实验动物抑郁模型研究进展

宇庆迎，杨莹，刘墨林，褚玉鹤，夏小雯，薛玲

(山东中医药大学a.药学院，b.中医学院，济南 250355)

抑郁症是目前常见的一种心理障碍疾病，是全球疾病负担的主要因素之一[1]，具有较高的致残率，其症状标准以显著而持久的心境低落为主要特征。而研究发现抑郁症症状时间越长，患者认知障碍越严重[2]，强烈的悲观情绪甚至会导致自杀。近年来，抑郁症的发病率越来越高。据世界卫生组织统计，全球抑郁症发病率约11%，高发人群多为脑力劳动者[3]。一项对抑郁症患者进行10年随访的研究发现，65%～70%的抑郁症患者因会出现多次复发的情况而需要进行预防治疗[4]。此外，抑郁还会增加由心脏病、脑血管疾病等引起的死亡风险。但目前有关抑郁症的发病机制仍不十分明确，研究抑郁症的确切神经生物学机制主要受限于其复杂性以及与其他合并症的关联。虽然通过使用人类受试者的死后大脑样本已经克服了一些局限性，但是这些样本经常受到年龄、性别、用药史、死后组织收集等因素的影响。因此，合理的抑郁症动物模型对于研究抑郁症发病机制、药物筛选以及指导临床用药尤为重要。动物模型的缺陷在于其认知度和情感能力与人类不同，但近年来，抑郁症动物模型不断得到完善[5]。现通过介绍不同抑郁症动物模型，以寻求生理病理学现象与人类抑郁症尽可能高度相似的动物，主要采用应激、药物、手术等造模方法构建合理有效的抑郁症动物模型，为抑郁症发病机制的研究和临床治疗提供参考。

1 抑郁症相关的分子机制

抑郁症涉及的分子种类繁杂，确切分子机制仍不清楚，目前其主流发病机制假说主要有以下几种。①单胺神经递质假说：在抑郁症患者中观察到某些神经递质失调，从而引起神经生物学上的紊乱。如人体色氨酸摄入不足会使5-羟色胺水平降低[6]，进而导致抑郁症的发生。此外，去甲肾上腺素转运体也已成为重度抑郁症的一种靶向治疗途径。②神经可塑性假说：神经影像学显示，抑郁症患者前额皮质和海马体积减小，同时心理和环境应激模式制作的动物模型研究提供了神经萎缩的直接证据[7]。如慢性不可预知温和刺激模型或反复束缚会降低前额叶和海马树突复杂性及树突棘密度。③氧化应激反应假说：过度的氧化应激也是抑郁症的一个重要原因。抗氧化能力过低会降低对活性氧类的保护，导致氧化应激状态，损害脂肪酸、蛋白质和DNA的代谢，并产生过量的黄嘌呤氧化酶和丙二醛等[8]。氧化应激也可能引发自身免疫反应，导致神经退行性疾病。已有研究证明，一些抗抑郁药物可以通过持续提高抗氧化剂水平和使大脑紊乱正常化来逆转某些动物的抑郁症状[9]。④神经营养因子假说：据报道，抑郁模型大鼠海马中脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)表达减少[10-11]，表明BDNF可能是抑郁产生的重要因素。尸检发现，女性自杀者前额叶皮质中BDNF水平降低，而男性自杀者海马中BDNF蛋白水平显著降低[12]。⑤兴奋性氨基酸假说：研究发现，抑郁症模型动物大脑中谷氨酸水平在造模后24 h内升高，在随后的4周内降低，同时检测到海马CA1区突触小泡蛋白囊泡谷氨酸转运蛋白-1水平降低[13-14]。另有研究显示，重症抑郁症患者的血小板对谷氨酸的敏感性增加[15]。⑥炎症反应机制：实验发现，小鼠腹腔注射脂多糖可以诱导抑郁样行为，使模型动物血浆中细胞因子水平升高，同时中枢神经系统发生炎症反应[16]。

2 实验动物抑郁症造模

2.1模型动物的选择 随着对抑郁症临床和实验研究的不断进步，越来越多的动物被用于抑郁症动物模型的研究，以期寻找一个适用于人类抑郁症的动物模型。①啮齿动物：啮齿类动物是最常用的动物模型，具有价格低廉、饲养方便、易于繁殖、造模周期短、可塑性及稳定性较强等诸多优势，在评价抗抑郁药物效果中取得了一定成果。但由于其与人类吻合性较低，因此在研究抑郁行为及中枢调控机制方面限制较大。常用动物品系有C57BL/6小鼠、Wistar大鼠等。②非人灵长类动物：非人灵长类动物由于与人类在进化上高度相似，亲缘关系较近，故有发达的中枢神经系统结构。此外，它们的生活习惯和人类吻合性较高，可以通过学习不断增强认知能力从而逐渐社会化，有高级认知并表达一系列情感的能力，在抑郁症行为和中枢神经系统研究方面有较大优势，是较为理想的抑郁症模型动物。③转基因动物：随着转基因技术的迅速发展，出现了利用转基因动物来构建抑郁症模型。这种转基因动物一般来自自然突变或近交系，目前常用品系有Fawn Hooded大鼠、Hinder Resistant Line大鼠、Tryon Maze Dull大鼠、Swim Low-active Model大鼠、Flinder Sensitive Line大鼠和Wistar-Kyoto大鼠等[17]。

2.2造模方法 由于人类研究的固有局限性以及抑郁症发病机制尚不清楚，目前尚无明确的实验指标，因此动物模型的使用仍是识别抑郁症神经机制和发现新的药物以及治疗方法的必要步骤。目前，常用的抑郁症造模方法主要包括应激造模、药物造模，手术造模和遗传造模。

2.2.1应激造模

2.2.1.1行为绝望模型 行为绝望模型是指将动物置于一定环境中，使其出现绝望的状态进而制作抑郁症模型，但一般为急性应激抑郁模型。行为绝望模型的理论基础是人类抑郁症的发生和发展是由慢性、低水平的压力源引起，它基本上模拟了人类抑郁症主要症状的发生，而这些症状可以在使用抗抑郁药物后逆转。但该模型中不动因素复杂，其结果可能受运动疲劳和状态适应等因素的影响，从而降低行为绝望模型的有效性。该模型主要通过强迫游泳实验、悬尾实验等进行急性应激模型的制备以及慢性束缚应激实验等进行慢性应激模型的制备。

强迫游泳实验：根据啮齿动物对不良环境的反应来评估其绝望程度。将实验动物置于注水的玻璃容器内，水温(25±1) ℃，动物会由激烈挣扎试图逃离的状态转为绝望放弃挣扎状态，而后漂浮在水面成静止不动姿势。强迫游泳实验产生的不动可被视为促进动物适应和生存的认知功能的转换[18-19]。记录6 min内实验动物的不动状态。使用一定的抗抑郁药物可以缩短实验动物静止不动的时间。自20世纪70年代以来，强迫游泳实验一直用于测试药物的抗抑郁潜力，其成本低廉、操作简便、结果可靠，常用来进行抗抑郁药物的初步筛选以及对抑郁模型动物的行为改变进行评价。然而有研究人员认为，强迫游泳实验不能较好地体现抑郁症患者的核心症状、实验过程中的不动状态没有确切解释，且对强迫游泳实验是否是一种好的抑郁症模型表示怀疑[20]。

悬尾实验：用于测量对压力情况的响应，多用于检测抗抑郁药物的反应。将小鼠尾巴用胶带吊起固定在一定高度，使其头部向下处于悬空状态，前期小鼠会由于不正常体位而不断挣扎，当多次挣扎发现无力改变现状时便会逐步趋于间歇性静止状态，从而短时间内产生类似抑郁症的行为。如果受试动物不动时间增加，表明其具有抑郁样行为。该方法操作简便、灵敏度高，但易受小鼠品系和周围环境影响、实验者主观判断性较强，易出现假阳性和假阴性结果；另外，悬尾实验仅用于小鼠，而不适用于大鼠。同时，悬尾实验不适用于检测动物中的“绝望情绪”，它适合由于无法承受的环境压力而从主动行为过渡到被动行为。现常用来初筛抗抑郁药物、评价抑郁模型动物的行为改变。

慢性束缚应激实验：是常用的应激模型之一，操作方法是将实验动物置于有通气孔的透明材料所制的可调节圆柱形束缚器内，每日束缚 3 h，连续28 d[21]，每日应激阶段禁食禁水。动物因长时间束缚于密闭空间内，起初表现出焦虑、易怒，并尝试逃脱，最终感到逃脱无望便产生类似于人类的快感缺失、体重减轻、饮食减少、绝望、乏力等可以通过抗抑郁药物改善的症状[22]。该模型制备简单，刺激性小，可以部分描述心理应激状态，且与人类抑郁症相似程度高，常与慢性不可预知温和刺激模型联合制备，用来进行抑郁症整体评价的相关研究。其缺点为动物易产生适应性。

2.2.1.2习得性无助模型 习得性无助模型是让实验动物处于无法预测和控制的应激环境中，一段时间之后，该动物的学习能力会有所欠缺，自发性活动越来越少，同时也会出现体重减轻、运动减少、攻击性降低等现象，与人类抑郁症状有一定相似性。而这一系列的行为均可以在抗抑郁药物的作用下得到改善，目前已经发现了几种对该模型具有潜在治疗作用的新型化合物。另有研究表明，在习得性无助模型中，经过代谢组学分析发现动物体内的谷氨酸盐、半胱氨酸、脯氨酸等氨基酸的代谢以及糖代谢、脂代谢均有一定紊乱，这为抑郁症发病机制的研究提供了新依据[23]。习得性无助模型药理学预测性良好、对常用抗抑郁药物均具有选择性和特异性，但习得性无助症状是否为抑郁症患者特有尚未被证实。现常用来进行抗抑郁药物初步筛选、抑郁症发病机制研究。

2.2.1.3社会挫败模型 社会挫败模型是指在原生动物活动范围内多次引入攻击性和侵略性更强的同一动物，使其对原有动物造成一定精神压力而表现出情绪低落的现象，即相当于居住者和入侵者的测试。在居住-入侵测试中，居住者会由于多次被攻击压迫而表现出斗争消极状态，主要表现出以社交退缩和快感缺乏为特征的行为。在社会挫败模型中，模型动物有两种表现：一种表现出社交回避，被称为易感动物；另一种表现正常，被称为弹性小鼠。该模型可以在社会层面模拟抑郁症发病机制，但其多适用于雄性啮齿动物，而雌性因具有较低的攻击力较难实现社会挫败。现常用来进行抗抑郁药物的研发。

2.2.1.4早期生活压力模型 早期生活压力模型的主要原理是早期生活中的不良事件会严重影响晚期生命中的精神疾病的发展，如抑郁症。母婴分离是早期应激模型之一，对情感和压力反应具有长期影响。研究发现，在出生早期将幼儿和母亲分离会导致幼儿在心理和行为上均会发生一些转变，缺乏母体依恋会诱发幼小动物的下丘脑-垂体-肾上腺轴功能障碍，由于神经内分泌相关因子水平的变化，幼年的啮齿动物容易产生行为异常，甚至在成年之后也极易发生情感紊乱，其产生的抑郁行为可以通过抗抑郁药物而有所好转[24]。但该模型所进行的雌性实验少、模型特异性及可信度未得到证实。现常用来进行抗抑郁药物的初步筛选、在成长过程中经历早期社会压力的个体成年期抑郁症的病因机制研究。

2.2.1.5慢性不可预知温和刺激模型 通常单类重复刺激在正常条件下会引发适应性反应，但慢性不可预知温和刺激模型可以克服这种适应性，并使动物产生长期有效的抑郁样情绪[25]。该模型是在一段时间内，对动物进行一系列重复且不可预测的温和性刺激，从而诱导动物产生一些抑郁样行为。这些刺激具有如下特征：①强度温和，不会对动物本身产生持久的影响；②发作较慢，刺激会持续数周[26]，并反复发作；③不可预测，每个单独的刺激持续时间，方式均有所不同。慢性不可预知温和刺激模型一旦诱发大鼠行为改变，将持续约3个月，且大多数抑郁样行为可以通过抗抑郁药物逆转[27]。该模型刺激温和、可靠性强、具有高度有效性、与人类抑郁症吻合程度高，可以更好地模拟人类长期在各种环境中受到的各种低水平刺激所引起的反应，被认为是目前最经典的动物模型。但其造模时间长、工作量大，常用来研究抑郁症发病机制及抗抑郁药物作用机制。

2.2.2药物造模 药物诱导模型主要是基于药物之间的相互作用而产生，以抑郁症的单胺假说和炎症因子假说为基础，主要用于筛选专一性靶点的抗抑郁药物。这些模型操作简单，周期较短，但可信度低，与人类抑郁症的发病机制有显著差异，因此不能广泛应用，只能用作抗抑郁药的初步筛选测定。

2.2.2.1利血平诱导模型 抑郁可引起多种生化指标的改变，如单胺代谢物缺乏、炎症因子水平升高以及血清BDNF水平降低等[28]。因此，通过改变特定神经递质或因子的水平来建立抑郁症动物模型是可行的。利血平是一种吲哚类生物碱，临床应用中发现其不良反应可以导致抑郁状态，是首个用于构建抑郁症模型的药物。该模型中的抑郁症状可以通过提前服用抗抑郁药物来逆转。已有研究表明，利血平诱导的抑郁症模型对抗焦虑化合物具有较高的有效性，这对治疗焦虑症引起的抑郁症具有潜在意义[29]。该模型造模时间短、操作简单、动物痛苦较轻，但其动物死亡率高、模型病理过程与个体抑郁不一致，常用来筛选中药有效治疗成分、评价药物疗效。研究发现，利血平诱发的抑郁症与雌性大鼠的氟西汀敏感性升高、乙醇摄入量增加有关，而雄性青春期大鼠则与这种消耗量无关[30]。因此，该模型目前也用于探讨青春期女性抑郁与饮酒之间的关系。

2.2.2.2糖皮质激素诱导模型 在正常情况下，压力诱导的下丘脑-垂体-肾上腺轴激活后皮质类固醇释放。然而，在糖皮质激素水平升高所反映的病理条件下，可能会发生脑损伤，如海马神经生成减少[31-32]，CA3中树突分支减少等。糖皮质激素诱导模型主要指通过皮下注射外源性皮质酮，持续注射3周，使啮齿类动物产生抑郁样行为[33]。该模型可以使动物的活动明显减少，蔗糖偏好程度降低，海马区和前额叶皮质也发生了一定变化，但应用一定的抗抑郁药物可以逆转以上抑郁样行为。然而，外源性皮质酮给药后观察到的皮质酮血浆水平与慢性应激后观察到的皮质酮变化并不完全相同，可能原因为与慢性应激模型相比，糖皮质激素诱导模型可以更稳定地提高动物体内的皮质酮水平，从而引发中枢下丘脑-垂体-肾上腺轴负反馈调节机制失调，体现了该模型良好的实验可控性。此外，该模型还具有简单易行、造模周期短等优点，但存在一定副作用。

2.2.3手术造模

2.2.3.1嗅球切除模型 临床研究表明，抑郁症患者对嗅觉的敏感性显著降低，其降低程度与症状的严重程度有关[34]。因此，嗅觉系统的功能障碍与抑郁行为之间存在强烈的联系。目前嗅球切除是最常用的手术造模方法，嗅球位于端脑的前端，常与边缘系统的相关功能有关，对于情绪、行为以及内分泌均有一定影响。因此如果手术将大鼠的嗅球切除，会降低被动回避反应并升高血浆类固醇水平，从而导致抑郁样行为[35]，如快感低下、空间学习和记忆障碍、食欲和性欲减退等，应激反应和攻击行为会相应增强。同时，炎症和皮质酮水平升高，5-羟色胺能神经传递发生改变，这与抑郁症患者的神经生化机制改变相一致[36]。抗抑郁药物治疗可以使嗅球切除模型大鼠的抑郁行为恢复正常。嗅球切除模型稳定性好、无药物交互影响、实验误差小。该模型不仅可用于抑郁症的神经生物学和抗抑郁作用机制的研究，还常用来进行抗抑郁药物的二次筛选。

2.2.3.2脑卒中后抑郁模型 脑卒中后抑郁较一般的抑郁症更为复杂。脑卒中后抑郁模型由于具有多种病因特征而较难制备，目前应用较少。根据其病理特性，最常使用的为复合模型[37-38]，即先诱发脑缺血，然后诱发抑郁症，为相应的临床治疗奠定了基础。该模型虽制备过程复杂，但对于肢体瘫痪、行动不便的临床脑卒中患者产生的抑郁样行为具有较高的还原度，是研究脑卒中后抑郁病理机制和临床治疗的良好模型[39-40]。

2.2.4遗传造模 抑郁症具有很强的遗传成分，遗传性抑郁通常与内源性基因遗传突变相关，因此许多研究试图通过改变抑郁症相关基因的表达来构建抑郁症模型。目前，已经建立了许多针对5-羟色胺能和去甲肾上腺素能系统以及下丘脑-垂体-肾上腺轴调控隐含基因的转基因品系，有多种模型可以不同程度地模拟人的抑郁症症状，如Flinder Sensitive Line、Wistar-Kyoto和Fawn-Hooded等大鼠模型。此外，通过转基因或敲除条件基因神经递质、受体或转运蛋白来构建小鼠抑郁模型已经显示出良好的构建有效性，这些动物均表现出对治疗的抵抗性以及压力的敏感性增加[41]。然而，抑郁症是一种多基因疾病，基因与环境因素相互作用，故单个基因突变的抑郁症模型无法完全揭示抑郁症的病理机制，且该模型价格昂贵，因此临床应用受限。

3 抑郁症动物模型行为学评价方法

行为学方法主要评价实验动物情绪低落、快感缺乏、社交互动行为减少甚至绝望等与临床抑郁症标准相关的表现。目前，行为评估的方法很多：①旷场实验主要用于评估实验动物探索新环境的能力及在新环境中的焦虑和活动情况，将动物置于陌生的开放场地中使其探索新的环境，然后分析动物在中央区域和周围区域的停留时间和运动路程，是一种比较理想的评价抑郁情绪的方法。②蔗糖偏好实验是目前最适于抑郁症核心症状——快感缺失的评估方法，摄入蔗糖几乎可以给所有动物带来愉悦的情绪，蔗糖消耗率的下降反映出动物对奖励性刺激的敏感性降低或缺乏。该实验通常分为适应期和评估期，在评估期结束后计算蔗糖偏好率，用于对该模型的评价。该模型建立成功的标志是，模型组蔗糖消耗量及蔗糖偏好率较对照组显著下降[42]。③洒水实验是将10%蔗糖水喷洒于大鼠背部，连续喷洒3次，每次2 mL。然后将大鼠放回饲养鼠笼中累积记录5 min内大鼠梳洗背部被喷洒蔗糖水部位的行为时间。④Morris水迷宫实验主要是训练动物的位置和空间的识别和探索能力，将动物随机放置于水迷宫的不同位置并提供近段线索和远端提示，将动物导航到隐藏平台的最佳路径。与强迫游泳实验相比，水迷宫测试还可以降低误吸水的风险。⑤强迫游泳实验、悬尾实验和新奇环境诱导食欲减退实验等既可以作为抑郁症造模方法，也可以用于评价其他抑郁症模型。其中悬尾实验被广泛用于评估小鼠的行为，但不适用于大鼠，因为后者的体积较大，难以控制。

4 结 语

抑郁症是一种复杂的疾病，影响因素诸多。动物模型的建立成为人们研究抑郁症神经生物学基础的可行方法之一。一方面，动物模型可以阐明抑郁症的神经生物学机制以及检验新的神经生物学假设，另一方面，根据现有的抗抑郁药，人们可以使用动物模型来检验新的假设并确定新的靶点，以进行更好的针对性治疗。迄今为止，已经有十几种动物模型被用于筛选和探寻抗抑郁药物，虽然现有的抑郁症动物模型存在一些局限性，但其在一定程度上对于了解抑郁症的发病机制、鉴定抗抑郁药的新靶标及进行抗抑郁药的药效研究均不可或缺。且对于研究抑郁症的特定方面，不同的模型具有不同的优势。动物模型的建立、验证和改进在揭示抑郁症的发病机制及药物研发中起着关键作用。目前可用的抑郁症动物模型在不断改进，新的突变小鼠和令人关注的基因靶点不断被开发和研究。未来有关抑郁症的研究应为减少对药物反应的关注，更多地关注于揭示潜在机制的模型和系统。多种动物模型交叉使用，以期深入了解抑郁症的发病机制及抗抑郁药物的作用机制，从而为目标患者开发出更高效的治疗方法。