抽動障礙動物模型的研究進展

柯鐘靈，陳燕惠

(福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院，福州 350000)

抽動障礙(tic disorder，TD)是一種常見的兒童期發(fā)病的神經(jīng)精神疾病，其特征是出現(xiàn)突然的、快速的、反復(fù)發(fā)作的、無節(jié)律性的運動(運動抽動)和/或發(fā)聲(發(fā)聲抽動)。 其臨床表現(xiàn)多樣，可伴多種共患病，部分患兒表現(xiàn)為難治性[1]。 抽動障礙的病因及發(fā)病機制尚不明確，其發(fā)病機制的假說主要是皮質(zhì)-基底神經(jīng)節(jié)-丘腦-皮質(zhì)解剖通路以及位于這些回路內(nèi)的神經(jīng)遞質(zhì)的改變[2]。 抽動障礙的藥物治療常常是使用抗精神病藥物，如氟哌啶醇、硫必利、阿立哌唑等，但部分患者尤其是Tourette 綜合征(Tourette syndrome，TS)的患者對這些藥物無效。 抽動障礙的發(fā)病機制、藥物作用機制尚不明確，進一步的研究急需進行，動物模型的構(gòu)建是進行抽動障礙相關(guān)研究的基礎(chǔ)，但目前尚無公認(rèn)的抽動障礙動物模型的構(gòu)建方法，本文對抽動障礙的動物模型進行總結(jié)，以期為抽動障礙動物實驗的開展提供必要的參考。

1 抽動障礙動物模型

抽動障礙根據(jù)臨床特點及病程長短，主要分為短暫性TD、慢性TD 和TS 三種類型，此外有一部分患者不符合上述三種類型的診斷標(biāo)準(zhǔn)，歸為未分類的TD[1]。 其相關(guān)行為現(xiàn)象高度復(fù)雜，動物模型一般都是哺乳類動物，特別是嚙齒類動物，它們與人類的神經(jīng)生物學(xué)相似且成本較低。 與其他疾病的動物模型一樣，抽動障礙的動物模型的驗證也基于3個方面[3-4]：(1)表觀效應(yīng)：指動物模型的行為表現(xiàn)與抽動障礙的體征和癥狀之間是否具有類比性；(2)結(jié)構(gòu)效應(yīng)：指動物模型行為表現(xiàn)的神經(jīng)生物學(xué)機制與抽動障礙的病因和病理生理過程之間是否具有一致性；(3)預(yù)測效應(yīng)：評估動物模型對抽動障礙(如抗精神病藥物)治療的反應(yīng)性如何。 基于抽動障礙可能的發(fā)病機制，目前常用的動物模型主要有三種構(gòu)建方法，具體分述如下。

2 基于神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)建立的動物模型

2.1 多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)模型

研究認(rèn)為多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)可能是抽動障礙發(fā)生重要的病理生理機制，它可能存在以下異常：1)突觸后多巴胺受體數(shù)量增加或多巴胺受體親和力增強；2)多巴胺神經(jīng)支配增加；3)突觸前多巴胺異常；4)多巴胺的釋放增加[5]。 在此基礎(chǔ)上建立的動物模型如下：

2.1.1 苯丙胺/阿樸嗎啡(apomorphine，APO)模型

苯丙胺和阿樸嗎啡是通過間接或直接激動多巴胺受體而構(gòu)建模型。 苯丙胺能夠促進細(xì)胞外多巴胺的分泌增多，它引起多巴胺增多的可能機制是苯丙胺在多巴胺轉(zhuǎn)運體(dopamine transporter，DAT)的幫助下進入細(xì)胞漿，再通過囊泡單胺轉(zhuǎn)運蛋白(vesicular monoamine transporter，VMAT)的作用進入囊泡，導(dǎo)致囊泡中的PH 值改變，改變的PH 值引起多巴胺重新分布，由囊泡釋放入胞漿，DAT 轉(zhuǎn)運出細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞外多巴胺升高[6]，非選擇性的間接激動多巴胺受體；阿樸嗎啡是多巴胺受體的非選擇性的直接激動劑，它直接作用于多巴胺受體上引起神經(jīng)元的活化。 這兩者通過全身性給藥均可誘發(fā)刻板行為，表現(xiàn)為復(fù)雜的運動抽動，這些刻板行為包括過度的梳毛、撕咬和舔舐等。 雖然這些方法不會誘發(fā)TS 特有的肌陣攣樣抽動，但它們對研究抽動障礙的神經(jīng)精神共病具有重要意義，特別是強迫癥[7]。 建模方式見表1[8-9]。

2.1.2 亞氨基二丙腈(iminodipropionitrile，IDPN)/6-羥基多巴胺(6-hydroxydopamine，6-OHDA)模型

IDPN 和6-OHDA 是通過破壞多巴胺系統(tǒng)，使多巴胺分泌減少，多巴胺受體超敏構(gòu)建動物模型。Damond 等[10]創(chuàng)立神經(jīng)毒素全身用藥法建立TD 模型，其使用IDPN 破壞錐體外系的DA 系統(tǒng)，DA 濃度持久降低，使動物在生長發(fā)育過程中出現(xiàn)DA 受體超敏現(xiàn)象，導(dǎo)致動物出現(xiàn)刻板行為。 IDPN 模型主要表現(xiàn)為擺頭、旋轉(zhuǎn)、舞蹈樣運動等全身性抽動，這一模型是常用的TS 動物模型，能夠比較全面的再現(xiàn)TD 行為學(xué)特征，建模時間短(7 d)，持續(xù)時間久，可以維持2 ～3 個月[9]。 也有人使用神經(jīng)毒素6-羥基多巴胺(6-hydroxydopamine，6-OHDA)破壞腦內(nèi)多巴胺系統(tǒng)，引起多巴胺下降，多巴胺受體超敏，從而發(fā)生TD 樣的過度活動和注意缺陷，但由于此模型損傷部位在黑質(zhì)，操作不當(dāng)，無法與帕金森模型鑒別[11]。 建模方式見表1。

2.2 5-羥色胺神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)模型

和多巴胺一樣，5-羥色胺(serotonin，5-HT)也是中樞性神經(jīng)遞質(zhì)，它主要來自腦干的中縫核，在大腦內(nèi)廣泛存在，有研究發(fā)現(xiàn)TS 患者的血清中5-羥色胺的水平降低，其代謝產(chǎn)物5-羥吲哚乙酸(5-hydroxyindole acetic acid，5-HIAA)在腦脊液和基底神經(jīng)節(jié)也是降低的，但在皮層部位正常[5]。 藥理學(xué)證據(jù)表明，許多調(diào)節(jié)5-HT 活性的藥物(如奧氮平)對抽動的治療有效，從而提示5-HT 系統(tǒng)在抽動的發(fā)病機制中起作用，很多抽動障礙的動物模型是通過5-羥色胺的前體或5-羥色胺激動劑全身給藥的方法構(gòu)建的[7]。 其中，比較受關(guān)注的是2，5-二甲氧基-4-碘苯-2-氨基丙烷(DOI)構(gòu)建的模型。 DOI是一種5-羥色胺受體激動劑，DOI 全身給藥可以誘導(dǎo)出搖頭和痙攣，類似抽動運動，膽堿能激動劑(如多奈哌齊)和多巴胺拮抗劑(如氟哌啶醇)可調(diào)節(jié)DOI 誘導(dǎo)的類似抽動的運動。 但是該模型誘導(dǎo)出現(xiàn)抽動樣運動的頻率較低，影響了該模型在電生理研究方面的應(yīng)用[7]。 DOI 模型的構(gòu)建時間較長，多需要2 ～3 周左右[12-13]，請詳見表1。

2.3 GABA 神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)模型

GABA 是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，尸檢、MRS、PET 和動物實驗均證實TS 患者存在的GABA 的功能異常，巴氯芬是一種GABAB 受體激動劑，對TS有不同程度的療效，也支持GABA 的異常是抽動障礙可能的機制之一[5]。 通過腦內(nèi)局部注射GABA受體拮抗劑(如苦味毒))，可以構(gòu)建抽動障礙的動物模型，這一模型對研究抽動障礙如下優(yōu)點：1)誘導(dǎo)出的癥狀是可逆的，僅存在數(shù)個小時；2)癥狀可以被迅速誘導(dǎo)出來，通常僅需要2 ～10 min；3)可以反復(fù)在同一部位進行操作；4)在不同的部位(如感覺運動環(huán)路、邊緣系統(tǒng)等)局部注射可以引出不同的刻板癥狀[7]。 這一模型在猴子及鼠類中均成功構(gòu)建，考慮到嚙齒類動物更為常用，故本文僅納入嚙齒類動物的建模方式[14]請詳見表1。

2.4 興奮性氨基酸失調(diào)模型

谷氨酸是大腦主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，尸檢、MRS 等檢查提示TS 患者的蒼白球、運動前皮質(zhì)谷氨酸降低[5]。 但一項隨機雙盲的對照研究顯示不管是谷氨酸受體的激動劑或抑制劑與安慰劑對比并不能改善抽動障礙的癥狀[15]。 Simith 等[16]將谷氨酸受體激動劑[紅藻氨酸、α-氨基-3-羥基-5-甲基 異 惡 唑 - 4 - 丙 酸 ( amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid，AMPA)]直接注入成年大鼠的紋狀體，可誘導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)行為，誘導(dǎo)出的行為可以被谷氨酸受體拮抗劑、動作電位阻滯劑河豚毒素、多巴胺受體拮抗劑阻斷，提示谷氨酸受體激動劑誘發(fā)旋轉(zhuǎn)行為可能是多巴胺依賴的，其可能引起了多巴胺釋放的增加。

2.5 一氧化氮失調(diào)的模型

有研究發(fā)現(xiàn)TS 患者基底節(jié)神經(jīng)元信號紊亂，特別是中間神經(jīng)元(即一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase，NOS)-γ-氨基丁酸能群和膽堿能神經(jīng)元)參與了嚴(yán)重持續(xù)性TS 的病理生理學(xué)[17]。 NOS 的抑制劑能夠阻止6-OHDA 誘導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)行為[18]。 以上這些研究提示NO 失調(diào)可能引起抽動障礙。 NO 可由其供體硝普納釋放而來。 劉智勝等[11]在雄性成年大鼠側(cè)腦室注入硝普納，成功的誘導(dǎo)動物出現(xiàn)了刻板行為。

3 基于免疫機制建立的動物模型

A 組鏈球菌(group A streptococcal，GAS)或其他感染等強有力的免疫原性觸發(fā)因素是TD 發(fā)病的高危因素，免疫機制可能介導(dǎo)TD 行為異常的發(fā)展變化[19]。 TD 的免疫動物模型主要采用的是以下4 種方法：1)外周或中樞注射細(xì)胞因子或其他免疫調(diào)節(jié)劑，改變與TS 相關(guān)的神經(jīng)元功能和行為；2)免疫接種可能誘導(dǎo)交叉反應(yīng)產(chǎn)生自身抗體的微生物的免疫原性成分；這些自身抗體是針對TS 相關(guān)神經(jīng)環(huán)路，例如皮質(zhì)-紋狀-丘腦-皮質(zhì)環(huán)路中的多巴胺能通路。 3)將含有與神經(jīng)元或其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)的常駐細(xì)胞相結(jié)合的自身抗體的血清(使用來自受感染患者或直接接受抗原免疫的動物的血清)，通過外周或中樞注入初生動物體內(nèi)，從而破壞中樞神經(jīng)系統(tǒng)的信號傳導(dǎo)和行為。 4)在小鼠品系或轉(zhuǎn)基因中進行的研究，這些小鼠在接觸特定環(huán)境刺激后會自發(fā)產(chǎn)生自身抗體或產(chǎn)生免疫異常[20]。 TD 免疫模型的構(gòu)建方法眾多，目前尚無公認(rèn)的TD 免疫模型，選取幾種建模方式介紹如下(見表2)。

4 基于遺傳變異的動物模型

抽動障礙的基因研究表明，神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)多巴胺、5-羥色胺和組胺的通路相關(guān)基因(DRD2、DRD4、DAT、5-HT2C、 MAO)可能與TS 的發(fā)病機制有關(guān)，近 年 來，一 些 新 的 候 選 基 因，如 CNTNAP2，SLITRK1，HDC 也被鑒定出來[28]。 隨著基因工程的發(fā)展，與抽動障礙相關(guān)的基因突變的動物模型也成功構(gòu)建了出來。

4.1 D1CT-7 小鼠模型

D1CT-7 小鼠攜帶有一個轉(zhuǎn)基因(通過將霍亂毒素胞內(nèi)酶A1 亞基連接到人多巴胺D1 受體啟動子上產(chǎn)生)，導(dǎo)致位于梨狀皮質(zhì)第二層、體感皮質(zhì)第二層和第三層、杏仁核夾層上的多巴胺D1 神經(jīng)元的亞組慢性活化。 D1CT-7 小鼠表現(xiàn)出許多與TS 相類似的癥狀，從生后第3 周(大致相當(dāng)于TS 發(fā)病年齡)開始出現(xiàn)突發(fā)性軸性抽動，有性別傾向，雄性的D1CT-7小鼠癥狀更為嚴(yán)重和復(fù)雜，而且這些癥狀能夠被抗精神類藥物或可樂定控制。 D1CT-7 小鼠的表觀預(yù)測及效應(yīng)預(yù)測均很好，但是在結(jié)構(gòu)效應(yīng)上仍有質(zhì)疑。 因為皮層第二、三層的錐體細(xì)胞主要是皮層內(nèi)的水平投射，它接受大量的多巴胺神經(jīng)元的傳入，通過D1 受體的活化加強突觸后膜的興奮性，導(dǎo)致皮層活動增強，但這與TS 患者中觀察到的皮層活動減少不一致[4]。盡管如此，D1CT-7 小鼠仍被認(rèn)為是最佳的TS 驗證模型[29]。

表1 基于神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)建立的動物模型Table 1 Animal model based on neurotransmitter dysregulation

表2 基于免疫機制建立的動物模型Table 2 Animal model based on immune mechanism

4.2 DAT 基因敲除或沉默小鼠模型

DAT 主要功能是促進多巴胺在突觸前末端的再攝取。 DAT 功能和表達的降低有利于紋狀體中多巴胺水平的顯著增強。 DAT 基因敲除小鼠會有類似TS 的行為及某些生化異常改變，包括持續(xù)性行為、過度運動和注意力改變，刻板的搖頭行為增加，其腦區(qū)不但有多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)的升高，同時在特定的腦區(qū)海馬也存在5-羥色胺水平的升高，在紋狀體區(qū)5-羥色胺的轉(zhuǎn)運增大[30]。 DAT 基因敲除或沉默小鼠模型并沒有自發(fā)的抽動表現(xiàn)，但可能對于研究TS 相關(guān)的內(nèi)表型具有較高的有效性[4]。

4.3 MAOA 基因敲除小鼠模型

單胺氧化酶A(monoamine oxidase A，MAOA)是5-羥色胺和去甲腎上腺素代謝的關(guān)鍵酶，在多巴胺的降解中起重要作用，MAOA 基因敲除小鼠會表現(xiàn)出自發(fā)的重復(fù)刻板行為以及攻擊性[30]。 MAOA 基因敲除小鼠的體感皮質(zhì)明顯受損，其可能可以作為研究TS 患者該區(qū)域的神經(jīng)解剖學(xué)改變的模型[4]。

4.4 其他基因突變模型

接觸蛋白相關(guān)蛋白樣2(contactin-associated protein-like 2，CNTNAP2)蛋白在細(xì)胞粘附途徑和皮層發(fā)育中起關(guān)鍵作用。 CNTNAP2 基因缺陷小鼠梳理行為異常增多，嚴(yán)重到可導(dǎo)致胡須、面部以及身體損傷，但這些異常行為可以被氟哌啶醇控制；其紋狀體釋放的多巴胺水平升高，GABA 能間神經(jīng)元減少，改變抑制信號的傳導(dǎo)[31]。 SLITRK 家族由6 個基因組成，編碼富含亮氨酸的跨膜蛋白，參與軸突靶向和神經(jīng)元分化。SLITRK1 在大腦中的功能尚不清楚。 SLITRK1 基因敲除小鼠表現(xiàn)出高去甲腎上腺素水平，以及對可樂定敏感的類焦慮反應(yīng)，但并沒有出現(xiàn)類似抽動或相關(guān)的運動表現(xiàn)[32]。 組氨酸脫羧酶(L-histidine decarboxylase，HDC)通過促進組氨酸轉(zhuǎn)化成組胺在組胺能信號中起作用，在TS 的患者中發(fā)現(xiàn)HDC 基因突變，HDC 基因敲除的小鼠有幾個與TS 相關(guān)的特征，在服用多巴胺激動劑后，小鼠的腦組胺減少，刻板行為增加，包括直立、嗅聞和撕咬，被認(rèn)為可以作為抽動障礙的模型[33]。

5 其他方法構(gòu)建的TD 動物模型

應(yīng)激刺激亦可誘導(dǎo)出抽動障礙的行為改變，由此構(gòu)建焦慮性刺激(突然的發(fā)聲刺激)引起抽動樣行為(刻板的梳理行為)的動物模型[34]。 抽動障礙的部分患兒發(fā)作前有感覺異常的先兆癥狀，前脈沖抑制(prepluse inhabitation，PPI)就是據(jù)此建立的，它是一個用驚嚇等反射刺激構(gòu)建的非藥物誘導(dǎo)的抽動障礙模型[35]。

6 總結(jié)

根據(jù)不同的可能病因及發(fā)病機制，目前已經(jīng)成功構(gòu)建的TD 動物模型有神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)、免疫模型以及基因突變?nèi)箢愋汀?其中神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)型比較常用的模型是IDPN 神經(jīng)毒素構(gòu)建的模型；免疫模型尚無常用模型；基因突變型里以D1CT-7 小鼠模型為最佳的驗證模型。 因抽動障礙的病因及發(fā)病機制尚未完全清楚，目前尚無能夠表觀效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)及預(yù)測效應(yīng)均符合的TD 動物模型，有待將來進一步的研究。