抽动障碍动物模型的研究进展

柯钟灵，陈燕惠

(福建医科大学附属协和医院，福州 350000)

抽动障碍(tic disorder，TD)是一种常见的儿童期发病的神经精神疾病，其特征是出现突然的、快速的、反复发作的、无节律性的运动(运动抽动)和/或发声(发声抽动)。 其临床表现多样，可伴多种共患病，部分患儿表现为难治性[1]。 抽动障碍的病因及发病机制尚不明确，其发病机制的假说主要是皮质-基底神经节-丘脑-皮质解剖通路以及位于这些回路内的神经递质的改变[2]。 抽动障碍的药物治疗常常是使用抗精神病药物，如氟哌啶醇、硫必利、阿立哌唑等，但部分患者尤其是Tourette 综合征(Tourette syndrome，TS)的患者对这些药物无效。 抽动障碍的发病机制、药物作用机制尚不明确，进一步的研究急需进行，动物模型的构建是进行抽动障碍相关研究的基础，但目前尚无公认的抽动障碍动物模型的构建方法，本文对抽动障碍的动物模型进行总结，以期为抽动障碍动物实验的开展提供必要的参考。

1 抽动障碍动物模型

抽动障碍根据临床特点及病程长短，主要分为短暂性TD、慢性TD 和TS 三种类型，此外有一部分患者不符合上述三种类型的诊断标准，归为未分类的TD[1]。 其相关行为现象高度复杂，动物模型一般都是哺乳类动物，特别是啮齿类动物，它们与人类的神经生物学相似且成本较低。 与其他疾病的动物模型一样，抽动障碍的动物模型的验证也基于3个方面[3-4]：(1)表观效应：指动物模型的行为表现与抽动障碍的体征和症状之间是否具有类比性；(2)结构效应：指动物模型行为表现的神经生物学机制与抽动障碍的病因和病理生理过程之间是否具有一致性；(3)预测效应：评估动物模型对抽动障碍(如抗精神病药物)治疗的反应性如何。 基于抽动障碍可能的发病机制，目前常用的动物模型主要有三种构建方法，具体分述如下。

2 基于神经递质失调建立的动物模型

2.1 多巴胺神经递质失调模型

研究认为多巴胺神经递质失调可能是抽动障碍发生重要的病理生理机制，它可能存在以下异常：1)突触后多巴胺受体数量增加或多巴胺受体亲和力增强；2)多巴胺神经支配增加；3)突触前多巴胺异常；4)多巴胺的释放增加[5]。 在此基础上建立的动物模型如下：

2.1.1 苯丙胺/阿朴吗啡(apomorphine，APO)模型

苯丙胺和阿朴吗啡是通过间接或直接激动多巴胺受体而构建模型。 苯丙胺能够促进细胞外多巴胺的分泌增多，它引起多巴胺增多的可能机制是苯丙胺在多巴胺转运体(dopamine transporter，DAT)的帮助下进入细胞浆，再通过囊泡单胺转运蛋白(vesicular monoamine transporter，VMAT)的作用进入囊泡，导致囊泡中的PH 值改变，改变的PH 值引起多巴胺重新分布，由囊泡释放入胞浆，DAT 转运出细胞，导致细胞外多巴胺升高[6]，非选择性的间接激动多巴胺受体；阿朴吗啡是多巴胺受体的非选择性的直接激动剂，它直接作用于多巴胺受体上引起神经元的活化。 这两者通过全身性给药均可诱发刻板行为，表现为复杂的运动抽动，这些刻板行为包括过度的梳毛、撕咬和舔舐等。 虽然这些方法不会诱发TS 特有的肌阵挛样抽动，但它们对研究抽动障碍的神经精神共病具有重要意义，特别是强迫症[7]。 建模方式见表1[8-9]。

2.1.2 亚氨基二丙腈(iminodipropionitrile，IDPN)/6-羟基多巴胺(6-hydroxydopamine，6-OHDA)模型

IDPN 和6-OHDA 是通过破坏多巴胺系统，使多巴胺分泌减少，多巴胺受体超敏构建动物模型。Damond 等[10]创立神经毒素全身用药法建立TD 模型，其使用IDPN 破坏锥体外系的DA 系统，DA 浓度持久降低，使动物在生长发育过程中出现DA 受体超敏现象，导致动物出现刻板行为。 IDPN 模型主要表现为摆头、旋转、舞蹈样运动等全身性抽动，这一模型是常用的TS 动物模型，能够比较全面的再现TD 行为学特征，建模时间短(7 d)，持续时间久，可以维持2 ～3 个月[9]。 也有人使用神经毒素6-羟基多巴胺(6-hydroxydopamine，6-OHDA)破坏脑内多巴胺系统，引起多巴胺下降，多巴胺受体超敏，从而发生TD 样的过度活动和注意缺陷，但由于此模型损伤部位在黑质，操作不当，无法与帕金森模型鉴别[11]。 建模方式见表1。

2.2 5-羟色胺神经递质失调模型

和多巴胺一样，5-羟色胺(serotonin，5-HT)也是中枢性神经递质，它主要来自脑干的中缝核，在大脑内广泛存在，有研究发现TS 患者的血清中5-羟色胺的水平降低，其代谢产物5-羟吲哚乙酸(5-hydroxyindole acetic acid，5-HIAA)在脑脊液和基底神经节也是降低的，但在皮层部位正常[5]。 药理学证据表明，许多调节5-HT 活性的药物(如奥氮平)对抽动的治疗有效，从而提示5-HT 系统在抽动的发病机制中起作用，很多抽动障碍的动物模型是通过5-羟色胺的前体或5-羟色胺激动剂全身给药的方法构建的[7]。 其中，比较受关注的是2，5-二甲氧基-4-碘苯-2-氨基丙烷(DOI)构建的模型。 DOI是一种5-羟色胺受体激动剂，DOI 全身给药可以诱导出摇头和痉挛，类似抽动运动，胆碱能激动剂(如多奈哌齐)和多巴胺拮抗剂(如氟哌啶醇)可调节DOI 诱导的类似抽动的运动。 但是该模型诱导出现抽动样运动的频率较低，影响了该模型在电生理研究方面的应用[7]。 DOI 模型的构建时间较长，多需要2 ～3 周左右[12-13]，请详见表1。

2.3 GABA 神经递质失调模型

GABA 是一种抑制性神经递质，尸检、MRS、PET 和动物实验均证实TS 患者存在的GABA 的功能异常，巴氯芬是一种GABAB 受体激动剂，对TS有不同程度的疗效，也支持GABA 的异常是抽动障碍可能的机制之一[5]。 通过脑内局部注射GABA受体拮抗剂(如苦味毒))，可以构建抽动障碍的动物模型，这一模型对研究抽动障碍如下优点：1)诱导出的症状是可逆的，仅存在数个小时；2)症状可以被迅速诱导出来，通常仅需要2 ～10 min；3)可以反复在同一部位进行操作；4)在不同的部位(如感觉运动环路、边缘系统等)局部注射可以引出不同的刻板症状[7]。 这一模型在猴子及鼠类中均成功构建，考虑到啮齿类动物更为常用，故本文仅纳入啮齿类动物的建模方式[14]请详见表1。

2.4 兴奋性氨基酸失调模型

谷氨酸是大脑主要的兴奋性神经递质，尸检、MRS 等检查提示TS 患者的苍白球、运动前皮质谷氨酸降低[5]。 但一项随机双盲的对照研究显示不管是谷氨酸受体的激动剂或抑制剂与安慰剂对比并不能改善抽动障碍的症状[15]。 Simith 等[16]将谷氨酸受体激动剂[红藻氨酸、α-氨基-3-羟基-5-甲基 异 恶 唑 - 4 - 丙 酸 ( amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid，AMPA)]直接注入成年大鼠的纹状体，可诱导出旋转行为，诱导出的行为可以被谷氨酸受体拮抗剂、动作电位阻滞剂河豚毒素、多巴胺受体拮抗剂阻断，提示谷氨酸受体激动剂诱发旋转行为可能是多巴胺依赖的，其可能引起了多巴胺释放的增加。

2.5 一氧化氮失调的模型

有研究发现TS 患者基底节神经元信号紊乱，特别是中间神经元(即一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase，NOS)-γ-氨基丁酸能群和胆碱能神经元)参与了严重持续性TS 的病理生理学[17]。 NOS 的抑制剂能够阻止6-OHDA 诱导的旋转行为[18]。 以上这些研究提示NO 失调可能引起抽动障碍。 NO 可由其供体硝普纳释放而来。 刘智胜等[11]在雄性成年大鼠侧脑室注入硝普纳，成功的诱导动物出现了刻板行为。

3 基于免疫机制建立的动物模型

A 组链球菌(group A streptococcal，GAS)或其他感染等强有力的免疫原性触发因素是TD 发病的高危因素，免疫机制可能介导TD 行为异常的发展变化[19]。 TD 的免疫动物模型主要采用的是以下4 种方法：1)外周或中枢注射细胞因子或其他免疫调节剂，改变与TS 相关的神经元功能和行为；2)免疫接种可能诱导交叉反应产生自身抗体的微生物的免疫原性成分；这些自身抗体是针对TS 相关神经环路，例如皮质-纹状-丘脑-皮质环路中的多巴胺能通路。 3)将含有与神经元或其他中枢神经系统的常驻细胞相结合的自身抗体的血清(使用来自受感染患者或直接接受抗原免疫的动物的血清)，通过外周或中枢注入初生动物体内，从而破坏中枢神经系统的信号传导和行为。 4)在小鼠品系或转基因中进行的研究，这些小鼠在接触特定环境刺激后会自发产生自身抗体或产生免疫异常[20]。 TD 免疫模型的构建方法众多，目前尚无公认的TD 免疫模型，选取几种建模方式介绍如下(见表2)。

4 基于遗传变异的动物模型

抽动障碍的基因研究表明，神经系统内多巴胺、5-羟色胺和组胺的通路相关基因(DRD2、DRD4、DAT、5-HT2C、 MAO)可能与TS 的发病机制有关，近 年 来，一 些 新 的 候 选 基 因，如 CNTNAP2，SLITRK1，HDC 也被鉴定出来[28]。 随着基因工程的发展，与抽动障碍相关的基因突变的动物模型也成功构建了出来。

4.1 D1CT-7 小鼠模型

D1CT-7 小鼠携带有一个转基因(通过将霍乱毒素胞内酶A1 亚基连接到人多巴胺D1 受体启动子上产生)，导致位于梨状皮质第二层、体感皮质第二层和第三层、杏仁核夹层上的多巴胺D1 神经元的亚组慢性活化。 D1CT-7 小鼠表现出许多与TS 相类似的症状，从生后第3 周(大致相当于TS 发病年龄)开始出现突发性轴性抽动，有性别倾向，雄性的D1CT-7小鼠症状更为严重和复杂，而且这些症状能够被抗精神类药物或可乐定控制。 D1CT-7 小鼠的表观预测及效应预测均很好，但是在结构效应上仍有质疑。 因为皮层第二、三层的锥体细胞主要是皮层内的水平投射，它接受大量的多巴胺神经元的传入，通过D1 受体的活化加强突触后膜的兴奋性，导致皮层活动增强，但这与TS 患者中观察到的皮层活动减少不一致[4]。尽管如此，D1CT-7 小鼠仍被认为是最佳的TS 验证模型[29]。

表1 基于神经递质失调建立的动物模型Table 1 Animal model based on neurotransmitter dysregulation

表2 基于免疫机制建立的动物模型Table 2 Animal model based on immune mechanism

4.2 DAT 基因敲除或沉默小鼠模型

DAT 主要功能是促进多巴胺在突触前末端的再摄取。 DAT 功能和表达的降低有利于纹状体中多巴胺水平的显著增强。 DAT 基因敲除小鼠会有类似TS 的行为及某些生化异常改变，包括持续性行为、过度运动和注意力改变，刻板的摇头行为增加，其脑区不但有多巴胺神经递质的升高，同时在特定的脑区海马也存在5-羟色胺水平的升高，在纹状体区5-羟色胺的转运增大[30]。 DAT 基因敲除或沉默小鼠模型并没有自发的抽动表现，但可能对于研究TS 相关的内表型具有较高的有效性[4]。

4.3 MAOA 基因敲除小鼠模型

单胺氧化酶A(monoamine oxidase A，MAOA)是5-羟色胺和去甲肾上腺素代谢的关键酶，在多巴胺的降解中起重要作用，MAOA 基因敲除小鼠会表现出自发的重复刻板行为以及攻击性[30]。 MAOA 基因敲除小鼠的体感皮质明显受损，其可能可以作为研究TS 患者该区域的神经解剖学改变的模型[4]。

4.4 其他基因突变模型

接触蛋白相关蛋白样2(contactin-associated protein-like 2，CNTNAP2)蛋白在细胞粘附途径和皮层发育中起关键作用。 CNTNAP2 基因缺陷小鼠梳理行为异常增多，严重到可导致胡须、面部以及身体损伤，但这些异常行为可以被氟哌啶醇控制；其纹状体释放的多巴胺水平升高，GABA 能间神经元减少，改变抑制信号的传导[31]。 SLITRK 家族由6 个基因组成，编码富含亮氨酸的跨膜蛋白，参与轴突靶向和神经元分化。SLITRK1 在大脑中的功能尚不清楚。 SLITRK1 基因敲除小鼠表现出高去甲肾上腺素水平，以及对可乐定敏感的类焦虑反应，但并没有出现类似抽动或相关的运动表现[32]。 组氨酸脱羧酶(L-histidine decarboxylase，HDC)通过促进组氨酸转化成组胺在组胺能信号中起作用，在TS 的患者中发现HDC 基因突变，HDC 基因敲除的小鼠有几个与TS 相关的特征，在服用多巴胺激动剂后，小鼠的脑组胺减少，刻板行为增加，包括直立、嗅闻和撕咬，被认为可以作为抽动障碍的模型[33]。

5 其他方法构建的TD 动物模型

应激刺激亦可诱导出抽动障碍的行为改变，由此构建焦虑性刺激(突然的发声刺激)引起抽动样行为(刻板的梳理行为)的动物模型[34]。 抽动障碍的部分患儿发作前有感觉异常的先兆症状，前脉冲抑制(prepluse inhabitation，PPI)就是据此建立的，它是一个用惊吓等反射刺激构建的非药物诱导的抽动障碍模型[35]。

6 总结

根据不同的可能病因及发病机制，目前已经成功构建的TD 动物模型有神经递质失调、免疫模型以及基因突变三大类型。 其中神经递质失调型比较常用的模型是IDPN 神经毒素构建的模型；免疫模型尚无常用模型；基因突变型里以D1CT-7 小鼠模型为最佳的验证模型。 因抽动障碍的病因及发病机制尚未完全清楚，目前尚无能够表观效应、结构效应及预测效应均符合的TD 动物模型，有待将来进一步的研究。