創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙嚙齒動物模型的研究進展

邱連麗，戚榮豐綜述，盧光明審校

0 引 言

創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(post-traumatic stress disorder, PTSD)是指個體暴露于嚴重心理創(chuàng)傷后產(chǎn)生的一種應(yīng)激相關(guān)障礙，會使得個體變得脆弱，甚至嚴重影響患者的社會功能和生活質(zhì)量[1]。早期PTSD的研究對象主要是經(jīng)歷戰(zhàn)爭的士兵，近年來由于自然災(zāi)害、車禍、各種類型的社會暴力問題等事件的發(fā)生率不斷增加，PTSD的研究對象也越來越廣泛[2]。一項基于全球的流調(diào)研究顯示人群中約有70%的個體會經(jīng)歷創(chuàng)傷暴露，其中大約6%會發(fā)展成為PTSD[3]，在特定高創(chuàng)傷暴露人群中，例如退伍軍人，PTSD發(fā)病率可達到23%[4]。

PTSD的診斷首次出現(xiàn)于1980年《美國精神障礙診斷分類手冊-第3版》(DSM-3)中，2013年修訂的DSM-5中[5]，PTSD被單獨列為“創(chuàng)傷和壓力相關(guān)的疾病”，提出PTSD的4種典型行為特征：①重新體驗：患者反復(fù)、不自主、侵入性痛苦地回憶起創(chuàng)傷事件，主要表現(xiàn)為噩夢和記憶回閃；②回避：患者(努力)回避有關(guān)創(chuàng)傷事件或與其高度相關(guān)的痛苦記憶、思想或感受；③認知和情緒的負面變化：患者可表現(xiàn)為快感不足、對自我和世界的負面認知；④高喚醒、高警覺：患者可表現(xiàn)為對他人或物體的言語、身體攻擊；莽撞或自我傷害行為；過分的驚嚇反應(yīng)；睡眠障礙。相較于DSM-4，第5 版擴大了創(chuàng)傷事件的暴露范圍，同時還強調(diào)了患者認知和情緒的負面變化。

動物模型是評估新的治療方法安全性和有效性的首要步驟，可用于識別心理創(chuàng)傷導(dǎo)致的行為和身體異常的治療靶點，同時對于理解其發(fā)病及治療的神經(jīng)分子機制也有重要價值[6]。為了更好地研究PTSD的發(fā)病機制、治療方向等，近年來國內(nèi)外學(xué)者采用了不同嚙齒動物模型，最普遍采用的是長時間的壓力、電擊或者天敵氣味模擬創(chuàng)傷事件，誘導(dǎo)動物產(chǎn)生類PTSD樣癥狀，但目前尚未出現(xiàn)的完美的PTSD動物模型。

1 PTSD動物模型的一般評估標準

Willner提出了評估動物模型的3個標準[7]：①表面效度：動物模型可以模仿人類疾病的特征性癥狀；②構(gòu)建效度：疾病發(fā)病機制的細胞和分子過程在動物模型中可以很好地體現(xiàn)；③預(yù)測效度：動物模型可以對疾病常用藥物治療做出有效預(yù)測。

1.1表面效度表面效度，即動物模型可以表現(xiàn)出與人類PTSD DSM5診斷標準相似的類PTSD樣癥狀。簡單的表面效度的有效轉(zhuǎn)化包括以下3個方面：①診斷標準A：動物模型必須經(jīng)歷創(chuàng)傷事件，但創(chuàng)傷事件的種類、嚴重程度、持續(xù)時間等可能會有所差異；②診斷標準H：動物模型產(chǎn)生的癥狀不是由于藥物或者其他情況導(dǎo)致的；③診斷標準B-G：動物模型會產(chǎn)生一系列有意義的、持續(xù)的身體和心理的類PTSD樣癥狀，例如凍結(jié)、回避等。

過去簡單的PTSD動物模型大多滿足上述三個方面的標準[8]，通過創(chuàng)傷應(yīng)激導(dǎo)致部分行為學(xué)的改變，從而達到符合表面效度的PTSD模型，但是這樣的模型建立忽視了PTSD特有的長期存在和延遲發(fā)病的特點。2006年Siegmund等[8]基于“創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙雙分支”假說對動物模型的表面效度提出以下改進：①創(chuàng)傷事件：短暫厭惡刺激(壓力源)可誘導(dǎo)產(chǎn)生類似PTSD的癥狀、應(yīng)激源的強度可決定PTSD癥狀的嚴重程度；②癥狀：類PTSD樣癥狀可持續(xù)數(shù)周且隨時間而加重、類PTSD樣癥狀表現(xiàn)為對創(chuàng)傷記憶的過度反應(yīng)及回避現(xiàn)象(情緒低落、社交回避)、類PTSD樣癥狀在個體間有差異可以用于研究個體的易感性。

1.2構(gòu)建效度Willner指出構(gòu)建效度是動物模型構(gòu)建的理論基礎(chǔ)[7]，即動物模型和人類疾病有同源構(gòu)建體，代表動物模型可以構(gòu)建與人類疾病類似的細胞和分子機制。理想狀態(tài)下，PTSD的構(gòu)建效度指的在動物中重現(xiàn)與人類PTSD相同的發(fā)病機制，并能夠復(fù)制PTSD的行為特征、神經(jīng)內(nèi)分泌及影像表現(xiàn)[9]。

大型流行病學(xué)研究數(shù)據(jù)表示，并不是所有的創(chuàng)傷暴露者都會發(fā)展為PTSD，僅有小于20%的創(chuàng)傷暴露者會發(fā)展成PTSD[10]。PTSD被認為是由基因和環(huán)境因素共同作用導(dǎo)致的復(fù)雜疾病[11]，2013年就有研究者提出基因、早期生活環(huán)境、個體易感性這三者共同構(gòu)成了PTSD的 “三擊理論”[12]，這三者必須同時滿足才能真正滿足動物模型的構(gòu)建效度，也是構(gòu)建完美PTSD動物模型的困難所在。

1.3預(yù)測效度預(yù)測效度指的是構(gòu)建的動物模型是否可以對疾病常用藥物治療做出有效預(yù)測。五羥色胺(5 hydroxytryptamine, 5-HT)作為參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的重要遞質(zhì)，與情緒和沖動密切相關(guān)，參與多種生理功能，其功能異常可能會導(dǎo)致抑郁、焦慮、驚恐等多種精神障礙[13]。目前選擇性5-HT再攝取抑制劑(selective serotonin reuptake inhibitors, SSRIs)是公認的PTSD的臨床治療藥物[14-15]，通常PTSD動物模型的預(yù)測效度都是建立于SSRIs治療的有效性，但其缺點是一直使用舊的治療藥物的預(yù)測效度評估動物模型，不利于尋找新的治療藥物[16]。

以上3個效度是動物模型構(gòu)建的一般評估標準，目前也在精神疾病的研究中廣泛應(yīng)用。三個效度的有效性可以很好地評估動物模型是否滿足研究要求，目前PTSD動物模型大多是通過將動物暴露于充分驗證的創(chuàng)傷事件中滿足構(gòu)建效度，通過一系列行為學(xué)實驗或者神經(jīng)內(nèi)分泌檢測滿足表面效度，最后使用SSRIs測試預(yù)測效度，從而構(gòu)建滿足標準的PTSD動物模型，但是由于構(gòu)建效度的局限性，表面效度的部分性和預(yù)測效度的有限性[17]，尚未出現(xiàn)一種完美的PTSD動物模型。以下是目前國內(nèi)外幾種常見的PTSD嚙齒動物模型。

2 幾種常見的PTSD嚙齒動物模型

2.1 足底電擊(foot-shocking, FS)模型足底電擊是探究精神疾病動物模型的有效方法之一，包括焦慮癥、抑郁癥和PTSD[18]。一般制備方法是將受試動物放入電擊箱中，通過尾巴或者腳給予不可避免的電擊，電擊強度一般為(1.0～3.0 mA)，時間一般為(2～20 s)。

足底電擊是一種富含厭惡情感刺激的物理創(chuàng)傷事件，用于PTSD模型制備時，動物重新暴露于環(huán)境或者聲音等中性刺激時會引起典型的 PTSD樣癥狀，包括持續(xù)的回避和僵立、焦慮、夸張的驚嚇反應(yīng)和睡眠異常[19]，滿足PTSD動物模型的表面效度。電擊模型也可用于區(qū)分PTSD的兩類不同的癥狀，重新暴露于電擊室或創(chuàng)傷條件刺激下的與創(chuàng)傷相關(guān)的條件性恐懼記憶(包括重新體驗、回避和對創(chuàng)傷提示的過度反應(yīng)等)以及暴露于新環(huán)境或中性刺激下與創(chuàng)傷無關(guān)的敏感性恐懼記憶(煩躁、警惕、情緒低落、社交失敗等)[20]，可用于理解不同類型PTSD癥狀的生物學(xué)基礎(chǔ)。電擊模型通過再次暴露于創(chuàng)傷刺激，還可以用于研究恐懼記憶整合、鞏固和消退的過程，以及暴露療法對PTSD的治療機制[21]。

電擊模型制備能很好地滿足動物模型制備的表面效度，可用于探究不同類型PTSD癥狀的發(fā)生機制及探究新的治療靶點，且電擊作為創(chuàng)傷源簡單、易操作且可控性強，缺點在于電擊并不是制備PTSD模型的特異性方法，且不同實驗室之間使用的電擊條件沒有形成統(tǒng)一化的標準。

2.2單一的長時間應(yīng)激(single prolonged stress, SPS)模型單一的長時間應(yīng)激模型最早是由Liberzon等[22]提出的，他們認為SPS模型能夠模擬PTSD中下丘腦-垂體-腎上腺軸的異常，是良好的PTSD動物模型。Liberzon等[23]將3～5個月大的雄性大鼠飼養(yǎng)一段適應(yīng)期后，首先給予2 h的束縛壓力，緊接立即進行20 min強迫游泳，休息15 min后暴露于乙醚蒸汽中直至失去意識，然后將動物帶回飼養(yǎng)，至少7 d內(nèi)不受干擾。SPS動物模型是將動物暴露于數(shù)個連續(xù)的應(yīng)激源，造模后大鼠會表現(xiàn)出明顯的恐懼記憶滅絕受損，從而表現(xiàn)出典型的PTSD樣癥狀：存在持續(xù)的恐懼、焦慮及回避。

研究發(fā)現(xiàn)，大鼠在SPS暴露后第1天及第7天出現(xiàn)了明顯的抑郁樣行為，第1天可能是急性應(yīng)激反應(yīng)[24]，持續(xù)2周以上會表現(xiàn)持續(xù)的焦慮樣行為，表明SPS導(dǎo)致的行為學(xué)改變與時間相關(guān)。因此，SPS可用于研究應(yīng)激后不同PTSD樣癥狀，而且不同實驗使用的SPS模型實驗方法基本一致，利于復(fù)制實驗過程，驗證結(jié)論的一致性。

2.3捕食者應(yīng)激(predator-based psychosocial stress, PPS)模型捕食者-應(yīng)激模型是暴露于單一的、不可避免的、不可預(yù)測的應(yīng)激源下的應(yīng)激模型，常用的捕食者包括貓或狐貍，暴露方式包括直接暴露于捕食者個體或者是間接暴露于捕食者的氣味之中，遭受這種應(yīng)激的大鼠會表現(xiàn)出明顯的PTSD樣癥狀，且能夠持續(xù)至少4個月[25]。

捕食者應(yīng)激模型的優(yōu)勢之一是可以區(qū)分疾病的易感性，根據(jù)應(yīng)激后的動物僵直時間區(qū)分低凍結(jié)組和高凍結(jié)組，Dopfel等[26]人利用此模型提示了創(chuàng)傷暴露前的神經(jīng)功能回路的個體差異可以預(yù)測動物PTSD的發(fā)生。性別也是易感因素之一，基于雌性嚙齒動物的捕食者應(yīng)激模型可專門研究雌性動物發(fā)情期和卵巢激素對于PTSD患病的影響，有利于了解PTSD性別差異的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)[27]。

2.4社交失敗模型社交失敗動物模型是根據(jù)Miczek開發(fā)的居住者-入侵者模型修改的，首先篩選出有攻擊性的雄性大鼠做為居住者，每次將受試動物作為入侵者放入居住者的籠子中5～10 min，然后剩余時間用隔板將兩者分開，避免身體接觸，但保持其他感官刺激，重復(fù)這個過程幾天，這種類型的社會心理壓力應(yīng)激會產(chǎn)生一系列的類PTSD樣表現(xiàn)[28-29]，包括社交回避及焦慮等典型特征。

Corbett等[30]通過社交失敗動物模型面對居住者的社交失敗潛伏期將受試動物分為“易感”動物和“非易感”的動物，探究有適應(yīng)力的個體能夠成功面對壓力的機制，說明社交失敗動物模型可以體現(xiàn)動物的易感性。

3 PTSD動物模型研究現(xiàn)狀的挑戰(zhàn)及展望

近年來，嚙齒動物模型廣泛使用于PTSD的各種研究，包括神經(jīng)內(nèi)分泌學(xué)、影像學(xué)[31]及分子生物學(xué)，但不同模型存在各自的優(yōu)缺點，國內(nèi)外研究者針對PTSD動物模型的選擇尚未達成一個統(tǒng)一的標準，目前動物模型面對的挑戰(zhàn)主要包括以下幾點：①PTSD發(fā)病機制尚不清楚，且“三擊理論”難以同時滿足[12]，不能構(gòu)建完美符合標準的動物模型；②發(fā)展為PTSD的影響因素太多，仍然缺乏包括應(yīng)激強度和時間、易感性和恢復(fù)力等多種因素在內(nèi)的統(tǒng)一評估標準；③PTSD有不同亞型以及常合并其他精神疾病，用動物模型進行精準區(qū)分難度較大；④PTSD的臨床診斷通常是通過量表評估，動物模型如何有效轉(zhuǎn)化應(yīng)用PTSD的臨床診斷標準仍未達成共識。

面對這些缺陷，Richter-Levin 等[32]2018年建議PTSD動物模型實踐中必須要注意以下幾點：創(chuàng)傷應(yīng)激后出現(xiàn)的癥狀與時間可能代表不同的神經(jīng)生物機制；暴露于不同創(chuàng)傷的動物模型可以用來豐富PSTD的發(fā)病機制，研究不同類型的PTSD；增加關(guān)于PTSD危險因素、性別差異及并發(fā)其他精神疾病的研究；PTSD動物模型建立時應(yīng)考慮動物的敏感性/韌性，用于探究個體差異及尋找新的治療靶點。筆者也認為，未來如何改善PTSD動物模型使其能夠更好滿足研究需求是今后的重要研究方向，根據(jù)目前的研究現(xiàn)狀，研究者選擇動物模型時應(yīng)盡可能滿足更多的構(gòu)建標準；其次，研究者可根據(jù)自己的研究目的選擇適合的動物模型；關(guān)于動物模型的開發(fā)，研究者要盡可能滿足“三擊理論”，同時考慮性別及個體差異，尋找有效的分子基因、生物化學(xué)、神經(jīng)影像等標志物；最后，動物模型構(gòu)建的最有效的意義就是能夠?qū)ふ业叫碌闹委煱悬c，為臨床治療PTSD提供指導(dǎo)。

4 結(jié) 語

本綜述主要概述動物模型構(gòu)建的一般評估標準以及針對構(gòu)建PTSD動物模型的評估標準，列舉了常見的PTSD嚙齒動物模型的實驗方法及應(yīng)用，總結(jié)了PTSD動物模型目前研究現(xiàn)狀下面臨的挑戰(zhàn)，為PTSD嚙齒動物模型的選擇和進一步研究提供參考。通過創(chuàng)建理想的PTSD動物模型，未來將會有更多的研究用來開展PTSD的發(fā)病機制、神經(jīng)生物學(xué)、影像學(xué)、分子生物學(xué)及臨床治療研究。