抑郁动物模型研究进展

王文聪，赵雅蔚，何 侃*

(1.吉林大学临床医学院，长春 130021； 2.吉林大学基础医学院药理学系，长春 130061)

抑郁表现为持续性精神低落和情绪障碍，是全世界最常见和最突出的精神障碍之一。全球因抑郁引发的残疾所致健康寿命损失年(years lost to disability, YLD)高达7640万，占所有疾病负担YLD的10.3%，位居疾病负担因素之首。全世界约有3.5亿人饱受抑郁之苦，中国的发病率约为3.02%，且研究者认为受诊断方式的影响，中国人的抑郁情况远被低估[1]。

抑郁症与平时的情绪波动和日常生活中短暂应激造成的情绪反应不同，抑郁症对健康状况可造成严重损害，尤其是持续的中度或重度抑郁。抑郁可以削弱患者学习、工作和家庭生活的正常能力且抑郁患者常伴有高度精神痛苦。有些患者出现焦虑、失眠、食欲下降、内疚、注意力不集中等。抑郁还可以导致自杀，而抑郁所致自杀是15～29岁儿童死亡的第二大诱因[2-3]。

虽然有一系列治疗选择可用于急性抑郁症，但仍有20%至30%的患者继续发展为慢性抑郁症(抑郁症状持续两年或更长时间)。这些患者通常生活质量较差，更容易出现身体合并症和功能障碍，给家人，伴侣和朋友带来痛苦[4]。

为研究抑郁发展及机制，研究者经过不断探索，构造了科学有效的抑郁动物模型作为抑郁基础研究的体内研究基础。抑郁模型动物表现出抑郁和认知功能障碍等行为学变化，能够模拟人类抑郁症状。使用动物模型不仅可以规避人类抑郁研究的伦理学问题，还能获得研究所需的足够样本量。因此，抑郁动物模型业已成为抑郁研究的重要工具[5-6]。本文就抑郁动物模型的实验动物选择、评价指标及造模方法进行简要综述。

1 实验动物

啮齿动物作为抑郁模型造模的经典动物，具有模型稳定、容易获取、价格较低等诸多优势，是抑郁研究主要应用的实验动物。然而，啮齿类动物大脑皮层结构与人类相差较大，而非人灵长类动物同人类有更近的亲缘关系，脑发育也更为相似，可以更好地模拟人的认知与情感。因此非人灵长类动物也可以尝试构建抑郁模型进行抑郁研究。根据实验要求恰当的选择实验动物十分必要。以下就几种代表性实验动物进行介绍。

1.1 啮齿动物

SD鼠(Sprague-Dawley),经行为学实验后挑选获得，其特点是较为冷静、容易掌握、行为学表现明显[7]。FSL鼠(Flinders sensitive line)是自SD鼠中选择性繁殖获得，行为学实验中、抑郁行为更明显[8]。LE鼠(Long Evans)和HO鼠(Holtzman)是从SD鼠获得性无助模型(见2.1)中选出，在实验中出现更长的逃避时间[9]。WKY鼠(Wistar-Kyoto)于1963年由 OKAMOTO K等发现，并由Paré WP验证为一种抑郁模型实验动物。并有研究表明WKY鼠较对照组有更高的促肾上腺皮质激素(adrenocorticotropic hormone,ACTH)，更易因压力诱导出现胃溃疡[10-12]。

1.2 非人类灵长类动物

另有研究使用猕猴作为实验动物，在社会心理因素所致抑郁上有更出色的表现[13]。有研究发现恒河猴具有季节性情感障碍的表现(seasonal affective disorder, SAD)[14]。有研究以食蟹猴建立抑郁模型，证明抑郁可加重冠状动脉粥样硬化(coronary artery atherosclerosis, CAA)[15]。

1.3 其他动物

树鼩，属攀鼩目 (Scandentia) 树鼩科 (Tupaiidae)，有研究认为其可作为合适的抑郁动物模型，空间学习能力和探索能力均较好[16]。

2 抑郁动物实验模型

抑郁动物模型经过大半个世纪的探索，已经形成了多种成熟模型，可以用行为学水平、内分泌水平、社会心理水平、遗传学水平的改变和方法进行概括[5-6,17-18]。以下介绍一些常用抑郁模型。

2.1 获得性无助(Learned helplessness, LH)模型

将实验动物置于相应装置内，最初给予随机的不可逃避的电刺激，经过一定次数后，再给予实验动物可以逃避的电刺激，实验动物呈现无助表现，不再逃避，因而称获得性无助。重点在于使实验动物意识到刺激的不可控并产生消极情绪。证据显示人类同样可以呈现类似表现。研究显示，实验动物出现获得性无助与去甲肾上腺素减少、脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)及其mRNA减少、 β钙离子/钙调素依赖的蛋白激酶II(β-Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II, β-CaMKII)下调等相关[19-21]。

2.2 慢性不可预知温和应激(Unpredictable chronic mild stress, UCMS)模型

对小鼠施加不规律的温和刺激，如冷热刺激、震荡夹尾、昼夜颠倒、禁食禁水等，使之达到抑郁状态。并通过前文所述的实验进行监测和评价小鼠的抑郁状态，约数周后可以确定造模成功[17]。其机制或与腺苷酸激活蛋白激酶α(AMP-activated protein kinase α, AMPKα)灭活相关[22]。

2.3 嗅球损伤模型(Olfactory bulbectomy (OBX) model)

嗅球位于每侧大脑半球前端，与海马回、扣带回、杏仁核、乳头体等等结构共同构成大脑边缘系统，边缘系统与情绪、认知等诸多功能相关。损伤大鼠嗅球，观察大鼠神经、内分泌等功能和行为学的改变，其改变可以模拟人类抑郁表现。其机制可能与基因表达和信号换能系统改变、血清素和5-羟吲哚乙酸(5-hydroxyindoleacetic acid, 5-HIAA)减少、神经肽Y和肾上腺素等减少相关[23-25]。

2.4 慢性可预知温和应激(Chronic mild stress, CMS)模型

随时间增加，逐步增加每日可预知温和刺激时间，小鼠最终可以呈现抑郁行为、攻击行为、海马CA3锥形细胞损伤或萎缩、细胞凋亡、皮质类固醇水平提高等表现。其基因和蛋白质水平出现改变[26-27]。有研究显示CMS模型中，雄鼠较雌鼠对刺激更敏感，或与睾酮水平相关[28]。

2.5 糖皮质激素/皮质酮诱导模型(Glucocorticoid/corticosterone model)

利用糖皮质激素类药物诱导小鼠产生抑郁行为，并通过前文所述实验进行评估。机制或与改变miRNA有关[29-30]。

2.6 社会失败模型(Social defeat model)

同笼培养两只大鼠或两只小鼠，保证其中一只月龄较大，有侵略性较为好斗，后放入月龄较小的，前者攻击伤害后者，评估后者的体重变化、精神状态等。其快感缺乏、作息紊乱、体重下降抑郁状态或与mRNA和蛋白质RAC1水平下降等有关[31-32]。

2.7 早期应激模型(Early life stress model)

此模型可以模拟精神疾病的发展进程。母子分离(maternal separation, MS)是在出生后一定时间将幼鼠从母亲身边分离喂养，并观察小鼠成长过程及状态。有研究表明其机制可能与影响HPA轴响应性、皮质酮和促肾上腺皮质激素(ACTH)减少伴有糖皮质激素受体改变、诱发5-HT变化并下调BDNF表达、改变脑内DNA甲基化等相关[33-35]。

2.8 先天获得性无助(Congenital learned helplessness，cLH)

由对足部电刺激敏感又不能逃避的野生型SD鼠培养50代形成，在没有暴露于不可逃避的刺激时也呈现出无助表现，其可能建立了一种先天性非无助(congenital non-helpless, cNLH)通路来抵抗不可逃避的刺激[36]。

2.9 转基因模型

Tph1/Tph2转基因鼠，通过色氨酸羟化酶(tryptophan hydroxylase, TPH)降低5-HT水平，产生抑郁表现。Vmat1 和Vmat2转基因鼠，改变囊状单胺转运蛋白使脑内5-HT减少[17]。

2.10 妊娠期慢性应激模型

研究表明妊娠期应激可导致子代小鼠产生抑郁症状，构建小鼠孕期应激模型以研究对子代影响已经成为可行的研究方向。其方法与慢性不可预知温和应激模型基本相似，通过昼夜颠倒、置于50 mL离心管内限制活动等方式使妊娠小鼠处于慢性温和应激状态，以达到抑郁目的，刺激持续到小鼠分娩。并应用旷场实验、强迫游泳实验、糖水偏好实验等评估子代小鼠抑郁状态。孕期抑郁影响子代的机制可能与Akt-mTOR信号相关[37]。

对于所应用的动物模型，有学者指出用以下指标评估抑郁模型的优劣，包括：表面效度(与患者显性表现一致程度)、构成效度(概括疾病的病理学过程)、预测效度(敏感的反映药理学和非药理学介入对于疾病和患者状态的效用)、一致效度(物种和品系一致)、疾病效度(病因学和生物标记一致性)。研究者可以结合这些指标对选择的模型予以评估[17]。

3 抑郁监测和评价指标

抑郁的监测和评价指标主要通过评价实验动物在情绪和认知、绝望行为、焦虑症状、快感缺乏等方面的表现。以下介绍一些常用评价指标。

3.1 条件性恐惧(Fear conditioning)实验

将小鼠置于训练箱内，应用约55 dB的噪声匹配中等亮度的灯光进行刺激，使小鼠将恐惧与灯光相联系，表现出相应恐惧行为，并可用心率等生理学指标进行监测。相较于对照组，抑郁小鼠的恐惧表现较轻。这一方法可用来衡量实验动物的恐惧反应、记忆力和焦虑表现[38]。

3.2 强迫游泳实验(Forced swim test, FST)

将小鼠置于装有适量温水的透明容器内，观察小鼠在水中被迫游泳的状态，并记录小鼠停止不动的时间。抑郁小鼠可以表现出静止时间延长。也有研究使比较小鼠在25℃温水和19℃冷水中游泳5 min的表现，后者出现行为学改变和中缝背核血清素神经元兴奋性下调[39]。

3.3 悬尾实验(Tail suspension test, TST)

使用胶布或其他方法将小鼠的尾部固定，小鼠倒挂观察其运动，并记录静止不动时间[17]。

3.4 休克逃避(Shock avoidance)实验

单向出口装置内，通过电极刺激鼠尾或电网刺激鼠爪，促使小鼠穿过装置逃离刺激。刺激方法为5 s内随机间隔100次0.6 mA电击，记录小鼠逃离装置时间。对照组可立即逃离或 < 5 s，抑郁小鼠可达10～19 s，重度抑郁的可达20～30 s[17]。

3.5 高架迷宫(Elevated plus maze, EPM)实验

用于评估焦虑症状。将小鼠置于有3个固定侧壁和1个活动侧壁的装置内。观察小鼠行为并记录。非焦虑小鼠能够通过活动侧壁，焦虑小鼠则被困住[17]。

3.6 旷场实验(Open field test, OFT)

用于评价焦虑状态和运动功能。装置内画有虚拟的方格，将小鼠置于中央区，记录小鼠穿越格子数目及对应耗时[17]。

3.7 糖水偏好实验(Sucrose preference test)

同时给予小鼠水和适当浓度糖水，记录小鼠对二者摄取量，记录基线摄取量，造模后再次监测并记录。相较于对照组，抑郁小鼠呈现对糖水的偏好程度下降或无偏好[40]。

3.8 颅内自刺激(Intracranial self-stimulation, ICSS)实验

对小鼠特定脑区进行短暂电脉冲刺激，记录反馈途径的活动。抑郁小鼠较对照组反馈活动水平低[41]。

3.9 新奇抑制摄食实验(Novelty-suppressed feeding test)

该实验通过测量禁食小鼠在新环境中接近和食用食物的潜伏期，以进行抑郁相关评估。方法为小鼠禁食(不禁水)24 h后背对食物放进测试场，计算小鼠开始食用食物的潜伏期[37]。

对于上述实验，需注意实验次数及频率。除上述实验外，还可以不断监测小鼠体重变化，也可以一定程度上反映小鼠的精神状态。

4 展望

抑郁研究近年硕果频出，抑郁机制的探索包括且不限于急慢性应激暴露、基因-环境相互作用、糖皮质激素外周作用、基因操控的基础等诸多方面[42]。而在实验动物模型水平，炎症、细胞凋亡、应激信号通路、生长因子、遗传学和表观遗传学、调控、环境、营养、合并症等方面的抑郁机制的探索也有了长足进步[43-47]。

有研究将抑郁、焦虑、紧张、疲劳、困倦、绝望、快感缺乏、自杀倾向等合并为症状群或称综合征，进行临床患者的综合评价与研究[48]。动物模型中同样存在类似上述症状且合并出现。或提示在动物模型水平进行症状群的研究。

WHO2017年报告显示，相较男性，女性更容易罹患抑郁症。而在实验动物水平，也有研究报告性别差异在抑郁行为、表现水平、敏感程度上存在差异。临床研究和动物模型研究都应进一步探讨性别差异的原因和机制，二者或可构成联系以实现多水平多角度的探索[3,49]。产前应激可以导致子代抑郁表现，其影响或可贯穿子代终生，妊娠影响子代抑郁及其机制有重要的现实意义，值得深入研究和讨论[37]。因此，研究者不应忽视群体、个体、代际、细胞、分子各个水平和在体、离体组织多个层面的现象与结论。

经过不断探索，应用抑郁模型的范围已经扩大到免疫学、药理学、遗传学、神经生理学、病理生理学、社会适应研究等诸多领域。抗抑郁药的研发过程也与抑郁动物模型密不可分，抑郁及相关机制的研究前景十分广阔。不同抑郁模型适合不同的症状和表现，研究者应基于研究目的和方向，针对不同抑郁模型的特点和优劣进行选择，同时选择合适的实验指标用以确定动物模型成功与否以及监测实验动物的抑郁状态。