精神分裂症,动物模型 中国实验动物信息网 2020-12-02 695

　　精神分裂症是精神科常见的重型精神疾病，致残率极高，也是疾病负担*重的精神障碍之一，其终生患病率约占整个人口的1%。其病因尚未阐明。目前大多数研究认为精神分裂症是由生物、心理和社会环境以及它们的相互作用造成大脑功能损害的结果。推进对精神分裂症病因与生物机制的理解、探讨抗精神病药物作用机理以及识别评估新的治疗手段离不开精神分裂症动物模型的建立。由于精神分裂症具有独特的人类本质，动物模型无法模拟精神分裂症患者的精神和心理因素，发展完善动物模型这一课题面临艰巨的挑战。因此本文将就此方面研究进展展开综述。

　　1 动物模型建立的现况

　　精神分裂症的动物模型按其诱导策略的不同大致可分为药理学诱导动物模型、发育动物模型和转基因动物模型三大类[Cil。药理学诱导动物模型采用药物诱导精神分裂样症状。多巴胺假说是*早的精神分裂症病因假说，该理论认为精神分裂症症状是由于脑内多巴胺过剩所致。通过精神振奋药如安非他明来诱发动物的异常行为是这一模型的代表。由于多巴胺递质失调的假说无法完全解释精神分裂症的发病机制，近年来，谷氨酸盐失调假说引起了广泛的关注。研究发现给人类注射NMDA受体拮抗剂药物后可引起类似精神分裂症症状的行为表现，包括幻觉、妄想和怪异行为。同样，在啮齿类动物身上注射此类药物，也会出现类似精神病的行为改变，如感觉运动门控障碍、极度活跃、社会退缩，以及学习和记忆功能障碍。报道称这些行为异常可以通过注射临床上一些抗精神病药物恢复正常。因此它成为阐明精神分裂症发生的病理机制，检验新型抗精神病药物有效性的一个有力的工具，也是目前国内外研究中*常使用的一种模型建立方法，其代表药物有氯胺酮,PCP和MIA-801。其中MIA-801可以同时模拟精神分裂症的阴、阳性症状，因此近年来广泛用于模型建立的研究中，本文将对其详细介绍。此外，研究发现神经紧张素与精神分裂症病理机制有关，并且参与了抗精神病药物的作用机理。这个模型目前尚不成熟，研究中很少用到。

　　神经发育模型是通过对新生动物的脑部毁损(尤其是破坏海马的发育)、胎儿期病毒感染或者破坏动物神经元正常发育来实现，动物会在成年后出现精神分裂症的一些行为学和神经生物学特征，这些与精神分裂症的神经发育假设相一致:产前、围产期和产后的不良事件可能在某种程度上影响到大脑发育，随着大脑发育成熟在二十到三十年后出现症状。这类模型可用于筛选新药。

　　因己证实精神分裂症是一种高度遗传性疾病，由此产生了转基因动物模型。运用转基因技术可以选择性或者全面抑制精神分裂症相关的神经递质从而建立模型展开相关研究。此模型正在研究中，将为今后可能实现的基因治疗打下基础。

　　2  MIA-801给药方式、选取剂量及动物种类

　　现有的研究对于实验动物的选择尚不统一。国内研究多选用围产期或者成年期的Sprague}awley大鼠高剂量(> 0. Smg/kg)单次注射[[A]或低剂量(蕊0. 5mg / kg)重复给药C9, io7来建立模型，也有选择不同品系小鼠单次或多次给药[D‘一川进行相关研究。国外研究多选用SD大鼠或Wistar大鼠，部分作者选择在成年期给药建立模型并进行相关研究，或者选择在出生后不久(3一7 d)给药，也有研究选择高剂量(0. 5一1 mg/kg)单次或单日给药，或者选择低剂量((0. OS0.40 mg/kg)重复给药2周甚至更长时间。还有一部分研究以小鼠来建立模型，也分为单次和重复给药两种方式。目前动物种类、给药剂量以及给药时间还没有建立统一的标准，因此研究的结论存在差异，这方面还有待于明确。

　　3 社会行为评价模式

　　前脉冲抑制(PPI)感觉运动门控是信息处理一个重要的领域，包括恰当地过滤传入的感觉信息，通过阻塞无关或不重要的信息来使注意分配到突出的刺激上。听觉惊跳反射的前脉冲抑制是感觉运动门控的可操作性测量方式。它是指突然发生的强烈的外部感觉刺激引起的反射性反应，可以在人类或啮齿动物中观察和测量。前脉冲抑制现象包括模糊的前刺激诱发的自动惊跳反射的抑制。它是指当一个不能够引起惊跳的前脉冲先于一个可以引起惊跳的脉冲30/50 ms出现，不考虑它们是否属于相同的感觉形态，惊跳反射的强度降低。前脉冲抑制的减弱表明感觉运动门控受到损伤，这在精神病性症状活跃的患者身上尤为显著。研究发现使用抗精神病药物可使这些缺陷正常化，且非典型抗精神病药物的作用更加显著。

　　迄今为止，动物出生后不久即予以MIA-801处理，对PPI是否存在长期效应一直存在争议。早些研究指出，在大鼠出生后第3天单次注射MIA-801对其的基础前脉冲抑制无影响。然而对年长一些的大鼠，则可以减少前脉冲强度的效应圈。新生大鼠经MIA-801处理而未出现前脉冲抑制变化也在Coleman Jr LG等研究中有所报道。与此一致，Harris L等Czal也未发现成年雄性大鼠在出生后第7天给药后前脉冲抑制有任何变化。然而，有趣的是，在相同的研究中，成年雌性大鼠经MIA-801处理却存在前脉冲抑制的损伤。Zhao YY等在2013年的报道中也有类似发现。相反，另一项研究使用雌性大鼠，出生后5一14 d每天2次注射MIA-801 0. 25 mg / kg，在2一9周龄时却未发现有前脉冲抑制破坏}z}}。因此难以得出性别是否对于实验有决定性的影响。另有少量研究报道了积极的发现。Uehara T等在大鼠出生后7一10 d用MIA-801处理，发现了前脉冲抑制的剂量和年龄依赖效应。LiM等研究大鼠连续六天给予NMDA受体拮抗剂后PPI损伤的持续时间，一组恒定的剂量给药，一组以逐渐递增的方式给药，研究发现，这两种给药方式都可以造成PPI的稳定持久性损伤，但后一种方式作用更好。

　　考虑到制造可靠的前脉冲抑制变化的问题，*新一项研究结合了新出生的动物MIA-801处理和隔离饲养来模拟精神分裂症的双击假设。通过三项前脉冲抑制测试发现对新生大鼠仅MIA-801处理不能产生任何前脉冲抑制缺陷，而仅隔离饲养仅产生轻微的和不一致的前脉冲抑制缺陷。然而两者结合的模型引发剧烈的前脉冲抑制改变，与这三个测试的结果一致，因此似乎两种方法的结合有更可靠的前脉冲抑制改变囚。

　　近年来，不少学者对MIA-801引起感觉门控障碍的机制做了相关研究。Bxaszczyk JW等认为，不同剂量的MIA-801处理后，小鼠的听觉惊跳反射的PPI程度不同，可以被用来解释惊跳反射的谷氨酸盐机制。Valsamis B等*近一项研究也进一步支持这一观点，即前额中央皮质谷氨酸盐的功能过度激活是系统注射MIA-801引起的感觉门控障碍的主要机制。JuliaZangrand等研究指出，啮齿类动物PPI的表达是由下丘的谷氨酸盐介导参与的。FijaxK等[X330发现，抗精神病药改善PPI的机制中，5一HT受体也参与了部分作用。

　　3.2自发活动MIA-801处理新生大鼠所致长期行为变化*具广泛特征的即自发活动。精神分裂症中活动增高被认为与阳性症状有关，可能代表中脑边缘多巴胺系统的活性增高。大部分研究均显示，MIA-801可引起大鼠自发行为的增多。Park SJ等发现，小鼠经MIA-801急性给药后，可出现自发行为的增多。

　　Missault S等在Wilt大鼠的研究中也有类似发现。我团队研究发现，MIA-801按照0. 3mg/kg给药后，大鼠的自发活动较对照组有所降低，提示MIA-801对自发活动的影响可能与剂量有关。Xiu  Y等0发现，小鼠经过MIA-801慢性处理后，表现出在旷场实验中自发行为增多、孔板实验中对新环境探索行为减少、高架迷宫测试中焦虑情绪增加。Latysheva NV等发现大鼠在处理阶段(注射后23 h)有自发活动降低，但处理结束后第6天或在4个月龄时这个变化却不明显了，因此推断处理后效应不能长期存在。在小鼠中也

　　发现自发运动不能维持长时间的改变，尽管它们的趋触行为有增加的现象。在性别研究中，Guo C等[09}发现雌鼠给药后可以出现自发行为的增多，但该研究中仅使用了雌性被试因此无法得出关于另一性别的结论。

　　Schiffelholz T等[Cool在大鼠出生后第6 }21天注射0.25mg/kg MIA-801，在成年期((60 d)大鼠呈现低自发活动，而第30天时是活动增加的。由此推断，幼年的高活动性可能预示着发病前的异常，如冲动性，反之成年期的活动减低可能反映精神运动阻滞，显示疾病开始后的状态。使用同样的处理方法，Baier PC等报道了一个很类似的发现，MIA-801处理大鼠的自发活动，通过测量在高架十字迷宫中行动距离和悬浮时间发现，在生后第60天和第90天显著减少。这个结果需要引起注意的是，在旷野和高架十字迷宫中测量的自发活动可能因设计内涵和装置的目的不同而极不相同。因此，结果可能不能准确反映标准装置(活动室或旷野)中观察到的自发活动，很可能被老鼠焦虑指数混杂。MIA-801大鼠低自发活动可能反映更高的焦虑水平增加的不动行为

　　3. 3认知功能

　　3.3.1新物体识别新物体识别测试常规被用来评估啮齿类动物的再认记忆，基于相对熟悉的事物，动物更可能会去探究陌生事物这一内在倾向性。也就是说相对于之前见过的事物，动物会用更多的时间研究新事物。很多研究发现，急性给予MIA-801可以引起动物新物体识别障碍，抗精神病药物则可以改善这一损伤。Park SJ等急性给予成年小鼠0. 2 mg/kg的MIA-801后，小鼠在测试中表现新物体识别障碍，且这种障碍可以被急性注射氯氮平显著改善。而动物在生命早期给药MIA-801后的长期影响，效果似乎不那么确定。在出生后7一10 d给予0. 1 mg/kg的MIA-801 ,Stefani MR等Caal在大鼠成年期测试时未发现新物体识别方面有任何损伤。同样，不管是选用高剂量的MK-801还是延长为4倍注射时间，Baier PC等[Ca i7也未在小鼠生命任何阶段发现其存在再认记忆的损伤。LimAL等[29]在评估成年大鼠时也未发现任何MIA-801引起的新物体识别缺陷。

　　尽管研究不足，迄今为止可获取的发现显示，在生命早期阶段反复使用MIA-801诱导的NMDA受体拮抗作用，获取和保留阶段间隔1.5 h,2 h或Sh之后，对新事物识别记忆无长期负面影响囚，然而间隔以外的结果仍不确定。

　　3.3.2空间记忆空间记忆在对生命早期MIA-801处理的大鼠的认知研究中是*有影响力的。水迷宫范式常规被用于大鼠/小鼠空间记忆研究。一般说来，此测试包括把动物放入一个圆形装不透明水的水池，然后允许它通过迷宫外线索的帮助找出并爬上一个隐藏的平台来摆脱一直在水里的困扰。通过反复测试，空间学习促进了逃避潜伏期的降低。即使把平台从水池

　　中移出，空间记忆的保持还可以促使动物仍然在平台区有更长的游弋时间。早期生命MIA-801处理导致水迷宫成绩降低主要在成熟后表现出来。McLamb RL等在未成熟雌性大鼠中未发现水迷宫行为有任何变化，而Su YA等发现雌鼠有轻微的功能损伤。我团队研究发现，出生6 d的仔鼠，腹腔注射0. 3mg / kg的MIA-801，每天2次，连续注射2周，给药结束后1周进行小鼠水迷宫测试，可以发现MIA-801组大鼠学习能力降低，学习速度减慢，长时记忆亦有损伤，但仍具有学习的能力。李继涛等发现，腹腔注射小剂量MIA-801破坏了大鼠的参照记忆、空间工作记忆和逆反学习，提示其在多个认知维度上可模拟精神分裂症患者的认知缺陷。王颖丽等连续注射MIA-801后，大鼠出现类似人类精神分裂症的异常行为和学习

　　记忆功能障碍，但学习记忆的损伤并非不可逆的，因此认为这两者之间的关联性有待进一步深入研究。国内外研究快讯报道，用MIA-801处理的大鼠，在引起急性精神病发作同时，还导致突触可塑性的严重破坏，并伴随空间记忆形成的永久损伤。Su YA等研究发现，

　　出生早期经MIA-801处理的大鼠，在青春期有中度的工作记忆损伤，而在成年期这种损伤异常显著。然而，自发运动和PPI在这两个阶段均未受到损伤。对小鼠的研究也有报道存在显著地空间工作记忆缺陷。尽管空间记忆在学习阶段没有显著不同，但是当把平台转移到迷宫另一象限后，会出现显著缺陷

　　同样，光线迷宫学习的缺陷也在大鼠中可以观察到，效应呈剂量依赖性。与对照组相比，0. 2 mg/kg处理的大鼠几乎要花两倍长时间来达到学习标准，而0. 4mg/k;处理的大鼠在规定的时间段内根本无法达到标准网。此外，在另一个食物为奖赏的迷宫测试中也报道相对于对照组，处理组有空间学习能力延迟，尽管连续训练的时间里能观察到逐步的进步，但MIA-801处理组在训练阶段比对照组依然表现要差

　　van der Stagy FJ等认为无论是皮下注射，还是肌注，啮齿类动物给药MIA-801只要不超过0. 1mg / kg，即可满足认知损伤模型的标准，且不会造成感觉门控损伤或毒性作用。

　　4  MIA-801对大脑形态学和神经化学的长期影响

　　4. 1大脑形态学出生后MIA-801处理的大鼠大脑重量下降己有所报道。Facchinett F等记录了MK-801处理(生后1一12 d)结束后立即测量大脑重量发现其显著减轻，这种影响可以持续直至成年。更多详细的研究显示出对不同脑区的影响并不一致，重量减少*显著的区域是小脑和纹状体区，对海马影响*小。Kawahe K等[[52]也报告了当大鼠成年被处死时存在大脑重量减少，但他们没有尝试进一步了解MIA-801对不同脑区影响的特征。

　　另外，大脑重量减轻也可能是脑容量和神经元数目减少的结果。在对海马的研究中，Hari、等发现了动物在两月龄被处死时海马有容量减小的趋势，脑下角尤为显著，同时伴随CAl区域神经元数目减少。类似地，也有研究发现成年大鼠脑组织前额皮质V锥体神经元有所减少。

　　4. 2神经化学神经结构和功能影像学研究发现，前额皮质是精神分裂症病因的主要皮质之一。Blot K等在研究大鼠认知功能损伤与皮质功能关系时发现，单次注射0. 1 mg/kg的MIA-801可以引起海马-前额叶皮质逐渐产生的长程反应，与长时程增强的机制相同。大鼠给药MIA-801后出现皮质独立的认知灵活性损伤及海马额叶相关的空间记忆损伤，这些作用都在24 h内逐渐削弱。贾娇等研究发现，新生期阻断NMDA受体会引起大鼠成年期海马NR1, NR2A的代偿性增加，引起青春期前额叶部NGF下降，因而认为新生期阻断NMDA受体会引起NGF调节改变、谷氨酸系统长期代偿。唐亚梅等研究发现，围产期MIA-801重复处理诱导的精神分裂症发育模型大鼠mPFC区和海马SHIT能递质系统功能减退，海马NE能递质系统功能减退。神经生长因子为重要的神经营养因子，研究[[54]提示其水平的改变可能参与精神分裂症的发病机制。我国一项研究认定了脑源性神经营养因子在前额叶和海马存在不同的表达模式。前者在产后期观察到的升高不能持续至成年期或青春期，而后者在成年期和青春期却存在高水平的表达，但在此之前是没有的。

　　有研究称，在生命早期用MIA-801处理的大鼠成年后的改变主要是由于影响了主要的神经递质系统。Harris  L等Czal详细说明了NMDA受体的NR1亚型在丘脑背侧和海马背侧区存在低表达，而在腹侧区和腹侧CA3区有过度表达。另外在皮质也发现了NRl表达的增加。一项关于单胺代谢的研究报道称，多巴胺代谢在额叶和纹状体均有所增加，而5一轻色胺和去甲肾上腺素仅分别在额皮质和纹状体代谢增多对神经递质的影响也涉及了丫氰基丁酸系统。有研究发现，与对照组大鼠相比，处理组损失了几乎一半的前额皮质小清蛋白中间神经元。

　　此外亦有研究显示，MIA-801对于大脑具有保护作用。袁凤刚等2014年的研究发现，MIA-801能够抑制SD大鼠全脑缺血/再灌注引起ASIA的S一亚硝基化，进而影响ASIA凋亡信号通路，对神经元损伤起到保护作用。周洪霞等也有类似发现。因此，MK-801的作用机制还有待进一步深入研究。

　　5 效性评价

　　精神分裂症作为一组复杂的疾病，想要在动物模型中复制其存在的全部症状很困难，在目前的科学技术下几乎不可能实现，因此需要建立一个准则用于评估这些模型。为此，我们探讨MIA-801给药建立精神分裂症动物模型是否合理。首先，它是一个发病机制的模型，主要基于NMDA受体假说，以精神分裂症的多巴胺能神经元递质传递失调为基础。其次，成年期的改变源于生命早期的不良因素干扰，该模型与精神分裂症的神经发育模型一致。此外，细胞凋亡增强也牵涉在精神分裂症的发病机理中，因为它可以解释在死后组织中观察到的细微神经病理学变化，如神经纤维减少和无神经胶质出现的细胞结构缺陷尽管证据显示，动物在生命早期经MIA-801处理后的行为表现可以模拟精神分裂症的部分症状，但仍有证据显示它们之间存在差异，尤其是关于前脉冲抑制和自发活动，因此这个模型的表面效度似乎不够充分。而且，报道的变化主要局限于阳性症状和认知损伤，目前发现的与阴性症状有关的表现尚不充分，因此不能得出明确的结论。阴性症状如社会功能缺陷、社会退缩是首次精神疾病发作前的早期表现之一，是对治疗反应欠佳的症状之一，因此精神病性症状缓解后仍需坚持治疗。由此，我们认为，动物模型的建立在治疗药物的发现中起了重要的作用，能够引发阴性症状相关行为的模型会存在更大价值。

　　6小结

　　MIA-801处理新生大鼠导致NMDA受体功能失调，在未成熟大脑中加速引发弥漫性细胞凋亡，之后出现细胞结构和突触的重组。这些异常可能以在生命晚期出现精神病性症状而告终。MIA-801可以建立稳定的精神分裂症阳性症状及认知功能损伤动物模型，具有合理的结构效度。由于一些观察结果的复现性比较差，尤其在精神分裂症模型行为研究中*为广泛的前脉冲抑制和自发活动方面，因此它对行为长期影响的一致性存在争议。而且，与阴性症状有关的行为发现不足，这方面仍需进一步研究。此外，由于给药方式、给药剂量、动物种类的不同，研究结果往往差异甚大。因此，MIA-801给药建立精神分裂症动物模型目前仍然是讨论的热点之一，为保证研究结果的一致性，模型建立方法还需要进一步统一化，能够完善精神分裂症阴性症状的模型建立方式还需进一步深入研究。