谵妄动物模型研究进展

作者单位：610041四川省成都市,四川大学华西医院老年科

谵妄最早可以追溯到2000多年前,那时希波克拉底对谵妄描述为“大脑急性认知功能障碍”[1]。随着对谵妄研究的深入,美国精神疾病诊断与统计手册第5版对谵妄的定义为:急性发作的意识混乱,伴注意力不集中,思维混乱、不连贯,以及感知功能异常[2]。老年人由于神经细胞、树突细胞、神经受体及小胶质细胞的损害积累,是发生谵妄的易感人群[3]。谵妄不仅影响躯体以及认知功能的康复,同时也会延长住院时间,增加出院后4年内痴呆发生的风险,增加住院及出院后死亡风险,消耗大量的医疗资源,加重社会负担[4]。近30年来,谵妄相关的研究逐渐增多,但关于谵妄的病理生理学机制研究仍远远不足[5-6],通过谵妄小鼠模型研究其病理生理学机制是最好的方式之一[7]。因此,本文将对基于不同机制学说的谵妄小鼠模型研究进行综述,以期为今后的谵妄机制研究提供帮助。

1 内毒素(lipopolysaccharide,LPS)体内注射

1.1 正常小鼠LPS体内注射 在小鼠腹腔内注射LPS,并通过行为学实验评估小鼠是否处于谵妄状态,是建立谵妄模型较为常见的一种方法。1996年Tateda研究团队第一次将大肠杆菌LPS以4 mg/kg的剂量注射入98～102周大小的ICR雌性小鼠腹腔内,结果显示LPS会引起白细胞介素10(IL-10)及肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-6等细胞因子短时间升高[8-10]。Culley等[11]将11只24个月大小的Fisher344小鼠作为研究对象,腹腔注射50μg/kg LPS,注射后2、24、48 h测定小鼠血清及前额大脑皮层组织中的炎症因子,同时在注射LPS后1～3 d内采用注意定势转移任务(attentional set-shifting task,AST)等行为学实验对小鼠的注意力、执行能力进行测试。结果表明,在LPS注射2 h后,血清TNF-α及细胞因子CC配体2等炎性因子水平明显升高,48 h后TNF-α及趋化因子CCL2水平恢复到基线水平,在大鼠前额皮层组织中也得到了类似的结果。研究者采用7阶段AST测定前额叶皮质功能(包括辨别能力、注意力及执行能力),结果显示在注射LPS后,小鼠注意力及执行能力减弱,但并未对小鼠辨别能力产生影响,而在炎症因子水平恢复时,减弱效应仍持续存在。该动物模型与临床中谵妄以注意力改变为核心的诊断标准相符。但此研究的缺陷是其并未对谵妄中急性记忆能力改变及情感改变进行行为学实验测试。

1.2 疾病小鼠LPS体内注射 临床中,痴呆是谵妄重要的诱发因素[4]。ME7是朊病毒株的一种,小鼠感染ME7后,会引起海马组织细胞外淀粉样变性,突触丢失、神经退行性改变及认知功能下降。Murray等[12]着眼于控制情感及认知功能的海马区,于2010年以定位注射的方式将ME7注射入8～10周大小的C57BL/6小鼠大脑内,将ME7感染后的小鼠作为谵妄模型,12周后,将100μg/kg剂量的LPS注入小鼠腹腔内构建谵妄模型。该团队创新性地使用T迷宫及Y迷宫混合行为学实验检测小鼠工作记忆能力。结果显示:ME7接种小鼠在LPS刺激后3～7 h工作记忆能力明显下降,24～26 h后,工作记忆能力逐渐恢复。与谵妄时认知功能的急性改变相契合。

2 腹腔手术

严格地说,目前大多数动物模型是术后认知功能障碍模型而非术后谵妄模型[13],但从病因学角度来说,这些模型对于谵妄的研究能够提供帮助。有研究使用23～25个月BALB/c老年小鼠作为研究对象,在全麻状态下对小鼠实施腹部手术,切口为1.5 cm,手术时间为10 min,术后采用丁冰诺菲镇痛。术后采用组合行为学方式,对小鼠运动能力、空间工作记忆能力进行测试。结果显示,手术并没有对小鼠运动能力产生影响,但术后学习认知能力有所下降[14]。Hovens等[15]以18～20个月大小的Wistar小鼠为研究对象,在全麻下实施腹腔手术,采用水迷宫、Y迷宫、矿场实验、高架十字迷宫、场景恐惧实验等组合行为学实验测试术后认知功能及术后情感行为，但结果并未显示出与未手术组的差异。所以,此模型稳定性颇受争议。

3 抗胆碱能药物注射

Tune、Gollinger等基于美国手术病人大量的数据分析发现，抗胆碱能药物容易使老年病人术后发生谵妄[16-17];谵妄病人的血清抗胆碱能活性增强[18];血清抗胆碱能活性增高的谵妄病人使用毒扁豆碱能逆转谵妄,但胆碱酯酶抑制剂在其他药物引起的谵妄中也起到一定的治疗作用[19]。基于此理论,Trzepacz等[20]在1992年首次向Wistar小鼠体内注射阿托品(55 mg/kg),同时记录小鼠的脑电图,采用迷宫实验及运动监测测定小鼠注射阿托品后的行为学反应。结果显示,阿托品注射小鼠脑电图显示出较高的振幅及较慢的频率,符合谵妄发生时的脑电图图像;4～5 h后,小鼠的脑电图恢复到正常水平;迷宫实验表明,小鼠注意力及任务执行能力降低。这种模型能较好地模拟小鼠发生谵妄时注意力及执行力下降等问题。此模型的缺陷在于阿托品无法通过血脑屏障进入颅内,因此其抗胆碱能作用主要作用于外周。我们无法辨别小鼠下午发生运动活跃的改变,到底是阿托品对心脏的兴奋作用还是对中枢的兴奋作用引发的。因此,我们还需寻找一种能有效进入血脑屏障的抗胆碱能药物来验证该模型的有效性。

为了解决以上问题,Tamura等[21]采用比哌立登替代阿托品注入小鼠体内来模拟小鼠谵妄状态,结果表明,在注射了比哌立登后,部分小鼠过度活跃,小鼠快速行走、随机嗅探行为增多,慢速和快速脑电活动、快速眼球运动和肌电活动均显著增加;而有些小鼠表现为运动停止、凝视、半闭眼的昏昏欲睡,并出现脑电图减慢、眼球运动减少和轻微肌电活动。这些症状分别与临床中的活动亢进型谵妄和活动抑制型谵妄相符[5]。裘毅敏等[23]采用矿场试验在注射东茛菪后1 h内观察到小鼠活动水平明显增加,提示兴奋性增加,而小鼠停留在中央格的时间明显延长,提示小鼠认知功能下降。任全[24]采用非选择性非持续性注意力实验验证了该模型可导致小鼠对新物体的认知能力及注意力水平下降。其他类似的谵妄模型还有Newman等[25]腹腔内注射阿托西定,通过改变大鼠内侧前皮质去甲肾上腺素水平引发大鼠注意力的改变。

4 谵妄模型的局限性

既往研究者在谵妄模型领域进行了大量开创性工作,但目前这些模型仍具有局限性。基于炎症因子学说建立谵妄模型,ME7接种小鼠较正常小鼠存在明显认知功能障碍,在腹腔注射LPS后,产生的急性认知功能障碍与疾病小鼠原本认知功能障碍不能完全区分,LPS注射谵妄模型能否反映完整的谵妄过程尚需进一步研究。其次,在术后谵妄模型中,存在模型不稳定的因素,在扩大样本量时,能否稳定呈现谵妄状态,尚需进一步实验证明。在神经递质注射谵妄模型中,大多数研究采用腹腔注射的方式注射神经递质,这种方式对神经系统产生效应,同时也会影响外周系统,如心血管系统亢进、运动量增加,这种外周效应与亢进型谵妄难以鉴别。在未来的研究中,需要采用定位注射的方式以便区别药物的外周影响。最后,目前尚无统一且有效的行为学实验来证实小鼠处于谵妄状态,行为学实验证实谵妄的信效度尚需进一步研究。总之,目前谵妄小鼠模型的研究尚处于初始阶段,且具有局限性。

5 谵妄动物模型的未来展望

谵妄小鼠诊断标准的确定是目前亟待解决的问题,同时谵妄不是由单纯的一个或两个因素引起的,往往是多因素共同作用的结果。未来的研究可综合上述两种研究理论,共同建立稳定的谵妄动物模型。认知功能障碍与谵妄的密切关系,以及之间的交叉内容尚需要研究者深入研究。