精神分裂癥動物模型的研究進(jìn)展*

王鳳娟 于小亞 丁 瑜 張金玉 袁 寶 胡進(jìn)平

(1. 吉林大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，長春 130062)(2. 吉林省科技創(chuàng)新平臺管理中心，長春 130012)

精神分裂癥是一種多呈緩慢性或亞急性發(fā)生的復(fù)雜重性精神病，病情及癥狀多樣化。精神分裂癥以精神活動和環(huán)境不協(xié)調(diào)為特征，不僅影響腦神經(jīng)的高級思維功能，而且能夠促使患者在感覺、知覺、思維活動、日常行為活動、情感等方面發(fā)生障礙[1]。精神分裂癥在臨床上可分為偏執(zhí)型、青春型、緊張型、單純型、未分化型及殘留型共6種類型。雖然該病癥的發(fā)病機(jī)理目前仍未充分闡明，但是關(guān)于其發(fā)病機(jī)理的研究取得了很大進(jìn)展。目前，有包括多巴胺假說、谷氨酸假說和5-羥色胺假說在內(nèi)的多種關(guān)于精神分裂癥發(fā)病機(jī)理的假說。隨著發(fā)病幾率的不斷增加，精神分裂癥已成為各個領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而精神分裂癥疾病動物模型是研究精神分裂癥的良好載體，因此建立優(yōu)良的精神分裂癥動物模型尤為重要。

理想的精神分裂癥動物模型在研究該病癥發(fā)病機(jī)制及治療方法的過程中起著非常重要的作用。理想的動物模型不僅要求動物能夠展現(xiàn)出精神分裂癥的臨床癥狀，模擬出該病癥的內(nèi)表型，如幻覺、偏執(zhí)、感覺運(yùn)動門控缺陷、認(rèn)知功能損傷等，而且還希望動物能夠模擬該病癥的心理因素。同時，還要求其必須具備預(yù)測的有效性。目前主要建立的模型包括以下4個方面。

1 藥理學(xué)動物模型

1.1 環(huán)苯己哌啶(PCP)誘導(dǎo)的動物模型

PCP是N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)的非競爭性受體拮抗劑，通過腹腔注射的方式將其注射到大鼠體內(nèi)，大鼠可產(chǎn)生類似于精神分裂癥的陽性癥狀和陰性癥狀[2-3]。喬宏等[4]也通過對DDY種雄性小鼠連續(xù)兩周皮下注射3 mg/kg和10 mg/kg劑量的PCP的方法成功建立精神分裂癥小鼠模型，該建立模型的方式因能夠促使小鼠的社會行為減少可用于研究精神分裂癥的陰性性狀。2010年，劉娟等[5]采用對SD大鼠進(jìn)行7.5 mg/kg PCP，1次/d連續(xù)腹腔注射14 d的方法成功建立了精神分裂癥大鼠模型。除此之外，在其他物種上也已成功建立PCP誘導(dǎo)的動物模型。亞金蓉[6]將接受劑量為0.3 mg/kg PCP，2次/d，連續(xù)肌肉注射14 d的妊娠期的食蟹猴作為研究對象，發(fā)現(xiàn)反復(fù)給予PCP的食蟹猴的感覺門控依舊具有缺陷。

1.2 氯胺酮誘導(dǎo)的動物模型

胡曦等[7]通過腹腔注射的方式，1次/d，連續(xù)一周，分別給予KM小鼠25 mg/kg、50 mg/kg及100 mg/kg的氯胺酮誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生類精神分裂癥的行為學(xué)變化。Featherstone等[8]研究表明氯胺酮能夠損害仔鼠的學(xué)習(xí)記憶能力并誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生精神分裂癥的癥狀，100 mg/kg氯胺酮所誘導(dǎo)的模型癥狀更明顯，穩(wěn)定性更好，可能與海馬區(qū)Ach水平、CREB、pCREB及BDNF表達(dá)水平有關(guān)，也可能與NMDA-NR1受體表達(dá)降低有關(guān)。

李樹玲[9]利用5周齡SD大鼠，分別以15 mg/kg、30 mg/kg和60 mg/kg劑量的氯胺酮對大鼠進(jìn)行腹腔注射，2次/d，連續(xù)一周，建立了氯胺酮慢性給藥動物模型。此外，還通過分別對出生后第6天的SD大鼠頸背部皮下注射劑量為15 mg/kg、30 mg/kg和60 mg/kg氯胺酮，2次/d，直到出生后第21天，建立新生期氯胺酮重復(fù)處理的動物模型。該模型使大鼠體質(zhì)量增加的速度變慢，造成動物成年后持久的工作記憶缺陷，但是對成年后的自發(fā)活動幾乎不產(chǎn)生影響，可用于研究精神分裂癥的認(rèn)知障礙。

1.3 地卓西平馬來酸鹽(MK801)誘導(dǎo)的動物模型

MK801是N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid,NMDA)的非競爭性受體拮抗劑。金玫蕾[10]、王曉良等[11]及吳金華等[12]研究表明，對近交系BALB/c小鼠、近交系C57BL/6小鼠及遠(yuǎn)交群ICR小鼠分別腹腔注射劑量為0.6 mg/kg的MK801能夠建立可行的精神分裂癥小鼠模型。根據(jù)孫爭宇等[13]報道，使用MK801制作的精神分裂癥模型目前已經(jīng)成為作為常用和成熟的模型之一，但目前其使用劑量和時間仍缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。蘇允愛等[14]研究發(fā)現(xiàn)精神分裂癥小鼠模型對MK801的適宜劑量為0.5 mg/kg。趙瑩瑩等[15]研究指出給予新生期大鼠0.25 mg/kg的MK801可建立快感缺失相關(guān)的動物模型。此外，高劑量單次給藥或者低劑量重復(fù)給藥均可建立可行的精神分裂癥動物模型[16-20]。MK801誘導(dǎo)的精神分裂癥動物模型在移動加快以及刻板性動作方面已展示出與精神分裂癥類似的特征行為，具有穩(wěn)定性好、可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。但是，不同的動物種類以及給藥劑量和方式會導(dǎo)致不同的研究結(jié)果。因此，還需要進(jìn)一步研究以完善模型。

1.4 雙環(huán)己銅草酰二腙(CPZ)誘導(dǎo)的動物模型

李永德[21]采用不同劑量的CPZ飼喂C57BL/6小鼠，根據(jù)動物的體質(zhì)量變化、行為學(xué)變化、免疫組織化學(xué)染色等實驗得出CPZ最佳劑量為0.2%。該模型較新穎，并且可以較好地展現(xiàn)出精神分裂癥所表現(xiàn)出的白質(zhì)脫髓鞘以及精神病癥狀。

2 神經(jīng)發(fā)育動物模型

2.1 早期海馬損傷動物模型

鵝膏蕈氨酸(Ibotenic acid,IBO)是一種具有神經(jīng)毒性的興奮性氨基酸，能夠使海馬腹側(cè)區(qū)產(chǎn)生大范圍的損傷。Lipska等[22]將出生7 d的大鼠作為實驗對象，通過對其海馬腹側(cè)區(qū)注射一定劑量的IBO，從而建立精神分裂癥大鼠模型。該模型雖然是在大鼠早期損傷海馬，但是相關(guān)癥狀直到青春期后才表現(xiàn)。上述癥狀與該病多發(fā)于人類青壯年的時間大致吻合。

Lipska等[23]報道，早期海馬損傷的作用與大鼠品系有關(guān)，在對Fischer 344(F344)大鼠、SD大鼠和Lewis大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)F344大鼠的表現(xiàn)最強(qiáng)，其次是SD大鼠，而Lewis大鼠的表現(xiàn)最弱。Woods等[24]通過研究發(fā)現(xiàn)，出生3 d和7 d即注射IBO的SD大鼠情況非常相似，而出生14 d才注射IBO的SD大鼠青春期之前就出現(xiàn)類精神分裂癥的反應(yīng)。

2.2 隔離飼養(yǎng)動物模型

隔離飼養(yǎng)是指將出生21 d，即剛斷奶的仔鼠與同伴隔離，進(jìn)行單獨(dú)飼養(yǎng)。Mumtaz等[25]證實，經(jīng)隔離飼養(yǎng)的成年大鼠，雖然不能影響潛伏抑制，但是可以表現(xiàn)出類似精神分裂癥的前脈沖抑制的缺失，并且隔離個體會出現(xiàn)細(xì)胞增殖與神經(jīng)再生的缺陷，這些改變可能與DA系統(tǒng)等多個神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的改變相關(guān)。雷銘等[26]研究發(fā)現(xiàn)，因隔離飼養(yǎng)而產(chǎn)生的表現(xiàn)強(qiáng)與弱和大鼠的品系有著密切的關(guān)系。2012年，李樹玲[9]將剛斷奶的雄性SD大鼠進(jìn)行單籠飼養(yǎng)，建立了隔離飼養(yǎng)大鼠模型，發(fā)現(xiàn)與不限制飲食及4只/籠飼養(yǎng)的大鼠相比，隔離飼養(yǎng)的大鼠有較高的體質(zhì)量，且難以適應(yīng)環(huán)境。雖然隔離飼養(yǎng)動物模型能夠較好地展現(xiàn)環(huán)境對神經(jīng)發(fā)育的影響以及由此產(chǎn)生的行為和生理生化方面的變化，但是飼養(yǎng)環(huán)境的細(xì)微差異會對結(jié)果的表現(xiàn)產(chǎn)生顯著的影響。

2.3 母嬰分離動物模型

母嬰分離作為一種重要的早期社會剝奪方式，一直是研究生命早期應(yīng)激對個體生理及心理造成不良影響的經(jīng)典動物模型。研究表明，一次24 h的母嬰分離不僅對Wistar大鼠的前脈沖抑制和潛伏抑制有較大損害，而且可以明顯增加Wistar大鼠的刻板嚙齒行為。其中，抗精神藥物可治療前脈沖抑制的損害[27-28]。

2.4 電刺激動物模型

聶惠貞等[29]先在200～300 g的雌性Wistar大鼠右側(cè)VTA腦區(qū)埋置電極，然后讓其術(shù)后恢復(fù)14 d，在安靜狀態(tài)下給予刺激建立精神分裂癥大鼠模型。刺激參數(shù)為波寬1 ms、頻率100 Hz及持續(xù)2 s，以10 μA為梯度，10～100 μA刺激10次，5 min/次，確保前次刺激不產(chǎn)生余留效應(yīng)而影響實驗結(jié)果。該模型不僅可以模擬精神分裂癥的陰性癥狀和陽性癥狀，而且還具有較高的穩(wěn)定性，可以長期使用。

3 轉(zhuǎn)基因動物模型

3.1 基因改造動物模型

美國研究人員將鼠的基因改造得與一個人類突變基因非常相似，完成了第一次對鼠基因進(jìn)行修飾，希望能夠建立基因改造動物模型。經(jīng)研究證實，該人類突變基因與精神分裂癥的高發(fā)病率具有顯著的相關(guān)性。將這一改造后的基因轉(zhuǎn)入雌鼠卵細(xì)胞的DNA中，卵細(xì)胞受精后通過代孕鼠產(chǎn)仔，產(chǎn)下的仔鼠表現(xiàn)出類精神分裂癥的癥狀。這可能是第一次通過基因改造培育出精神分裂癥動物模型[30]。

3.2 兒茶酚鄰位甲基轉(zhuǎn)移酶基因(COMT)敲除動物模型

劉鑫垚等[31]證實COMT是通過全基因組掃描及對與精神分裂癥風(fēng)險相關(guān)的幾個區(qū)域繪制識別出的易感基因之一。精神分裂癥的嚴(yán)重程度與COMTval158me基因多態(tài)性有著密切的關(guān)系[32]。根據(jù)Desbonnet等[33]研究表明，COMT雜合子基因缺失能夠?qū)е缕鋵π颅h(huán)境的探索功能和社會能力障礙，COMT基因敲除鼠則表現(xiàn)出增加空間學(xué)習(xí)及工作記憶能力。

3.3 神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白基因(NRG1)敲除動物模型

NRG1是一個與促進(jìn)精神分裂癥發(fā)生相關(guān)的基因，是精神分裂癥易感基因之一，其受體是ErbB4。Zhang等[34]利用基因敲除及轉(zhuǎn)基因技術(shù)建立精神分裂癥動物模型，發(fā)現(xiàn)NRG1敲除鼠能夠表現(xiàn)出類精神分裂癥的行為。該模型造成的損傷可以通過抗精神藥物改善，所以該模型可以較好地用于研究精神分裂癥的發(fā)病機(jī)理和藥物的作用機(jī)制。

3.4 精神分裂癥斷裂基因1(DISC1)敲除動物模型

劉鑫垚等[31]發(fā)現(xiàn)DISC1是精神分裂癥易感基因之一。DISC1轉(zhuǎn)基因小鼠具有良好的空間學(xué)習(xí)的能力。然而，該小鼠對工作的記憶和執(zhí)行卻不太理想。Lipina等[35]和Hikida等[36]研究表明，DISC1基因能夠活化磷酸二酯酶PDE4B。DISC1基因敲除動物模型可用來研究精神分裂癥的發(fā)病機(jī)理以及治療方法。

4 多種方法綜合建立的動物模型

4.1 藥理學(xué)方法與神經(jīng)發(fā)育方法綜合建立的動物模型

李樹玲[9]通過對出生后6 d的SD大鼠進(jìn)行頸背部皮下注射30 mg/kg氯胺酮，2次/d，給藥至出生后21 d，同時在出生后9 d與母鼠分籠24 h，成功建立新生期氯胺酮重復(fù)處理聯(lián)合母嬰分離動物模型。解潤芳等[37]研究證實，上述方法建立的模型大鼠長大后表現(xiàn)出前脈沖抑制(PPI)降低、對MAP等藥物更敏感、學(xué)習(xí)記憶缺陷等變化。此外，王玉聰?shù)萚38]研究，將5 mg/kg的poly I: C通過尾靜脈注射給妊娠第17天的母鼠，通過使子代小鼠出生后立即母嬰分離的方式來建立精神分裂癥動物模型。

4.2 藥理學(xué)方法與轉(zhuǎn)基因方法綜合建立的動物模型

鄭艷宇[39]把C57BL/6及GAD67-GFP基因敲入小鼠作為實驗對象，通過連續(xù)腹腔注射14 d，MK801建立精神分裂癥小鼠模型，同時發(fā)現(xiàn)長期給予不超過1 mg/kg的MK801可使小鼠的共濟(jì)失調(diào)行為和刻板運(yùn)動減少，這表明小鼠的共濟(jì)失調(diào)行為以及刻板運(yùn)動與給藥的劑量具有明顯的相關(guān)性。

4.3 神經(jīng)發(fā)育方法與轉(zhuǎn)基因方法綜合建立的動物模型

Desbonnet等[40]通過對NRG1基因敲除的小鼠施加慢性的社會應(yīng)激，導(dǎo)致小鼠表現(xiàn)出對新環(huán)境探索以及空間學(xué)習(xí)能力的障礙，并且增加小鼠成年后發(fā)生精神分裂癥的幾率。該模型是研究精神分裂癥病理生理機(jī)制的良好模型。Caskin等[41]通過對新生大鼠進(jìn)行隔離飼養(yǎng)聯(lián)合PCP注射建立了精神分裂癥大鼠模型，該模型能夠誘發(fā)大鼠更深的認(rèn)知障礙。

5 小結(jié)

目前，利用藥理學(xué)方法建立的精神分裂癥動物模型應(yīng)用十分廣泛，利用PCP、氯胺酮、MK801等藥物誘導(dǎo)的動物模型不僅可以使大腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的作用發(fā)生變化，而且還可以較好地表現(xiàn)出精神分裂癥的陽性癥狀和認(rèn)知缺陷。Rapoport等證實，上述模型雖然穩(wěn)定性較好，但是動物種類以及給藥劑量和方式不同往往會造成研究結(jié)果出現(xiàn)差異。因此，該類動物模型仍具有一定的局限性，需要進(jìn)一步研究以建立統(tǒng)一的動物模型。

早期海馬損傷、隔離飼養(yǎng)、母嬰分離等利用神經(jīng)發(fā)育方法建立的動物模型，由于其采用的是相對自然的方法，有利于研究精神分裂癥的正常起因。以上動物模型均可模擬精神分裂癥的部分癥狀，但是目前還很難對其有效性做出完整的評價，仍需要進(jìn)一步深入的研究。

精神分裂癥具有較高的遺傳度。隨著基因技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的精神分裂癥易感基因被發(fā)現(xiàn)。因此，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因敲除技術(shù)等建立的轉(zhuǎn)基因動物模型也被廣泛用于精神分裂癥的研究?，F(xiàn)階段，精神分裂癥的轉(zhuǎn)基因動物模型多是對一個易感基因進(jìn)行改造。由于精神分裂癥具有多基因遺傳性特點(diǎn)，因此同時對多個易感基因進(jìn)行改造或許會是精神分裂癥理想模型制作的一個方向。

由于精神分裂癥發(fā)病原因復(fù)雜，多種因素綜合作用的結(jié)果，因此采用多種方法綜合建立的該病癥動物模型能夠更好地模擬精神分裂癥的癥狀。上述方法既能夠保留單一方法建立模型的優(yōu)點(diǎn)，又能在一定程度上克服單一方法建立模型的缺陷。因此，采用多種方法綜合建立精神分裂癥動物模型將是精神分裂癥理想模型制作的重要方向。繼續(xù)深入研究精神分裂癥模型，將為基因水平，預(yù)測精神分裂癥的發(fā)生幾率以及治療精神分裂癥提供可能性。