異的研究。

3.6　早期生活壓力(Early life stress, ELS)

ELS(例如兒童時期虐待或忽視)會使成年后遭受創(chuàng)傷發(fā)展為PTSD的風(fēng)險明顯增加。可能是由于在發(fā)育過程中ELS通過影響神經(jīng)元回路的形成和HPA軸，從而影響成年后的大腦功能和情緒行為[46]。許多研究表明，ELS主要以母親分離(maternal separation, MS)為主要模型。MS模型為在動物出生后第1～10 d，將幼仔與母親分開每天數(shù)小時，然后在幼仔成年期間再次暴露于壓力源，觀察其行為學(xué)等改變。ELS會引起空間記憶受損、焦慮及恐懼反應(yīng)增加、持續(xù)性HPA軸功能障礙，以及成年期中樞CRFR1表達(dá)的改變[47]。但似乎ELS對不同性別有不同的影響，ELS雄性成年小鼠模型血漿皮質(zhì)酮水平較高，而ELS雌性小鼠血漿皮質(zhì)酮水平較低[48]。也有研究[49]表明ELS雄性模型在成年后會表現(xiàn)更突出的僵立行為和認(rèn)知障礙(特別是海馬依賴性任務(wù)中的認(rèn)知障礙)。但ELS對腦功能的長期影響的分子基礎(chǔ)尚未完全闡明，仍需要進(jìn)一步的研究探索。ELS模型主要是基于幼兒時期生活中的不良事件對成年后遭受創(chuàng)傷發(fā)展成為PTSD的易感性研究，是研究青少年創(chuàng)傷對PTSD影響的重要模型之一。

湖面湖容縮小，濕地調(diào)節(jié)氣候效用降低，溫暖效應(yīng)減退，洪澇災(zāi)害加劇。如1958年沅江和岳陽為例，冬季阮江氣溫高于岳陽，后兩地逐漸氣溫相近，1983年岳陽最低溫高于阮江；再如20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的特大洪水，都是濕地湖泊萎縮調(diào)蓄功能降低的結(jié)果。

3.7　社會隔離(Social isolation, SI)

SI是一種社會心理壓力，會導(dǎo)致生物體內(nèi)的內(nèi)分泌和行為改變。SI模型又分為成年后社會隔離和青春期社會隔離。只有少數(shù)研究觀察了成年后SI模型動物認(rèn)知功能是否改變，但不管在空間學(xué)習(xí)、工作記憶還是在條件性恐懼的結(jié)果都具有爭議，而這些差異的原因在很大程度上是未知的[50]。而青春期是人類生理和心理發(fā)展的一個過渡階段，在這段時間里，社會關(guān)系是情緒、行為和認(rèn)知功能形成的基礎(chǔ)。青春期的社會隔離主要依照青春期社會壓力的方法，將斷奶后的小鼠中集體飼養(yǎng)一周后，將SI模型動物移動到較小的清潔籠，而群體飼養(yǎng)動物仍生活在其原來的籠子中，共同飼養(yǎng)6周[51]。許多研究表明經(jīng)過長期SI的實驗動物會產(chǎn)生行為和生理紊亂，包括過度焦慮的行為、認(rèn)知以及神經(jīng)內(nèi)分泌變化。青春期SI模型小鼠表現(xiàn)出海馬BDNF水平的升高，通過BDNF/TrkB通路促進(jìn)長期記憶的形成，使小鼠不能忘記隔離期間發(fā)生的恐懼記憶，最后發(fā)生精神情緒障礙[52]。研究發(fā)現(xiàn)[53]SI可以減少大鼠大腦中NE的濃度以及NET在藍(lán)斑中的表達(dá),且血液中3-甲氧基-4-羥基苯基乙二醇(中樞神經(jīng)系統(tǒng)NE活性標(biāo)記)濃度也顯著降低。因此，SI模型可以應(yīng)用于研究青春期社會壓力以及PTSD中NE系統(tǒng)障礙等相關(guān)研究。

4　小結(jié)

PTSD是機(jī)體對創(chuàng)傷等嚴(yán)重應(yīng)激因素產(chǎn)生異常反應(yīng)而引起一系列的精神和情緒障礙。主要癥狀是睡眠障礙，不可控制的回憶當(dāng)時的創(chuàng)傷經(jīng)歷，過度焦慮煩躁，表現(xiàn)出對社會或某種事物的極力回避等等。PTSD主要神經(jīng)生物學(xué)變化包括HPA軸負(fù)反饋的抑制，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中以抑制性神經(jīng)遞質(zhì)為主的神經(jīng)遞質(zhì)以及神經(jīng)肽等的異常改變，從而導(dǎo)致應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)。但目前其具體的發(fā)病機(jī)制仍然不明確，需要進(jìn)一步的研究認(rèn)證。動物模型是研究PTSD機(jī)制廣泛使用的方法。通過上述所列出的幾種常見PTSD動物模型，我們不難發(fā)現(xiàn)模型動物都會表現(xiàn)出類似PTSD的癥狀，然而因為PTSD表現(xiàn)多變且具有個體化差異，每種動物模型都不能涵蓋PTSD所有的癥狀以及生物學(xué)變化。但是各種動物模型不僅可以用于研究PTSD相似的癥狀以及生物學(xué)變化，并且可以將各種模型的研究結(jié)果相互結(jié)合起來以得到關(guān)于本疾病更全面的研究進(jìn)展。因此，目前研究的主要問題是如何將動物模型中的個體發(fā)現(xiàn)有效結(jié)合起來并服務(wù)于PTSD患者。