評(píng)價(jià)抽動(dòng)癥小鼠發(fā)病程度數(shù)學(xué)模型的建立

單麒元，牛 浩，劉 琳*

(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，哈爾濱 150076; 2. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150020)

抽動(dòng)-穢語綜合征(Tourette′s syndrome , TS)是一種兒童期發(fā)病可延續(xù)至青春期，通常伴有運(yùn)動(dòng)和行為異常的慢性神經(jīng)精神障礙性疾病[1-3].在臨床前研究TS的發(fā)病機(jī)制或藥物研究時(shí)，通常以籠邊觀察動(dòng)物的刻板行為作為TS體外研究的重要指標(biāo)[4].現(xiàn)今對(duì)TS鼠刻板行為的評(píng)價(jià)方法主要有參照Diammond法的刻板行為學(xué)評(píng)估[5-6]和分類刻板行為學(xué)評(píng)估[7]，其研究的刻板行為的動(dòng)作主要包括點(diǎn)頭、自咬、擺頭、旋轉(zhuǎn)、口爪運(yùn)動(dòng)、捋毛和嚙咬[8-10].通過前期實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，不同的刻板動(dòng)作測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)差異較大且互相沒有明顯的相關(guān)性[11]，所以無法將這些孤立的指標(biāo)統(tǒng)一起來科學(xué)、完整地評(píng)價(jià)刻板行為嚴(yán)重程度，也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)比較不同的TS模型鼠的刻板行為嚴(yán)重程度.

本文利用數(shù)學(xué)建模的思想，針對(duì)上述的問題現(xiàn)象，通過對(duì)空白組、抽動(dòng)癥模型組和鹽酸硫必利組[12]的刻板行為數(shù)據(jù)與腦勻漿中含多巴胺量進(jìn)行分析.以7種刻板動(dòng)作發(fā)生頻率作為變量，多巴胺作為因變量進(jìn)行多元線性回歸分析，并建立一個(gè)評(píng)價(jià)TS模型鼠刻板行為嚴(yán)重程度的數(shù)學(xué)模型.

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

清潔級(jí)ICR小鼠24只，雌雄各半，4～5周齡，體重(20±2)g.由長(zhǎng)春市億斯實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限責(zé)任公司提供.

1.2 藥品與試劑

亞氨基二丙腈(IDPN)(梯希愛(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司)、生理鹽水(哈爾濱三聯(lián)藥業(yè)股份有限公司)、鹽酸硫必利片(江蘇天士力帝益藥業(yè)有限公司)、烷磺酸鈉、磷酸二氫鈉、乙二胺四乙酸、氯化鈉、甲醇、乙腈.

1.3 儀器

小鼠自主活動(dòng)儀、Agilent C18反相色譜柱.

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物造模與給藥

取24只小鼠，按d=0的自主行為成績(jī)，隨機(jī)分為空白組(n=8)、模型組(n=8)、鹽酸硫必利組(n=8).模型組、鹽酸硫必利組采用腹腔注射IDPN(0.3g/kg)方法建立TS模型，每日一次持續(xù)15 d.空白組注射同等體積的生理鹽水.

鹽酸硫必利組灌胃鹽酸硫必利片懸濁液(10 g/kg)，每日一次持續(xù)15 d.空白組和模型組灌胃同等體積的生理鹽水.

2.2 刻板行為指標(biāo)測(cè)定

21 d將小鼠分別置于29 cm×18 cm×15 cm的觀察籠中，先適應(yīng)環(huán)境1 min后人為記錄其1 min內(nèi)點(diǎn)頭、旋轉(zhuǎn)、自咬、擺頭、捋毛、舞蹈樣運(yùn)動(dòng)、嚙咬次數(shù)，測(cè)試完畢后清潔籠內(nèi)排泄物，以消除對(duì)下一組小鼠的影響.

2.3 小鼠腦勻漿中含多巴胺量測(cè)定

將小鼠麻醉后，立即斷頭處死，分開顱骨，在冰盤上快速取腦，去除腦干及小腦，精確稱量，制備腦勻漿.取腦勻漿離心10 min(12 000 r·min-1)后，取上清液進(jìn)行電化學(xué)-高效液相法測(cè)含多巴胺量.

2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法

3 數(shù)據(jù)分析及建立數(shù)學(xué)模型

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

刻板行為與分類刻板行為測(cè)試結(jié)果顯示，與空白組相比，模型組的口爪運(yùn)動(dòng)顯著增加(P<0.05)，點(diǎn)頭、自咬、擺頭、旋轉(zhuǎn)非常顯著增加(P<0.01);與模型組相比，硫必利組點(diǎn)頭、口爪運(yùn)動(dòng)顯著降低(P<0.05)，自咬、擺頭非常顯著降低(P<0.01).見表1.

表1 刻板行為與分類刻板行為測(cè)試次/min)

3.2 建立數(shù)學(xué)模型

3.2.1 數(shù)據(jù)分析

將原數(shù)據(jù)使用SPSS 24統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行多元線性回歸分析，采用輸入的分析方法，得到結(jié)果見表2.由表2可以看出，各項(xiàng)變量顯著性均遠(yuǎn)大于0.05，故可知得到的結(jié)果準(zhǔn)確度很差，因而需要改進(jìn)統(tǒng)計(jì)方法.

3.2.2 降低誤差改進(jìn)

將各數(shù)據(jù)的以e為底的指數(shù)和平方與原數(shù)據(jù)一起代入進(jìn)行分析，由于數(shù)據(jù)中0的大量存在，故不考慮各數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù).經(jīng)過線性回歸分析，得到系數(shù)如表3，排除的變量如表4.經(jīng)改進(jìn)之后，顯著性小于0.05的數(shù)據(jù)仍然較少，準(zhǔn)確度雖然有提高，但仍不夠準(zhǔn)確，故仍需要改進(jìn)分析方法.

經(jīng)過排除標(biāo)量之后，在表3內(nèi)得到各變量的系數(shù)，在排除的變量中得到被排除的變量，在表內(nèi)只有一個(gè)數(shù)據(jù)的顯著性大于0.05，此結(jié)果符合預(yù)想，故以此作為最終的分析結(jié)果.

表2 系數(shù)a

表3 系數(shù)a

表4 排除的變量a

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

取16只ICR小鼠，雌雄各半，4～5周齡，體重(20±2) g.按照d=0的自主行為成績(jī)隨機(jī)分為阿撲嗎啡組(n=8)和氟哌啶醇組(n=8).按照文獻(xiàn)方法進(jìn)行誘導(dǎo)TS模型并灌胃氟哌啶醇.按上文方記錄造模成功后1 min內(nèi)每只鼠的點(diǎn)頭、旋轉(zhuǎn)、自咬、擺頭、捋毛、舞蹈樣運(yùn)動(dòng)、嚙咬次數(shù)，見表5.

表5 刻板行為發(fā)生次數(shù)次/min)

4.2 數(shù)學(xué)模型應(yīng)用

將三組數(shù)據(jù)代入數(shù)學(xué)模型組進(jìn)行計(jì)算.由表3可見，阿撲嗎啡組的刻板行為嚴(yán)重程度強(qiáng)于氟哌啶醇組強(qiáng)于空白組，該數(shù)學(xué)模型評(píng)價(jià)刻板行為嚴(yán)重程度效果較好.

5 討 論

刻板行為的變化是研究TS體外表征的一個(gè)最重要的因素，其研究主要包括點(diǎn)頭、自咬、擺頭、旋轉(zhuǎn)、口爪運(yùn)動(dòng)、捋毛、嚙咬等動(dòng)作發(fā)生的變化[13]，單個(gè)刻板動(dòng)作的變化并不能完整地描述刻板行為這個(gè)宏觀概念.以往國(guó)內(nèi)外TS臨床前動(dòng)物的刻板行為研究都是通過籠邊觀察，人為測(cè)試各種刻板動(dòng)作的變化，然后將這些刻板動(dòng)作孤立研究，試圖說明刻板行為發(fā)生了相應(yīng)變化.顯然，這樣的研究方法非常牽強(qiáng)而且具有很大的局限性，其不但不能完整評(píng)價(jià)刻板行為嚴(yán)重程度的變化，而且也無法避免實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中存在很大的人為主觀因素帶來的誤差.在前期的大量實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，TS模型鼠造模成功后其各種刻板動(dòng)作沒有明顯相關(guān)性，這與文獻(xiàn)中報(bào)道相一致[7,14]，所以無法將各種刻板動(dòng)作相聯(lián)系，也沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)能完整地評(píng)價(jià)刻板行為嚴(yán)重程度的變化，這對(duì)TS臨床前動(dòng)物研究帶來很大的局限性.

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，模型組的小鼠腦勻漿中含多巴胺量均顯著降低，這也與之前報(bào)道相符[15]，且刻板行為嚴(yán)重程度和腦勻漿中多巴胺含量成負(fù)相關(guān)關(guān)系.所以在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)以小鼠腦勻漿中多巴胺含量作為因變量，7種刻板動(dòng)作發(fā)生頻率作為變量進(jìn)行多元線性回歸分析.

TS刻板行為數(shù)學(xué)模型能將各種孤立的刻板動(dòng)作相聯(lián)系、相統(tǒng)一，將TS刻板行為嚴(yán)重程度抽象的概念具體地量化，尋求一個(gè)客觀的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較.在臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中TS刻板行為數(shù)學(xué)模型可以非?？茖W(xué)、直觀、完整地對(duì)各個(gè)時(shí)期或各個(gè)組別的TS模型鼠的刻板行為進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠清晰地說明不同時(shí)期或不同組別TS模型鼠刻板行為的變化趨勢(shì)，為實(shí)驗(yàn)提供便利讓實(shí)驗(yàn)的結(jié)果更加客觀、科學(xué).