雙相障礙動(dòng)物模型的研究進(jìn)展

王海霞 李春燕 李夢(mèng)蝶 代碧芬 艾蓉蓉 嚴(yán) 梅 鮑天昊

(1.昆明醫(yī)科大學(xué)附屬精神衛(wèi)生中心，云南 昆明 650000;2.大理白族自治州精神病醫(yī)院，云南 大理 671000)

雙相障礙(bipolar disorder，BD)是一種重性精神障礙，在全球所有致殘疾病中排第17位[1]。世界心理健康調(diào)查倡議報(bào)告中提及，雙相障礙的終生患病率為2.4%[2]，而我國(guó)BD的終生患病率為0.6%[3]。BD以情緒的異常波動(dòng)為主要特征，常出現(xiàn)躁狂、抑郁交替或混合發(fā)作，病程呈發(fā)作性。20世紀(jì)80年代，F(xiàn)alret首先對(duì)BD進(jìn)行描述，并將其定義為“由無(wú)癥狀間隔分開(kāi)的躁狂和憂郁發(fā)作”[4]。19世紀(jì)初，Kraepelin將躁狂和抑郁歸為一類(lèi)，統(tǒng)一命名為“躁郁癥”[5]。國(guó)際疾病分類(lèi)第10版(International Classification of Dieases，ICD-10)[6]將BD分為10個(gè)亞型，但未區(qū)分雙相I型及II型障礙。美國(guó)精神障礙診斷和統(tǒng)計(jì)手冊(cè)第5版(Diagnosic and Statistical of Mental Disorders)[7]將BD分為7個(gè)亞型，器質(zhì)性疾病的雙相及雙相相關(guān)障礙、物質(zhì)/藥物所致的雙相及雙相障礙被單獨(dú)列為兩個(gè)亞型。ICD-11將于2022年在全球范圍內(nèi)使用，其最大的特點(diǎn)是對(duì)躁狂的描述范圍擴(kuò)大，輕躁狂的診斷將比躁狂更為常見(jiàn)，即雙相Ⅱ型的診斷將會(huì)增多[8]。

目前BD主要使用情感穩(wěn)定劑(如鋰、丙戊酸鹽等)治療。由于該病的病理生理機(jī)制尚未完全闡明，患者的治療與社會(huì)功能的恢復(fù)十分受限，因此動(dòng)物模型的建立尤為重要。但目前尚無(wú)評(píng)價(jià)動(dòng)物模型的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，并且尚未發(fā)現(xiàn)能夠模擬BD完整臨床表現(xiàn)的動(dòng)物模型。通過(guò)本文綜述BD動(dòng)物模型的研究進(jìn)展，旨在進(jìn)一步探索該病的病理生理機(jī)制，以期為患者提供更好的治療方案。當(dāng)前絕大多數(shù)研究以嚙齒類(lèi)動(dòng)物作為制作動(dòng)物模型的來(lái)源，通過(guò)基因編輯及蛋白干擾、藥物誘導(dǎo)以及其他特殊方法來(lái)模擬BD的發(fā)作，本文也將從BD模型的不同制作方法進(jìn)行論述。

1 基因編輯及蛋白干擾模型

1.1 時(shí)鐘基因

時(shí)鐘基因(clock circadian regulator，Clock)△19突變小鼠是最常見(jiàn)的BD動(dòng)物模型[9]。BD患者癥狀與晝夜節(jié)律的紊亂、Clock的遺傳變異有關(guān)[10]。1997年King等[11]用位置克隆確定了小鼠中的生物鐘基因，該基因第19號(hào)染色體外顯子的缺失可導(dǎo)致顯性負(fù)蛋白產(chǎn)生，轉(zhuǎn)錄無(wú)法激活，無(wú)法行使該基因的正常功能。突變小鼠表現(xiàn)為活動(dòng)增多、更偏好獎(jiǎng)勵(lì)刺激、焦慮及類(lèi)抑郁行為減少等，這與人類(lèi)躁狂發(fā)作癥狀高度相似[12]。Milienne-Petiot等[13]使用該模型在行為模式監(jiān)控器中進(jìn)行了測(cè)試，并與BD患者進(jìn)行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，BD患者出現(xiàn)探索行為以及目標(biāo)導(dǎo)向性行為增加，而突變小鼠行為增加則表現(xiàn)出更多受限制的小規(guī)?；顒?dòng)。Clock△19突變小鼠只能模擬躁狂癥的多種并非所有癥狀。2010年Mukherjee等[14]利用病毒介導(dǎo)和RNA干擾(RNAi)的基因轉(zhuǎn)移來(lái)特異性下調(diào)小鼠腹側(cè)被蓋區(qū)(ventral tegmental area，VTA)的Clock表達(dá)。該研究發(fā)現(xiàn)，Clock敲低小鼠表現(xiàn)出紊亂的晝夜節(jié)律、焦慮行為減少，在新環(huán)境中運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，但是1 d內(nèi)整體運(yùn)動(dòng)活動(dòng)是降低的。在這兩種Clock小鼠模型中，VTA中神經(jīng)元釋放的多巴胺較正常小鼠多，推測(cè)多巴胺增多與BD的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，可將其作為制作遺傳或環(huán)境動(dòng)物模型的靶點(diǎn)。慢性鋰治療能夠使突變小鼠的行為正?；痆15]。

1.2 鈉鉀依賴(lài)的腺苷三磷酸酶α3基因

鈉泵[16]由α、β、γ三個(gè)亞基組成，α亞基有Na+、K+、ATP、強(qiáng)心苷結(jié)合位點(diǎn)，并可分為3種類(lèi)型，其分布具有組織特異性：α1普遍表達(dá)于所有細(xì)胞；α2在腦組織中僅表達(dá)于膠質(zhì)細(xì)胞；α3僅表達(dá)于神經(jīng)元。鈉泵通過(guò)逆濃度梯度調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外Na+、K+濃度的方式來(lái)為人體器官功能活動(dòng)提供能量，尤其是腦。腦活動(dòng)需要消耗大量的能量用于產(chǎn)生動(dòng)作電位，參與神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞中的神經(jīng)遞質(zhì)釋放和再攝取。2011年Kirshenbaum等[17]通過(guò)使用N-亞硝基-N-乙基脲來(lái)誘發(fā)Myshkin系小鼠鈉鉀依賴(lài)的腺苷三磷酸酶α3基因(ATPase，Na+/K+transporting，Alpha 3 polypeptid，Atp1α3)發(fā)生錯(cuò)義突變，由野生型(+/+)突變?yōu)?Myk/[+])，Myk/[+]突變使一種正常表達(dá)的酶失去活性，導(dǎo)致大腦中總紅細(xì)胞Na+，K+-ATPase(NKA)活性降至36%～42%。突變后的小鼠表現(xiàn)出類(lèi)躁狂癥狀，如探索行為增多、對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)偏好大、行動(dòng)路線紊亂等。另一項(xiàng)研究顯示Atp1α3第四內(nèi)含子雜合突變(Atp1α3[tm1Ling]或Atp1α3[+/-])的小鼠NKAα3的活性較野生型降低15%[18]。將該突變小鼠與野生型小鼠一同放入慢性可變應(yīng)激源(chronic variable stressor，CVS)中，突變小鼠更容易出現(xiàn)絕望行為、體重變化、性欲減退等抑郁樣癥狀。鋰或α3亞基功能恢復(fù)可使上述行為正?；痆17, 18]。

1.3 細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶基因

細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶基因(extracellular regulated MAP kinase，Erk)參與的通路調(diào)控神經(jīng)元的增殖、分化和可塑性[19]。2009年有研究發(fā)現(xiàn)，敲除Erk的小鼠表現(xiàn)為活動(dòng)過(guò)多、不動(dòng)時(shí)間減少、冒險(xiǎn)或沖動(dòng)性行為增多、獎(jiǎng)勵(lì)動(dòng)機(jī)增加，鋰鹽無(wú)法減少該行為異常，但丙戊酸鹽可以[20]。2014年另一研究發(fā)現(xiàn)，該通路還可以被腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)激活，推測(cè)該因子可能在BD的發(fā)病過(guò)程中起重要作用[21]。Krizo等[22]研究發(fā)現(xiàn)，BDNF單倍體缺乏突變小鼠表現(xiàn)為躁狂樣行為，如攻擊性、食欲增加、活動(dòng)過(guò)度。

1.4 錨蛋白3基因

錨蛋白3基因(ankyrin 3，ANK3)是與雙相I型關(guān)聯(lián)度最大的基因[23]，其通過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯生成錨蛋白G，后者是細(xì)胞骨架蛋白中的一種。錨蛋白G可以決定離子通道的位置，是產(chǎn)生動(dòng)作電位的關(guān)鍵因素之一[24]。2012年Hatzimanolis等[25]研究發(fā)現(xiàn)，ANK3敲除與認(rèn)知能力差，比如注意力不集中、持續(xù)注意力缺陷有關(guān)。2013年Leussis等[26]通過(guò)使用慢性病毒介導(dǎo)的RNA干擾進(jìn)入小鼠海馬齒狀回或在雜合小鼠中破壞大腦特異性的ANK3來(lái)降低小鼠腦中錨蛋白G的表達(dá)。該小鼠在高架迷宮(elevated plus maze，EPM)中引起高度特異性的表型即焦慮相關(guān)行為較少，但在其他的評(píng)估中，比如聽(tīng)覺(jué)及視覺(jué)感覺(jué)表現(xiàn)、感覺(jué)運(yùn)動(dòng)門(mén)控、聯(lián)想學(xué)習(xí)等方面與對(duì)照組沒(méi)有差別。鋰鹽可以逆轉(zhuǎn)ANK3敲低小鼠的行為改變。2017年Zhu等[27]采用不同小鼠雜交構(gòu)建了前腦特異性錨蛋白G的所有主要同工型均純合缺失的模型，小鼠在EPM和明/暗盒測(cè)試中表現(xiàn)為活動(dòng)過(guò)多、速度增快、探索行為增加等躁狂發(fā)作樣行為；在尾部懸吊試驗(yàn)、強(qiáng)迫游泳試驗(yàn)中靜止不動(dòng)時(shí)間縮短，抑郁樣行為減少。鋰鹽及丙戊酸鹽能顯著改善小鼠的躁狂樣行為。

1.5 白蛋白D元素結(jié)合蛋白基因

白蛋白D元素結(jié)合蛋白基因(D-box binding PAR bZIP transcription factor，Dbp)編碼白蛋白D元素結(jié)合蛋白，后者是一種受Clock蛋白調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子[28]。2014年Levey等[29]使用收斂功能基因組學(xué)(functional genomics，CFG)方法將Dbp鑒定為BD潛在候選基因，研究發(fā)現(xiàn)Dbp雜合基因敲除的小鼠出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)能力降低、對(duì)苯丙胺的反應(yīng)減弱等抑郁樣行為，但當(dāng)暴露于環(huán)境壓力下時(shí)，小鼠變得活躍，這種改變與BD患者由抑郁到躁狂的轉(zhuǎn)換類(lèi)似，并能通過(guò)丙戊酸鹽來(lái)預(yù)防。

1.6 多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

多巴胺通路參與動(dòng)機(jī)形成、運(yùn)動(dòng)控制、認(rèn)知功能、生殖行為等過(guò)程[30]。多巴胺假說(shuō)是BD發(fā)病機(jī)制重要的假說(shuō)之一[21]。躁狂發(fā)作時(shí)，多巴胺能傳遞增加，機(jī)體的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制被激活，并通過(guò)各種機(jī)制下調(diào)了多巴胺受體突觸前及突觸后敏感性，多巴胺能傳遞減少，致抑郁發(fā)作；當(dāng)多巴胺水平低到一定程度時(shí)，機(jī)體再次以相同機(jī)制上調(diào)關(guān)鍵要素，致躁狂發(fā)作，該病也因此呈現(xiàn)出周期性。研究者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將小鼠多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(dopamine transporter，DAT)功能降低至野生型的10%時(shí)，小鼠會(huì)出現(xiàn)活動(dòng)過(guò)多的躁狂樣表現(xiàn)[31]。但是，DAT敲低的小鼠無(wú)法模擬在人體內(nèi)觀察到的前脈沖抑制(pre-pulse inhibitation， PPI)的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)缺陷[32]。2017年Rodrigues等[33]發(fā)現(xiàn)，敲除DAT后小鼠可以模擬PPI的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)缺陷，但此模型只能模擬BD躁狂發(fā)作[34]。2016年研究者通過(guò)慢性病毒載體系統(tǒng)成功操縱多巴胺系統(tǒng)，使用大鼠模擬了BD的周期性特點(diǎn)[35]。研究結(jié)果表明，多巴胺D1受體(D1R)過(guò)表達(dá)可以使大鼠表現(xiàn)出躁狂行為，但終止過(guò)表達(dá)則表現(xiàn)出抑郁樣行為，其具體機(jī)制仍未闡明。可能是當(dāng)D1R過(guò)表達(dá)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制下調(diào)了D1R的表達(dá)，直至過(guò)表達(dá)終止后，多巴胺能傳遞減少。

此外，還可通過(guò)編輯其他基因來(lái)制作雙相動(dòng)物模型。如2004年O'Brien等[36]發(fā)現(xiàn)，缺少1個(gè)編碼糖原合酶激酶3β基因(glycogen synthase kinase 3 beta，GSK-3β)的單倍體突變小鼠與野生型小鼠相比，強(qiáng)迫游泳試驗(yàn)中探索行為和不動(dòng)時(shí)間減少，但整體活動(dòng)正常，這與鋰治療小鼠的結(jié)果相似。2008年Lan等[37]選取具有B細(xì)胞淋巴瘤2(B cell lymphoma 2，Bcl-2)雜合基因的小鼠為研究對(duì)象，敲除該基因后可表現(xiàn)出類(lèi)似躁狂行為，如增加的尋求獎(jiǎng)勵(lì)、苯丙胺敏感性增加，而且鋰可以減弱這些癥狀。

2 藥物誘導(dǎo)模型

1990年后，精神興奮劑所致嚙齒類(lèi)動(dòng)物的行為敏感性被用來(lái)模擬人類(lèi)BD病情發(fā)展過(guò)程中間隔期的縮短。服用精神興奮類(lèi)藥物后，動(dòng)物處于認(rèn)知能力下降[38]、PPI的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)缺陷狀態(tài)[39]。用于動(dòng)物模型制作的精神興奮劑有可卡因、苯丙胺、氯胺酮、二甲磺酸利地非他明、α-類(lèi)脂酸、哇巴因GBR12909等[9,40]。這些藥物均能使動(dòng)物產(chǎn)生類(lèi)躁狂表現(xiàn)，可能被情緒穩(wěn)定劑如碳酸鋰、丙戊酸鈉等減弱。當(dāng)撤掉精神興奮劑時(shí)，這些動(dòng)物會(huì)表現(xiàn)出類(lèi)抑郁癥狀，如活動(dòng)減少、性行為減少、刺激閾值增高、蔗糖消耗降低等。Andreasen等[41]研究發(fā)現(xiàn)，α7煙堿型乙酰膽堿受體激動(dòng)劑SSR180711能夠減少小鼠強(qiáng)迫游泳試驗(yàn)中的不動(dòng)時(shí)間。2000年Ferguson等[42]研究表明，另一種乙酰膽堿受體激動(dòng)劑(SIB-1508Y)可以逆轉(zhuǎn)大鼠學(xué)習(xí)型無(wú)助模式中的逃逸缺陷。2013年Varela等[43]研究顯示，抑制膽堿酯酶的活性能夠誘發(fā)小鼠抑郁及焦慮樣行為。這些研究均表明膽堿能系統(tǒng)參與抑郁發(fā)作過(guò)程，鋰鹽及丙戊酸均能增加大鼠腦內(nèi)乙酰膽堿酯酶活性。

3 其他模型

3.1 免疫激活模型

在過(guò)去的幾年中，研究者發(fā)現(xiàn)免疫系統(tǒng)在BD的發(fā)病過(guò)程中起著重要的作用。2014年Haarman等[44]發(fā)現(xiàn)，BD患者中促炎細(xì)胞因子水平是升高的。2017年Rose等[45]通過(guò)激活母體免疫系統(tǒng)(maternal immune activation，MIA)對(duì)暴露于MIA感覺(jué)運(yùn)動(dòng)門(mén)控的成年動(dòng)物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)小鼠重復(fù)性和刻板性行為增加，社交互動(dòng)行為減少。Wachholz等[46]研究表明，即使是在成年，免疫系統(tǒng)的激活也會(huì)誘發(fā)抑郁、焦慮行為。

3.2 環(huán)境壓力模型

應(yīng)激性生活事件與遺傳因素相結(jié)合是精神疾病發(fā)作的危險(xiǎn)因素[9]。2015年Simhandl等[47]研究表明，近2/3的BD患者在再次發(fā)作或首次出現(xiàn)發(fā)作前6個(gè)月至少經(jīng)歷了1次未達(dá)到或達(dá)到目標(biāo)的生活事件。Vetulani[48]研究指出，在兒童的成長(zhǎng)中(尤其是人生的第一階段)環(huán)境壓力起著重要的作用。早期母嬰分離[9](early maternal separation，EMS)會(huì)導(dǎo)致早期生活應(yīng)激(early live stress，ELS)，暴露于慢性EMS的大鼠在成年后表現(xiàn)出焦慮行為異常、下丘腦-垂體-腎上腺軸功能異常、聽(tīng)覺(jué)驚嚇?lè)磻?yīng)升高、對(duì)急性應(yīng)激源的反應(yīng)增強(qiáng)等抑郁樣癥狀。該模型并未誘發(fā)躁狂樣行為，給予抗抑郁藥的效果不一，使用鋰鹽能夠預(yù)防與ELS相關(guān)的大腦變化。

4 總結(jié)與展望

BD是一種嚴(yán)重的慢性精神障礙，以情緒的異常波動(dòng)為特征，常出現(xiàn)躁狂發(fā)作與抑郁發(fā)作相交替，復(fù)發(fā)率高，目前該病的發(fā)病機(jī)制尚不明確，因此準(zhǔn)確建立動(dòng)物模型至關(guān)重要。BD動(dòng)物模型具有局限性：①目前尚無(wú)動(dòng)物模型能夠完全模擬BD的臨床表現(xiàn)；②大多數(shù)動(dòng)物模型均可用來(lái)模擬其他疾病，比如精神分裂癥、注意力缺陷多動(dòng)障礙等，缺乏特定的動(dòng)物模型；③動(dòng)物模型絕大多數(shù)以嚙齒類(lèi)動(dòng)物作為來(lái)源，極少采用恒河猴、犬等，動(dòng)物種屬過(guò)少；④尚未建立BD的體外細(xì)胞模型。未來(lái)研究應(yīng)著力于躁狂與抑郁行為之間的轉(zhuǎn)換，建立符合動(dòng)物模型三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的BD專(zhuān)用模型，進(jìn)一步解釋BD的發(fā)病機(jī)制，為有效的臨床治療提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。