不同氨基酸对精神分裂小鼠BALB/C干预作用研究

张程希，吴 晶，翟 寅

(本文编辑:张仲书; 英文编辑:王建东)

精神分裂症是一种以基本个性改变，思维、情感和行为的分裂，精神活动与环境不协调为主要特征的精神疾患，是人类面临的最为严重的疾病之一，其患病率是精神疾病中最高的一种［1］。病程多呈持续进展，导致社会适应能力的下降甚至精神衰退。精神分裂症不仅给患者本人造成终身的痛苦，而且给家庭和社会造成长期沉重的经济负担［2］，同时还严重威胁社会的安全与稳定。英国科学家发表的一项最新研究指出，目前全球罹患精神疾病的人数不断上升，这与人类过去半个世纪的饮食习惯改变、吃进过多垃圾食物有关。英国均衡饮食推广机构与英国精神健康基金会发表的研究报告指出，英国人过去60年间摄取的新鲜蔬果与鱼类都较过去少，其中蔬菜消耗量比过去减少了34%，鱼的摄入量比60年前减少2/3。相反，人们食用过多饱和性脂肪及糖类，是罹患忧郁症、精神分裂等精神疾病的重要因素，而加工食品所含毒素与氧化剂也会对脑细胞造成损伤，英国精神健康基金会执行官安德鲁·麦克洛奇认为，对于一些精神病病例而言，改变饮食习惯较药物治疗和心理治疗更为有效［3］。

食品中含有人类所需的不同氨基酸及矿物质，由精神分裂症的谷氨酸假说可知，精神分裂症患者可能存在着谷氨酸和甘氨酸等氨基酸神经递质的不足。甘氨酸是一种主要存在于灰质中的神经递质，目前对其神经传递功能研究较少，大部分的甘氨酸抑制途径发生在脊髓和髓质中。谷氨酸可在神经元和神经胶质中进行代谢，作为一种兴奋性神经递质，谷氨酸在神经元中不断被消耗。色氨酸是一种基本氨基酸，且在人脑中无法合成，在机体中它可以利用草酰乙酸作为胺类基团受体进行转氨作用，也可以进行脱羧作用。酪氨酸在脑和肾上腺中的主要代谢途径是转化成儿茶酚胺。为此，我们通过建立小鼠磷酸可待因精神分裂模型，探索L-谷氨酸、酪氨酸、色氨酸、甘氨酸，四种氨基酸对精神分裂症患者的作用，方法及结果如下。

1 材料与方法

1.1 实验材料 造模药：医用口服磷酸可待因片剂(15 mg/片，国药集团工业股份有限公司)，对照组：医用口服盐酸氯丙嗪片(25 mg/片，太原市卫星制药有限公司)，实验氨基酸：色氨酸(纯度≥99%)、甘氨酸(纯度≥99%)、酪氨酸(纯度≥99%)、L-谷氨酸(纯度≥98.5%)均来自Sigma公司。实验动物：BALB/C小鼠40只［实验动物许可证号：SCXK(鄂)2008-0005］，均为雄性，由武汉大学动物实验中心提供。实验材料：微量注射器(250μl)、灌胃针、鼠笼、烧杯、量筒、自制洞板计数仪、自制旷场模型、1.5 ml EP管。

1.2 实验方法

1.2.1 氨基酸种类选择 通过查阅文献［4-8］，从20种基本氨基酸中筛选出可能对精神分裂症患者有直接或间接作用的氨基酸：L-谷氨酸、酪氨酸、色氨酸、甘氨酸。

1.2.2 动物分组 将40只小鼠随机分为10组，每组4只，分别标记为空白组，阴性对照组，四种氨基酸的高低剂量组。其中每组小鼠标记为1、2、3、4号，前3号为实验小鼠，4号小鼠为备用鼠，防止小鼠在实验过程中意外死亡造成数据缺失。

1.2.3 动物造模及氨基酸注射 试验中使用的造模药为磷酸可待因，预实验探索得出其造模用浓度为30 mg/ml，注射量为5μl/g，左侧腹腔注射。对照组为造模后灌胃注射氯丙嗪，浓度为0.33 mg/ml，注射量0.1 ml。空白组为造模后灌胃注射生理盐水。四种高低浓度氨基酸注射量分别为每次0.1 ml/只，每只灌胃注射一次，注射后放入准备好的鼠笼中，10 min后，造模及注射完成(造模用磷酸可待因及对照组氯丙嗪试验浓度及剂量均为实验者探索得出)。氨基酸的用量参照人体氨基酸的正常摄入量计算［5］，分别为色氨酸 11.4 mg/kg、谷氨酸 40 mg/kg、酪氨酸 45.3 mg/kg、甘氨酸 5 mg/kg。根据实验用BALB/C小鼠的平均质量换算得出待测氨基酸的浓度。

1.2.4 旷场实验 通过灌胃给予正常小鼠系列剂量的实验氨基酸溶液。然后将小鼠放回饲养盒中，10 min后将小鼠放置于尺寸48 cm×24 cm×20 cm、顶部开口的长方形实验盒内，盒上覆盖无色透明玻璃；对小鼠在盒内的行为进行录像。观看并分析，做出整个检测期间在2 h内的刻板行为时间以及快速运动的次数，评定记录待筛选氨基酸对正常小鼠的行为产生的影响［6］。

1.2.5 洞板实验 将小鼠分为对照组和实验组；造模后，分别给予小鼠不同的高低剂量氨基酸；将小鼠放置于洞板平台中央，即开始计时，读取该小鼠3 min内的探洞次数［6］。

1.2.6 统计学处理 实验数据处理用SPSS 11.5统计软件包进行统计学分析。实验结果采用配对样本t检验，实验数据以均数±标准差()表示，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 造模结果 利用磷酸可待因造模后，小鼠在旷场中出现刻板性动作并伴有不时的快速移动；洞板实验中，小鼠天生好奇型的探洞行为明显减少，学习和记忆功能下降。造模结果符合精神分裂症的阴性症状，如情感淡漠和运动机能障碍。

2.2 旷场实验结果 见表1，空白模型组刻板行为时间为(361.00±24.02)s，快速移动次数(8.75±2.31)次，氯丙嗪对照组刻板行为时间约为(161.33±16.17)s，快速移动次数(4.00±1.00)次，即对照组实验结果几乎是空白组的一半。由L-谷氨酸高低剂量刻板行为时间和快速移动次数，均说明L-谷氨酸高低剂量组灌胃给药后有效缓解BALB/C小鼠的紧张度，和对照组氯丙嗪有着相似的缓解精神分裂症状的作用，其中以L-谷氨酸高剂量组效果更为显著。同理，酪氨酸高低剂量组刻板行为时间和快速移动次数较空白模型组大幅增加，即小鼠紧张度增加，说明酪氨酸对精神分裂症有促进作用，见表2。

2.3 洞板实验结果 见表1，空白模型组小鼠探洞次数为(7.67±0.58)次，对照组小鼠探洞次数为(22.33±2.52)次，对照组探洞实验结果几乎是空白组的3倍，说明氯丙嗪对缓解精神分裂有着较显著的作用。L-谷氨酸高低剂量洞板实验小鼠探洞次数分别为(22.67±1.53)次和(26.00±2.65)次，由表1可见，分别注射L-谷氨酸高低剂量后小鼠探洞次数明显增加，说明学习性行为恢复。因此，L-谷氨酸高低剂量和对照组氯丙嗪有着相似缓解精神分裂症状的作用。同理，酪氨酸高低剂量组探洞次数减少，即小鼠情绪更加淡漠，学习型行为近乎丧失，说明酪氨酸对精神分裂症有促进作用，见表2。

表1 高低剂量氨基酸对小鼠精神分裂刻板行为、快速移动次数、模型洞板实验的影响()

表1 高低剂量氨基酸对小鼠精神分裂刻板行为、快速移动次数、模型洞板实验的影响()

注：以上数据均已根据不同小鼠计数，求取加权平均数记录并计算。与空白模型组比较，*P＜0.05；与氯丙嗪对照组比较，▲P＜0.01

表2 高低剂量氨基酸对精神分裂小鼠干预作用百分比(%)

3 讨论

近年来，精神分裂症的谷氨酸假说越来越受到精神医学界的关注，研究者特别意识到谷氨酸N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体系统在精神分裂症病理机制中的潜在作用。精神分裂症谷氨酸假说认为：精神分裂症患者存在脑内谷氨酸NMDA受体功能减退，这种状况可因使用NMDA受体拮抗剂而导致原本正常的人或动物大脑的神经功能产生功能减退的变化。方贻濡等［7］认为，谷氨酸是影响认知功能的一个重要因素，谷氨酸受体(Glu-R)可以选择性地与递质受体结合，激活N-甲基-D-门冬氨酸受体(NMDA-R)，使钙通道开放，钙离子内流增加，调节着兴奋性突触的传递，参与学习和记忆的形成。

临床研究表明，在慢性分裂症患者脑内，至少有6个脑区(运动前区、感觉区、缘上回、角回、视觉皮质及视觉联络皮质)的甘氨酸受体结合量增加。刘铁榜等［8］提出，精神分裂症患者脑脊液中甘氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和丙氨酸的浓度显著高于正常人，提示精神分裂症患者脑脊液中氨基酸浓度的变化数据可作为研究对精神失常有干预作用的重要依据。因此，本文初步筛选用色氨酸、谷氨酸、酪氨酸和甘氨酸作为实验用氨基酸。目前记载的造模方法分为药物造模和非药物造模。药物造模主要选用地卓西平马来酸盐、苯丙胺、苯环己哌啶、致幻剂、神经毒素等造模或用阿朴吗啡诱导小鼠攀爬行为模型。本次试验采用的磷酸可待因造模精神分裂，机理与药物造模中MK801模型类似，但主要引发小鼠精神分裂症阴性症状，如情感淡漠和运动机能障碍。

旷场实验是评价实验动物在新异环境中自主行为、探究行为与紧张度的一种常用方法，操作简便，方法可靠。计算机技术和图像处理技术的引入，使动物行为分析的检测指标大为增加，具有高效、无创、灵敏、客观等诸多优点。洞板实验是基于小鼠喜欢探洞的天性而设计的，它能有效反映小鼠对新环境的探索能力。Kamei等［9］认为，测试时间内精确记录每个洞穴的进入次数，可量化地反映小鼠对外界的好奇心，考察小鼠的认知能力，也可以有效地分析出小鼠中枢神经系统的功能变化。

精神分裂造模成功后的BALB/C小鼠学习、记忆功能明显受损，刻板性行为增加，并且探洞次数下降，常常多次探身进入同一个洞。根据旷场实验和洞板实验的结果，初步发现L-谷氨酸对精神分裂症状有明显缓解的作用(P＜0.05)，效果堪比对照药物氯丙嗪，高浓度L-谷氨酸实验效果更为明显。而酪氨酸显现出明显的促进精神失常发病作用(P＜0.01)。高低浓度的色氨酸对精神失常则几乎没有干预作用。低浓度甘氨酸表现出轻微减轻精神失常的效果，但高浓度甘氨酸反而具有加重患病作用，这可能与负反馈调节有关，有待进一步探究。

随着来自生活和工作的压力的不断增大以及环境、社会因素和不良饮食习惯等因素的逐渐增加，很多人患有不同程度的精神失常，然而现在治疗的药物价格不菲，而且都有一定的不良反应。因此找到一种有效的、让更多人能够在经济上接受且健康有益的疗法和预防措施就显得极为重要。

在以上筛选的氨基酸中，兴奋性氨基酸(L-谷氨酸)对精神分裂症状有明显缓解效果，且高浓度L-谷氨酸实验效果更为明显。而酪氨酸则显现出显著的促进精神失常发病的作用。因此，为预防和缓解精神失常，建议人们日常生活中在一定限度内多食用含有谷氨酸的食物，如西红柿、芝士、蘑菇、黍米、青豆等，同时应尽量避免过多摄入含有酪氨酸的食物，如某些豆类、瘦肉、及动物内脏等。

［1］李文君.精神分裂症候选基因的遗传学研究［D/OL］.中国博士学位论文全文数据库，吉林大学，2008.http：//cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10183-2008126880.htm.

［2］钟慧军，刘军红，彭 亮，等.多巴胺D4受体基因启动子区多态性与精神分裂症的相关性［J］.现代生物医学进展，2010，10(17)：3231-3234.

［3］吃垃圾食品影响脑部健康［N］.江门日报，2007-8-22(B4版).

［4］王一芳，石海明，焦冬生，等.杏仁核毁损范围与难治性精神分裂症疗效的关系探讨［J］.东南国防医药，2007，9(3)：169-171.

［5］顾景范.人体氨基酸需要量［J］.氨基酸和生物资源，1979，2：28-34.

［6］丁 澄，金玫蕾.精神分裂症动物模型的拓展及在相关基因和药物筛选中的应用［D/OL］.中国硕士学位论文全文数据库，中国科学院研究院(上海生命科学研究院)，2005.http：//cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80100-2005098886.htm.

［7］方贻儒，王祖承.精神分裂症的谷氨酸假说［J］.上海精神医学，2004，16(1)：43-45.

［8］刘铁榜，章 华，臧德馨.精神分裂症与兴奋性氨基酸［J］.国外医学：精神病学分册，1994，21(3)：129-134.

［9］Kamei J，Matsunawa Y，Miyata S，et al.Effects of nociceptin on the exploratory behavior of mice in the hole-board test［J］.Eur J Pharmac，2004，489(1-2)：77-87.