偏头痛实验模型研究进展*

范红珍 姚文涛 吕眯眯 王贺波

（1 河北医科大学研究生学院，石家庄050017；2河北北方学院研究生部，张家口075000；3河北省人民医院神经内科，石家庄050051）

•综 述•

偏头痛实验模型研究进展*

范红珍1,3姚文涛1,3吕眯眯2,3王贺波1,2,3△

（1河北医科大学研究生学院，石家庄050017；2河北北方学院研究生部，张家口075000；3河北省人民医院神经内科，石家庄050051）

偏头痛是一种复杂的神经血管性疾病，其发病机制尚不完全清楚。目前国内外尚未能建立一种公认的能完全模拟偏头痛发病过程的模型。目前，被大家认可的关于偏头痛发病机制的学说包括血管源性学说、神经学说及三叉神经血管学说等，人们依据这些学说建立了离体及在体的血管性偏头痛模型、皮层扩布性抑制的皮层刺激模型、三叉神经离体培养模型、硬脑膜神经源性炎症模型以及硝酸甘油模型，此外还有5-羟色胺耗竭模型、基因相关模型等多种偏头痛模型。现就近年来常用偏头痛实验模型研究进展进行综述，归纳、探讨这些模型的造模方法、理论依据及模型特点，为今后偏头痛研究模型的选择、开发提供更多思路。

偏头痛；模型；机制；进展

偏头痛是以反复发作性单侧或双侧、中重度头痛为临床特点的慢性疾病。流行病学调查发现，中国人群中偏头痛的患病率约为9.3%，且每年约有2.5% 病人的偏头痛会由发作性转变为慢性。偏头痛具有较高的致残率，严重影响病人的工作和生活质量，但其发病机制尚不十分清楚，存在多种学说。进一步研究偏头痛的发病机制、开发偏头痛新的治疗途径和方法，成为重要的医学问题和社会问题。

可靠的实验模型是研究该种疾病的重要手段和工具，然而，目前国内外尚未能建立一种公认的能完全模拟偏头痛发病过程的模型。目前被大家认可的关于偏头痛发病机制的学说包括血管源性学说、神经学说及三叉神经血管学说等，而目前存在的偏头痛模型，多依据某一偏头痛学说而建立，反映偏头痛的某一方面，且多为偏头痛急性发作的模型。近年来，急性偏头痛模型反复多次干预逐渐被用于慢性偏头痛的研究。如何在现有的众多模型中选择更合适的偏头痛模型是许多研究者面临的困扰。为方便研究者对偏头痛的深入研究，现从近年来一些常用模型的造模方法、机制和特点几方面入手，对目前偏头痛模型研究进展综述如下：

1. 偏头痛离体实验模型

（1）离体血管模型

以离体的动物或人脑膜中动脉等血管为研究对象，将其于置于特定的缓冲液中，观察某些第二信使物质或内源性神经肽在偏头痛发病机制中的作用，或通过测定不同药物浓度对血管舒缩的影响，来检测偏头痛治疗药物的作用[1]。

该模型基于血管源性学说建立。1963 年Harold Wolff 提出各种诱因导致颅内血管痉挛性收缩，局部血流下降，引起偏头痛先兆；累及颈外动脉，引起颅外血管扩张，激活周围感觉神经，从而出现头痛症状。依据该学说建立的偏头痛离体血管模型，是在人为控制的条件下，研究药物与血管上相应受体间的相互作用，能够详细评估抗偏头痛药物的药理学特点；但因其是在离体条件下，不受全身神经、体液等多种因素的影响，不能全面地反映偏头痛复杂的发病过程。

（2）三叉神经离体培养模型

以大鼠为例，取大鼠双侧三叉神经节，置于不含血清的改良的DMEM培养液中，37 ℃ 恒温培养12 ～ 48 h，应用免疫组化比较降钙素基因相关肽(calcitonin gene-related peptide, CGRP)阳性表达的细胞数，实时定量PCR (real-time polymerase chain reaction, RT-PCR) 法确定CGRP-mRNA 表达水平的变化[2]。

该模型为器官水平的模型，通过检测CGRP 变化来反映偏头痛发作过程。其理论依据为：偏头痛发作时会激活三叉神经-血管系统，三叉神经节逆向释放血管活性肽类物质如CGRP，当头痛缓解后其释放水平降至基线水平。该模型可用于偏头痛发病机制的研究或偏头痛药物治疗靶点的研究。如Saleeon W 等通过对离体培养的处于性周期不同阶段的大鼠三叉神经节的电生理变化等研究，探讨月经相关性偏头痛的发病机制[3]。此模型制备周期短、短期内可大量复制；但其实验条件需要精确控制，且稳定性较差，对实验设备及实验人员技术水平要求较高。此外，作为离体实验模型，该模型不能反映痛觉信息的中枢传递过程，故也不能完全模拟偏头痛的病理生理机制。

2. 偏头痛在体实验模型

（1）在体血管模型

根据血管源性学说，人们还建立了多种在体血管模型，如：通过切断麻醉猪的迷走交感神经干来开放其颈动静脉吻合支，并通过输入不同浓度的辣椒辣素增加血管壁张力，造成其血流动力学改变，制备颅外血管扩张模型（Kapoor K 等. 2003），或通过切断犬的迷走神经致其颈外动脉舒张（Villalon CM等. 1999）。

此类模型的优点是能同时研究多个血管床，从而评估药物对头部血管的选择性作用，且此类模型能解释偏头痛发作时病人出现患侧面部苍白、皮温低等临床表现；此类模型的缺点在于仅考虑了偏头痛发作的血管机制，目前已较少应用。

（2）三叉神经节刺激模型

以电刺激三叉神经节为例：将大鼠麻醉固定后，暴露颅骨，分别于前囱后3.7 mm，矢状缝左右各旁开约2.9 ～ 3.1 mm 处，分别钻一直径为2 mm 的小孔，小孔的的正下方即为两侧三叉神经节。分别于两侧小孔内插入电极，深度为硬脑膜下9.2 ～9.7 mm，以1.2 mA，5 Hz，5 ms 的电流刺激右侧三叉神经节5 min。实验中钻孔位置、孔径大小、放入电极的深度及电刺激的电流强度及时间等需根据实验动物的差异进行调整[4,5]。观测的指标可包括硬脑膜内血浆蛋白的渗出、血液中CGRP 水平的改变、痛觉传导通路如三叉神经脊束核、中缝核等部位c-fos 蛋白（c-fos 为一种原癌基因，其编码的蛋白为Fos核蛋白） 及其mRNA 的表达变化等。

该模型主要用于硬脑膜神经源性炎症研究。硬脑膜是颅内重要的痛敏组织，其周围的神经纤维源自三叉神经的无髓纤维。刺激三叉神经节时，痛觉信息可经三叉神经脊束核、丘脑投射至大脑皮质，导致头痛发生；同时逆行性激活三叉神经周围支，围绕在血管周围的三叉神经末梢可被激活，释放多种血管活性肽类物质，如P 物质、CGRP 等，导致血管扩张、血浆蛋白渗出、肥大细胞脱颗粒等，引起炎性介质的释放，即神经源性炎症。神经源性炎症进一步导致硬脑膜伤害性感受器的激活或敏化，痛觉信息再次经三叉神经通路投射至大脑皮质，从而加重头痛。当以电（或炎性物质）刺激大鼠三叉神经节时，逆行性激活三叉神经，实验动物可出现前肢频繁搔头、烦躁不安等行为学改变，甚至出现口鼻分泌物增加，这与人类偏头痛发作时的表现相似。但该模型也存在一定不足：①该模型为逆行性激活三叉神经，不能反映痛觉信息在中枢神经系统的正常传导过程；②三叉神经节内含有多种感觉细胞及运动神经元的胞体，对痛觉纤维中枢投射的特异性相对较差；③该模型多建立在麻醉动物的基础上，一定程度上会减轻实验动物疼痛程度及疼痛诱发的自主神经反应，不能真实反应偏头痛的发病过程；④对实验过程中的无菌环境、实验人员的技术水平等要求也较高。

（3）硬脑膜刺激模型

刺激方法以电、化学刺激最常见。电刺激上矢状窦(superior sagittal sinus, SSS)区硬脑膜模型：大鼠麻醉固定后，分别于颅中线与冠状缝交叉点前4 mm、后6 mm 处各钻一直径1 mm的小孔，暴露出SSS及其旁的硬脑膜，将金属电极的两极分别固定于两个小孔内，轻轻接触硬脑膜，于术后24 小时给予100 V、1.5 mA、脉宽250 μs 、频率3 Hz 的方波刺激2 小时。刺激完成1 小时后，对大鼠进行灌注取材[6]。硬脑膜化学刺激模型以“炎症汤”模型为例：选择SD 大鼠，麻醉固定后，于前后囟中点右侧旁开5 mm 处，钻一直径1 mm 的小孔抵达硬脑膜，注意保护硬脑膜的完整性，于小孔内置管，术后恢复7 天，然后经导管给予“炎症汤”10 μl（缓激肽、组胺、五羟色胺各1 mM，前列腺素E2 0.1 mM，溶解于磷酸盐缓冲液中，调节PH 至7.4 ）[7]。

该类模型造模方法类似，是以电、化学或机械刺激直接刺激动物的硬脑膜，通过激活支配硬脑膜的感觉神经纤维及三叉神经传导通路，模拟偏头痛发作。电刺激SSS的方法引起的神经源性炎症明显，且可建立慢性偏头痛模型，是较理想的造模方法。但造模方法相对复杂，对手术者技术及实验设备的要求较高；该模型刺激的SSS 硬脑膜位于中线部位，而临床上偏头痛的发生多为偏侧。以“辣椒辣素”或“炎症汤”刺激硬脑膜的模型，造模手术的要求相对不高，不需要特殊的仪器，且可于清醒状态下进行干预，动物反应相对明显，能较好地模拟人类偏头痛的表现；亦可反复刺激硬脑膜建立慢性偏头痛模型，是目前应用较多的一类模型。

（4）皮层刺激模型

常以脉冲电刺激或机械、化学物质刺激大脑皮质。以氯化钾化学刺激模型为例[8]，将大鼠麻醉固定后，暴露颅骨，于大鼠前囟后7 mm，旁开1 mm处的颅骨上钻开一直径2 mm 的小孔，用纤维操作针轻轻移开硬脑膜，暴露大脑皮层，经小孔向大脑皮层撒入约3 mg 的固体氯化钾。

此类模型源于皮层扩布性抑制(Cortical spreading depression, CSD)学说，用于偏头痛先兆的发病机制研究及治疗药物的作用研究。CSD 指各种因素刺激大脑皮质后出现的从刺激部位向周围组织缓慢波浪式扩展的皮质电活动抑制，CSD 到达区域脑血流降低，引起局灶性神经症状与体征。皮层扩布性抑制学说能很好地解释偏头痛先兆，也是国际公认的CSD 研究经典的模型。但该方法对偏头痛发作的中枢机制及血管机制均未能很好地解释。此类模型的优点为手术创伤小，可重复性好，造模方法简单、方便。其缺点在于对观察的仪器要求较高。

此外，胚胎起源学说认为视网膜来源于中枢神经系统。人类视皮质的功能性磁共振成像技术的出现极大地促进了皮层扩布抑制理论的发展。皮层扩布抑制被认为与人类偏头痛视觉先兆等有关。视网膜扩布抑制模型也属于先兆偏头痛模型，如Wiedemann M 等用鸡的视网膜模型来进行相关研究[9]，具有操作方便的优点。

（5）硝酸甘油型偏头痛模型

常以大鼠为实验动物[10,11]，给予大鼠10 mg/kg的硝酸甘油皮下注射造模，于给药30 ～ 60 min 后，可观察到大鼠出现竖毛、耳红、前肢频繁搔头、爬笼次数增多、烦躁不安等表现，持续约3 ～ 5 h 后大鼠蜷缩，活动减少。除行为学改变外，大鼠血清及脑组织五羟色胺(5- hydroxytryptamine, 5-HT)的含量、三叉神经核中c-fos 的表达等也会发生相应改变。姜维等[12]采用硝酸甘油混悬液代替硝酸甘油，对硝酸甘油模型进行改进，增加了该模型的稳定性。

该模型所呈现的病生理过程与人类偏头痛极为相似，病理及生化数据稳定，且造模方法经济、简便、相似性好、适用性强，对实验器材、技术水平等要求不高，并可建立慢性偏头痛模型，属于经典的偏头痛实验模型[13]。其不足在于稳定性差，模型中应用硝酸甘油的剂量、给药方式、行为学观察的时机均需严密控制；同时硝酸甘油会影响全身血管，无法特异性针对颅内血管起作用；且对于动物行为学的观察缺乏特异性，观察者的主观性较大。该方法可用于偏头痛药物的疗效和药理机制等多种研究。

（6）5-HT 耗竭模型

以小鼠为例，以10 mg/kg 的剂量皮下注射利血平注射液，每天一次，共14 天，于造模第14 天将小鼠用乙醚麻醉（或分别于第1、3、5、7 天分别注射利血平10 mg/kg，并于造模第8 天乙醚麻醉），之后向每只小鼠大脑皮层相应部位注射鼠血凝块2 μl。可于造模过程中，观察小鼠闭目、挠头、烦躁等情况[14]。

5-HT 是一种神经递质，同时具有收缩血管的作用，目前认为其与偏头痛发作有关，当血小板聚集并释放大量5-HT，可导致血管收缩、血流减少而出现偏头痛前驱症状；5-HT 可导致血管壁通透性增加，释放组胺、缓激肽等，引发血管周围无菌性炎症；随之，血小板聚集性减小，5-HT 被单胺氧化酶等逐渐分解、耗竭，其收缩血管作用降低，颅外血管过度扩张，同时5-HT 减少可降低下丘脑的痛阈，增加疼痛敏感性，导致头痛发作。单胺类递质耗竭剂利血平能降低脑内5-HT 水平，与中风模型中注射凝血块可诱发局部脑管痉挛结合起来，就形成了5-HT 耗竭模型。该造模方法降低全脑5-HT 水平，反映了偏头痛的特点，但操作繁琐，造模周期相对长，实验动物病死率高，实验的可重复性差，目前较少应用。

（7）基因工程鼠模型

主要通过基因敲除的方法建立偏头痛模型。偏头痛具有遗传易感性，这可能是因为某些易患基因降低了偏头痛发生的触发阈值。目前，偏头痛基因研究多围绕家族偏瘫性偏头痛(familial hemiplegic migraine, FHM) 的有关基因。已发现3 个基因与FHM 的发生有关，分别是CACNA1A、ATP1A2 和SCN1A，这些致病基因均位于常染色体上，呈显性遗传，发病机制主要与异常基因导致离子通道异常有关。FHM 的模型同样适用于普通偏头痛的研究，因为除偏瘫外，FHM 病人的其他症状均与普通偏头痛病人一样。目前已有FHM1 和FHM2 基因敲除小鼠模型的建立，但尚无FHM3 基因敲除小鼠模型的文献报道。这种转基因模型的缺陷在于，他们涉及的基因有限，而偏头痛的发生被认为是多基因相关的，因此其代表性较差，应用范围也相对狭窄。

（8）原发性头痛大鼠模型

Oshinsky 等[15]在对大鼠眶周基础痛阈进行检测时，偶然发现有一只野生型大鼠自发地出现了三叉神经分布区的触诱发痛，并且这种痛阈降低成间断性出现。该大鼠与正常大鼠交配，后代中有一部分大鼠出现了与之相似的症状，并通过实验证明了这类大鼠可作为原发性头痛的模型。

表1 一些常用的偏头痛模型的优缺点

该类模型能出现自发性的触诱发痛，有一定的遗传性质，与人类偏头痛的发作类似，其发生机制可能与其他的头痛模型中通过化学刺激或电刺激等诱发神经源性炎症的机制不同，该模型的出现可能对原发性头痛病理机制研究、发现偏头痛药物新的治疗靶点、创建新的偏头痛理论等起到很好的促进作用。但该模型目前尚未得到广泛认可，其可靠性仍需进一步验证。

（9）新型偏头痛模型的建立

光遗传学是2005 年开始迅速发展起来的一项新技术，它将光学技术与基因工程技术相结合，通过对视蛋白（光敏蛋白）的控制，调节离子流，从而实现对神经元电活动的操控。该技术具有精准特性，已被用于许多神经系统疾病的发病机制及治疗性研究中，在疼痛领域的的应用也取得一定进展[16～18]。随着该技术的逐步成熟，希望能够通过它找到偏头痛确切的发病机制，建立更有效的偏头痛模型，并找到更有效的偏头痛治疗途径。

3. 总结

偏头痛是一种高度致残性疾病，给病人及家庭造成严重负担，但其具体发病机制目前尚不完全清楚，进一步研究偏头痛的发病机制、开发偏头痛新的治疗途径和方法成为重要的医学问题和社会问题。良好的实验模型能够最大程度地模拟疾病的病理过程，是科学研究的重要手段。偏头痛的实验模型目前尚无统一的标准，各模型依据不同的理论建立，各具不同特点，需要根据实验条件、实验目的等进行选择（表1 中列举了一些常用的偏头痛模型的理论依据及优缺点）。目前与三叉神经血管学说相关的模型应用相对较广，随着新技术如光遗传学技术的逐步成熟以及人们对偏头痛发病机制研究的不断深入，希望能找到更符合偏头痛发病机制及临床表现的实验模型。

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