普瑞瑪“實驗動物模型與藥物評價”專欄(二)| 產后抑郁動物模型及行為學評價方法研究進展來源:普瑞瑪 時間:2022-04-20 16:48:05 瀏覽:5104
【主持人簡介】曾貴榮,北京協和醫學院神經藥理學博士,副研究員,湖南普瑞瑪藥物研究中心有限公司副總經理,新藥藥效與安全性評價湖南省重點實驗室執行主任,國家食品評估中心評審專家,中國實驗動物學會實驗動物模型鑒定與評價工作委員會委員,國家藥食同源湘蓮專業委員會副秘書長,中國毒理學會中藥與天然藥物毒理專業委員會青年委員,湖南省疾病與動物模型委員會副主任委員,湖南省病理生理學會理事,湖南省神經精神藥理與毒理專業委員會委員,湖南省生物材料學會骨修復材料和器械專業委員會委員,長沙市科技項目評審專家,《中國比較醫學雜志》、《中國實驗動物學報》通訊編委、《中南藥學》雜志編委。主持并完成開發新藥100余項,發表相關學術論文110篇,其中SCI論文17篇,主持國家重大新藥創制子課題1項,湖南省科技廳重點項目1項,參與完成國家省部級科研項目8項,獲得國家發明專利3項,參編著作3部。
產后抑郁癥( postpartum depression,PPD) 是指產婦從開始分娩到產后出現的一系列抑郁癥狀,如悲傷、沮喪、哭泣、易激怒、煩躁、對生活缺乏信心等,嚴重者甚至有自殺或殺嬰傾向。PPD 發病與社會心理因素和生物因素相關,發病率約為 10% ~ 15% 。相關研究表明女性在產后幾周、幾個月或者幾年內出現焦慮或者抑郁癥狀的比例相比與其它時期顯著增高,十個婦女中至少有一個會發生產后焦慮或者抑郁癥狀,且產后 1 個月內發病率最高。相較單純抑郁癥,PPD 由于疾病的復雜多變和產后分娩所處的特殊時期使其在動物模型和行為學評價上存在較大差異。本文對產后抑郁動物模型以及其行為學評價方法進行綜述。
1.產后抑郁癥動物模型
1. 1 應激模型
1. 1. 1 慢性社會應激( chronic social stress,CSS)模型
社會應激是產后抑郁發生發展的危險因素之一,孕婦在妊娠期間或者產后遭受 CSS 常常會表現出對幼崽缺乏關愛、焦慮、快感缺乏。Nephew等通過多次雄性入侵實驗,母鼠出現對幼崽的關愛減少,不撫養幼崽甚至出現殺死幼崽的行為,表明社會應激能夠引起產后抑郁。CSS 模型常常與其他刺激( 束縛、電擊等) 一起用來誘導建立產后抑郁模型。1. 1. 2 獲得性無助( learned helplessness,LH) 模型
LH 是基于抑郁癥的某些主要特征建立的一種評價抗抑郁藥的動物模型,并廣泛應用于抑郁癥的研究。通過給予實驗動物連續非控制性的令其厭惡的刺激( 如電擊) ,經多次處理后,即便將其放入可逃避性的環境中,也呈現出逃避( 或操作) 行為缺失。Williams 在 LH 實驗前 24 h 和 LH 實驗后24、72 h 通過觀察產后母鼠的行為學以及對幼崽的關愛行為,表明 LH 可能是一個有效的產后抑郁癥的模型。近年來 Kurata 等通過觀察產后大鼠在非控制性連續刺激后,母鼠減少對幼崽的主動護理時間及在強迫游泳檢測( forced swimming test,FST)和空場檢測( open filed test,OFT) 中的行為學改變,進一步說明 LH 可用于產后抑郁模型的研究。因此,LH 可以作為產后抑郁模型的有效手段。
1. 1. 3 妊娠應激模型( gestational stress models)
為確保后代的存活和哺育,妊娠期和產后生殖激素分泌的共同特征是使孕婦保持心態平和以及減少孕婦應激反應,但同時也從側面反應出妊娠期更易于出現心境障礙。妊娠期婦女遭受慢性應激可導致子代的血壓增高,HPA 軸的某些負反饋功能調節障礙,進而在成年后出現抑郁樣行為表現。有學者認為妊娠應激會增加杏仁核基底外側核樹突棘密度,同時認為內側前額葉皮質-伏隔核( mPFCNAc) 通路組織結構變化可能是該應激誘導產后抑郁的基礎。常用的妊娠應激有束縛、禁食禁水、濕籠等。相比于其他非社會應激造模,該模型與人類產后抑郁發生情形更貼切,適用于研究妊娠期對于產后抑郁作用機制的研究。1. 1. 4 母子分離模型( maternal separation models,MS)
MS 是研究早期應激的經典動物模型,持續的MS 會使幼崽在成年后的活躍程度、焦慮水平、探索能力以及記憶水平發生變化。MS 的一般操作是在幼崽出生后的 2 ~ 14 d,每天將幼崽與母鼠分離 3 小時。有研究表明 MS 會使幼崽在成年后發生精神類疾病的可能性顯著增高。MS 不僅對后代產生影響,同時對其母鼠也產生影響。長時間的 MS 將使母鼠感到獲得性無助,顯現出抑郁樣行為,并且使母鼠血漿中皮 質 醇( CORT) 增加。研究發現短時間間隔( 15 min) 的 MS 能增加母鼠對幼崽的關愛行為,長時間間隔( > 3 h) 的長期 MS 能引起母鼠的應激反應,降低母鼠對幼崽的關愛行為。該模型的優點是采用心理和社會壓力應激,更好的模仿人類產后抑郁往往伴隨社會關系破壞或改變。
1. 1. 5 母體免疫激活( maternal immune activation,MIA) 模型
激活嚙齒動物母體的免疫系統,可引起子代大鼠大腦與行為學異常,表明懷孕期間母體感染與后代出現精神類疾病的機率增加存在相關性。通過給懷孕 15 d 大鼠注射可導致孕鼠子宮內應激的一種免疫刺激劑多聚胞嘧啶核苷酸( polyriboinosinicpolyribocytidylic acid,poly l: C,4 mg /kg) ,然后在母鼠產后兩周內對其每天進行 3 h 母子分離的早期應激,檢測雌性幼崽成年懷孕后的母性行為。結果發現與沒有遭受早期應激的產后大鼠相比,MIA 大鼠在產后 2、4、6 d 筑巢行為減少。MIA 可以作為PPD 有效模型工具。
1. 2 激素誘導模型
1. 2. 1 激素停撤模型( hormone withdrawal models)
產婦分娩后,高水平的雌二醇( E2) 和孕酮( P)在幾天內顯著下降,這些生殖激素的快速下降會導致產婦情緒變化,暗示生殖激素對產后抑郁的產生具有重要作用。Bloch 等對有產后抑郁癥病史的婦女給予八周超常規劑量的 E2 和孕激素并突然停撤,婦女出現抑郁樣癥狀。該模型的一般方法是對雌性大鼠進行去勢,術后外源性持續注射不同比例生殖激素以保持大鼠正?!叭焉餇顟B”下的E2、P 分泌水平,于術后第 24 天( 生產第一天) 突然停撤注射。激素停撤模型可以捕獲在妊娠和哺乳期激素波動對情緒的負面影響,可用于產后激素波動對產后抑郁癥作用機制的研究。
1. 2. 2 高皮質醇模型( corticosterone treatment models)
海馬損傷是抑郁癥發病的重要環節,眾多研究發現雌激素能夠保護海馬,而皮質醇是引起海馬損傷的重要因素,因此維持正常的雌激素與皮質醇的分泌至關重要。Brummelte 等通過在母鼠妊娠期期間、產后或者橫跨妊娠期和產后,皮下給予母鼠低劑量( 10 mg /kg) 或高劑量( 40 mg /kg) 的CORT,與正常組比較發現給予高劑量 CORT 會使母鼠體重和對幼崽的主動看護減少( 離窩時間延長,哺乳時間減短) ,在 FST 和 OFT 中出現抑郁樣行為。另外,妊娠期或產后給予持續高水平的 CORT 會減少產后母鼠海馬齒狀回內細胞的增值和樹突復雜性。該模型的一般操作是在母鼠產后 2 ~ 24 d,每天每只皮下注射 CORT。相比其他物理或社會應激模型,其優勢是避免了母子分離等對后代暴露的影響,使母鼠在一個可控的激素水平里,個體差異性更小。
1. 3 轉基因抑郁動物模型
轉基因抑郁動物模型存在模型穩定個體差異小的優點,使得其在抑郁模型中運用越來越廣泛。目前轉基因抑郁大鼠有 Wistar Kyoto ( WKY) 大鼠、Flinders Resistant line ( FRL) 大鼠、Tryon Maze Dull( TMD) 大鼠、Fawn Hooded ( FH) 等。研究發現 FRL 大鼠會表現出異常的母性行為,如照顧和舔舐幼崽的行為減少,潛伏期增加,這可能源于其快感的缺失。Braw 等對 FRL 母鼠和 FRL 母鼠進行母性行為比較,發現 WKY 母鼠的母性行為模式與 FRL 母鼠相比幾乎完全對立,FRL 母鼠更傾向于降低對幼崽的關愛行為。除了選擇性轉基因抑郁動物外,其他轉基因動物( 如 C57 /BL6、BALB /c) 在母性行為方面的表現也越來越受到重視。
2.行為學評價方法
PPD 的行為學評價方法主要有糖水偏愛檢測、空場實驗、行為絕望檢測( 強迫游泳實驗和懸尾實驗) 、灑水實驗、新奇抑制攝食、對幼崽的關愛行為檢測以及筑巢實驗等。
2. 1 糖水偏愛檢測( sucrose preference test,SPT)
快感缺失被認為是抑郁癥的核心臨床癥狀之一,主要表現對快樂刺激的反應缺失或體驗快樂的能力下降。糖水偏愛實驗根據動物對甜味的偏好習性而設計,當動物出現糖水偏愛指數降低時,認為動物表現抑郁樣行為。實驗分為訓練期和測試期,訓練期使動物適應蔗糖飲水,第 1 天給予動物兩瓶 1%~ 2% 蔗糖水,第 2 天給予動物一瓶蔗糖水,一瓶純水。測試前禁食禁水,測試期給予每只動物一瓶蔗糖水,一瓶純水。測試結束計算動物的總液體消耗量、糖水消耗量、純水消耗量和糖水偏愛指數( 糖 水 偏 愛 指 數 = 糖 水 消 耗/總 液 體 消 耗 ×100% ) 。
2. 2 空場實驗( open filed test,OFT)
OFT 用于評定實驗動物在新環境中的肢體活動性、探索興趣及焦慮水平?,F多運用空場計算機圖像實時檢測分析系統進行檢測。具體方法為將動物至于空場測試裝置內,適應幾分鐘后,檢測動物數分鐘內大鼠活動次數、總路程、平均速度、中央區運動比率等指標,記錄動物的自主活動能力。在每只大鼠完成實驗后,清理曠場箱內的殘留物,清除上一只大鼠的氣味,防止影響下一只大鼠的相關行為。
2. 3 強迫游泳實驗( forced swimming test,FST)
FST 是一種“行為絕望”測試,常通過動物的行為絕望水平評估實驗動物的抑郁樣行為。大鼠靜止飄浮時間反映了大鼠的行為絕望水平,且與抑郁樣表現呈正相關。具體方法: 第一天,將大鼠依次單獨置于強迫游泳桶中,讓大鼠在筒內適應 10 ~ 15min 后將大鼠撈出,干布擦干后電暖氣烤干。24 h后,觀察并記錄大鼠 5 min 內在桶內靜止不動的時間,即大鼠靜止飄浮在水面,僅有尾巴和前爪輕微擺動以維持身體平衡并使頭露出水面的時間。
2. 4 懸尾實驗( tail suspension test,TST)
TST 也是一種行為“行為絕望”測試,常有用評估抗抑郁藥物和與抑郁癥有關的其他藥理和遺傳作用的檢測。將小鼠尾巴用膠帶( 或磁鐵) 固定于檢測箱上,使小鼠保持懸掛狀態 6 min,記錄小鼠后4 min 的不動時間。小鼠懸尾的不動時間反映了小鼠的絕望水平。
2. 5 灑水實驗( splash test)
灑水檢測是評估實驗動物主動自我修飾的實驗,可用于評估實驗動物的抑郁水平。在這個行為學檢測中,大鼠的修飾活動 ( 包括洗臉/鼻/頭和整理身體毛發) 視為一種愉快的行為間接測量而被記錄。一般方法是在鼠籠內把 10% 的蔗糖溶液用噴霧器噴在動物的背部毛發上,并記錄大鼠 5min 的修飾活動總時間。動物自我修飾活動的總時間反應了動物的抑郁水平。
2. 6 新奇抑制攝食實驗( novelty suppressed feeding test,NSF)
NSF 常用于檢測抗慢性抑郁癥藥物的療效,通過測量動物在新環境的進食潛伏期,評估抑郁癥動物的焦慮狀態。具體方法: 在對實驗動物進行NSF 前禁食不禁水 24 h,于陰暗的房間的檢測區中心放入食物,檢測 5 min 內動物開始咬食的時間即攝食潛伏期,如果 5 min 內未攝食認為攝食潛伏期為 5 min。
2. 7 母鼠對幼崽的關愛行為檢測
母鼠對幼崽關愛行為檢測多用于產后抑郁癥的評價,一般認為產后抑郁的母鼠將會出現對幼崽的關愛行為降低、自身積極行為時間減少和自身消極行為增加的表現。該檢測的具體方法: 于分娩后的第 4 天,將幼鼠分散于鼠籠四角,將母鼠置于鼠籠中央,在鼠籠正上方處懸掛攝像機進行記錄,每只母鼠觀察時間為 30 mim,記錄母鼠關愛幼崽行為( 噙崽潛伏期、集窩時間、舔崽時間、噙崽頻率) 、自身的積極行為( 母鼠走動、站立、攀越等探索性行為的總時間) 和自身的消極行為( 母鼠不動、無方向的翻動墊料或者蹲位后頭、爪、尾不停騷動的總時間) 進行分析。
2. 8 筑巢實驗( nest building test,NBT)
對小型嚙齒類動物,巢穴是一個重要的庇護所,對親本的生存與子代的撫養均有重要意義。研究發現筑巢實驗是一個潛在的用于抗抑郁藥物篩選的行為學方法,常用筑巢等級劃分。一般實驗方法: 單籠飼養實驗動物( 不提供墊料) ,向每個養鼠箱內放置一塊長方形脫脂棉塊供實驗鼠筑巢并開始實驗,觀察并記錄在實驗開始后數小時實驗鼠的筑巢等級。筑巢等級劃分標準如下: 0 級: 動物未嘗試進行筑巢,脫脂棉塊完好; 1 級: 動物開始嘗試筑巢,少于一半的脫脂棉塊被撕碎; 2 級: 超過一半的脫脂棉塊被小鼠撕碎,但未能筑成穩定巢; 3 級: 動物成功筑成穩定的非封閉巢穴,呈杯狀; 4 級: 動物成功筑成了穩定的封閉圓頂巢。
3.小結
PPD 的發病率高,對母親和胎兒均有不利的影響,但人們對其病因及相關神經生物學機制現仍知之甚少,目前該疾病的研究主要依賴動物模型以及評價方法。從上述 PPD 動物模型的分析可知現階段 PPD 造模多是從產后抑郁癥的某一方面病因和癥狀出發,存在其各自的局限性。如應激模型普遍存在因實驗動物個體差異而表現出的假陽性,以及實驗周期長強度大等問題; 轉基因抑郁動物模型雖穩定但難以獲得等。近年來,越來越多的學者研究轉基因動物母性行為的潛在原因,以期為產后精神疾病的模型和病因學提供寶貴的見解。另外,相較與單純抑郁癥,PPD 在行為學評價上也存在其特殊性,除糖水偏愛實驗、空場實驗、強迫游泳等行為學檢測外,其中母鼠對幼崽的關愛行為、筑巢行為等成為 PPD 重要的考量指標之一。隨著新型抗抑郁藥物臨床需求日益嚴峻,不斷完善動物模型和行為學評價指標對于 PPD 病因與機制的研究至關重要,也對今后 PPD 新藥開發與研制提供幫助。
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