MK- 801建立精神分裂癥動物模型研究進展

精神分裂癥是精神科常見的重型精神疾病，致殘率極高，也是疾病負擔最重的精神障礙之一，其終生患病率約占整個人口的1%。其病因尚未闡明。目前大多數(shù)研究認為精神分裂癥是由生物、心理和社會環(huán)境以及它們的相互作用造成大腦功能損害的結(jié)果。推進對精神分裂癥病因與生物機制的理解、探討抗精神病藥物作用機理以及識別評估新的治療手段離不開精神分裂癥動物模型的建立。由于精神分裂癥具有獨特的人類本質(zhì)，動物模型無法模擬精神分裂癥患者的精神和心理因素，發(fā)展完善動物模型這一課題面臨艱巨的挑戰(zhàn)。因此本文將就此方面研究進展展開綜述。

1動物模型建立的現(xiàn)況

精神分裂癥的動物模型按其誘導策略的不同大致可分為藥理學誘導動物模型、發(fā)育動物模型和轉(zhuǎn)基因動物模型三大類[Cil。藥理學誘導動物模型采用藥物誘導精神分裂樣癥狀。多巴胺假說是最早的精神分裂癥病因假說，該理論認為精神分裂癥癥狀是由于腦內(nèi)多巴胺過剩所致。通過精神振奮藥如安非他明來誘發(fā)動物的異常行為是這一模型的代表。由于多巴胺遞質(zhì)失調(diào)的假說無法完全解釋精神分裂癥的發(fā)病機制，近年來，谷氨酸鹽失調(diào)假說引起了廣泛的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)給人類注射NMDA受體拮抗劑藥物后可引起類似精神分裂癥癥狀的行為表現(xiàn)，包括幻覺、妄想和怪異行為。同樣，在嚙齒類動物身上注射此類藥物，也會出現(xiàn)類似精神病的行為改變，如感覺運動門控障礙、極度活躍、社會退縮，以及學習和記憶功能障礙。報道稱這些行為異�？梢酝ㄟ^注射臨床上一些抗精神病藥物恢復正常。因此它成為闡明精神分裂癥發(fā)生的病理機制，檢驗新型抗精神病藥物有效性的一個有力的工具，也是目前國內(nèi)外研究中最常使用的一種模型建立方法，其代表藥物有氯胺酮,PCP和MIA-801。其中MIA-801可以同時模擬精神分裂癥的陰、陽性癥狀，因此近年來廣泛用于模型建立的研究中，本文將對其詳細介紹。此外，研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)緊張素與精神分裂癥病理機制有關(guān)，并且參與了抗精神病藥物的作用機理。這個模型目前尚不成熟，研究中很少用到。

神經(jīng)發(fā)育模型是通過對新生動物的腦部毀損(尤其是破壞海馬的發(fā)育)、胎兒期病毒感染或者破壞動物神經(jīng)元正常發(fā)育來實現(xiàn)，動物會在成年后出現(xiàn)精神分裂癥的一些行為學和神經(jīng)生物學特征，這些與精神分裂癥的神經(jīng)發(fā)育假設(shè)相一致:產(chǎn)前、圍產(chǎn)期和產(chǎn)后的不良事件可能在某種程度上影響到大腦發(fā)育，隨著大腦發(fā)育成熟在二十到三十年后出現(xiàn)癥狀。這類模型可用于篩選新藥。

因己證實精神分裂癥是一種高度遺傳性疾病，由此產(chǎn)生了轉(zhuǎn)基因動物模型。運用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以選擇性或者全面抑制精神分裂癥相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)從而建立模型展開相關(guān)研究。此模型正在研究中，將為今后可能實現(xiàn)的基因治療打下基礎(chǔ)。

2  MIA-801給藥方式、選取劑量及動物種類

現(xiàn)有的研究對于實驗動物的選擇尚不統(tǒng)一。國內(nèi)研究多選用圍產(chǎn)期或者成年期的Sprague}awley大鼠高劑量(> 0. Smg/kg)單次注射[[A]或低劑量(蕊0. 5mg / kg)重復給藥C9, io7來建立模型，也有選擇不同品系小鼠單次或多次給藥[D‘一川進行相關(guān)研究。國外研究多選用SD大鼠或Wistar大鼠，部分作者選擇在成年期給藥建立模型并進行相關(guān)研究，或者選擇在出生后不久(3一7 d)給藥，也有研究選擇高劑量(0. 5一1 mg/kg)單次或單日給藥，或者選擇低劑量((0. OS0.40 mg/kg)重復給藥2周甚至更長時間。還有一部分研究以小鼠來建立模型，也分為單次和重復給藥兩種方式。目前動物種類、給藥劑量以及給藥時間還沒有建立統(tǒng)一的標準，因此研究的結(jié)論存在差異，這方面還有待于明確。

社會行為評價模式

前脈沖抑制(PPI)感覺運動門控是信息處理一個重要的領(lǐng)域，包括恰當?shù)剡^濾傳入的感覺信息，通過阻塞無關(guān)或不重要的信息來使注意分配到突出的刺激上。聽覺驚跳反射的前脈沖抑制是感覺運動門控的可操作性測量方式。它是指突然發(fā)生的強烈的外部感覺刺激引起的反射性反應(yīng)，可以在人類或嚙齒動物中觀察和測量。前脈沖抑制現(xiàn)象包括模糊的前刺激誘發(fā)的自動驚跳反射的抑制。它是指當一個不能夠引起驚跳的前脈沖先于一個可以引起驚跳的脈沖30/50 ms出現(xiàn)，不考慮它們是否屬于相同的感覺形態(tài)，驚跳反射的強度降低。前脈沖抑制的減弱表明感覺運動門控受到損傷，這在精神病性癥狀活躍的患者身上尤為顯著。研究發(fā)現(xiàn)使用抗精神病藥物可使這些缺陷正常化，且非典型抗精神病藥物的作用更加顯著。

迄今為止，動物出生后不久即予以MIA-801處理，對PPI是否存在長期效應(yīng)一直存在爭議。早些研究指出，在大鼠出生后第3天單次注射MIA-801對其的基礎(chǔ)前脈沖抑制無影響。然而對年長一些的大鼠，則可以減少前脈沖強度的效應(yīng)圈。新生大鼠經(jīng)MIA-801處理而未出現(xiàn)前脈沖抑制變化也在Coleman Jr LG等研究中有所報道。與此一致，Harris L等Czal也未發(fā)現(xiàn)成年雄性大鼠在出生后第7天給藥后前脈沖抑制有任何變化。然而，有趣的是，在相同的研究中，成年雌性大鼠經(jīng)MIA-801處理卻存在前脈沖抑制的損傷。Zhao YY等在2013年的報道中也有類似發(fā)現(xiàn)。相反，另一項研究使用雌性大鼠，出生后5一14 d每天2次注射MIA-801 0. 25 mg / kg，在2一9周齡時卻未發(fā)現(xiàn)有前脈沖抑制破壞}z}}。因此難以得出性別是否對于實驗有決定性的影響。另有少量研究報道了積極的發(fā)現(xiàn)。Uehara T等在大鼠出生后7一10 d用MIA-801處理，發(fā)現(xiàn)了前脈沖抑制的劑量和年齡依賴效應(yīng)。LiM等研究大鼠連續(xù)六天給予NMDA受體拮抗劑后PPI損傷的持續(xù)時間，一組恒定的劑量給藥，一組以逐漸遞增的方式給藥，研究發(fā)現(xiàn)，這兩種給藥方式都可以造成PPI的穩(wěn)定持久性損傷，但后一種方式作用更好。

考慮到制造可靠的前脈沖抑制變化的問題，最新一項研究結(jié)合了新出生的動物MIA-801處理和隔離飼養(yǎng)來模擬精神分裂癥的雙擊假設(shè)。通過三項前脈沖抑制測試發(fā)現(xiàn)對新生大鼠僅MIA-801處理不能產(chǎn)生任何前脈沖抑制缺陷，而僅隔離飼養(yǎng)僅產(chǎn)生輕微的和不一致的前脈沖抑制缺陷。然而兩者結(jié)合的模型引發(fā)劇烈的前脈沖抑制改變，與這三個測試的結(jié)果一致，因此似乎兩種方法的結(jié)合有更可靠的前脈沖抑制改變囚。

近年來，不少學者對MIA-801引起感覺門控障礙的機制做了相關(guān)研究。Bxaszczyk JW等認為，不同劑量的MIA-801處理后，小鼠的聽覺驚跳反射的PPI程度不同，可以被用來解釋驚跳反射的谷氨酸鹽機制。Valsamis B等最近一項研究也進一步支持這一觀點，即前額中央皮質(zhì)谷氨酸鹽的功能過度激活是系統(tǒng)注射MIA-801引起的感覺門控障礙的主要機制。JuliaZangrand等研究指出，嚙齒類動物PPI的表達是由下丘的谷氨酸鹽介導參與的。FijaxK等[X330發(fā)現(xiàn)，抗精神病藥改善PPI的機制中，5一HT受體也參與了部分作用。

3.2自發(fā)活動MIA-801處理新生大鼠所致長期行為變化最具廣泛特征的即自發(fā)活動。精神分裂癥中活動增高被認為與陽性癥狀有關(guān)，可能代表中腦邊緣多巴胺系統(tǒng)的活性增高。大部分研究均顯示，MIA-801可引起大鼠自發(fā)行為的增多。Park SJ等發(fā)現(xiàn)，小鼠經(jīng)MIA-801急性給藥后，可出現(xiàn)自發(fā)行為的增多。

Missault S等在Wilt大鼠的研究中也有類似發(fā)現(xiàn)。我團隊研究發(fā)現(xiàn)，MIA-801按照0. 3mg/kg給藥后，大鼠的自發(fā)活動較對照組有所降低，提示MIA-801對自發(fā)活動的影響可能與劑量有關(guān)。Xiu  Y等0發(fā)現(xiàn)，小鼠經(jīng)過MIA-801慢性處理后，表現(xiàn)出在曠場實驗中自發(fā)行為增多、孔板實驗中對新環(huán)境探索行為減少、高架迷宮測試中焦慮情緒增加。Latysheva NV等發(fā)現(xiàn)大鼠在處理階段(注射后23 h)有自發(fā)活動降低，但處理結(jié)束后第6天或在4個月齡時這個變化卻不明顯了，因此推斷處理后效應(yīng)不能長期存在。在小鼠中也發(fā)現(xiàn)自發(fā)運動不能維持長時間的改變，盡管它們的趨觸行為有增加的現(xiàn)象。在性別研究中，Guo C等[09}發(fā)現(xiàn)雌鼠給藥后可以出現(xiàn)自發(fā)行為的增多，但該研究中僅使用了雌性被試因此無法得出關(guān)于另一性別的結(jié)論。

Schiffelholz T等[Cool在大鼠出生后第6 }21天注射0.25mg/kg MIA-801，在成年期((60 d)大鼠呈現(xiàn)低自發(fā)活動，而第30天時是活動增加的。由此推斷，幼年的高活動性可能預示著發(fā)病前的異常，如沖動性，反之成年期的活動減低可能反映精神運動阻滯，顯示疾病開始后的狀態(tài)。使用同樣的處理方法，Baier PC等報道了一個很類似的發(fā)現(xiàn)，MIA-801處理大鼠的自發(fā)活動，通過測量在高架十字迷宮中行動距離和懸浮時間發(fā)現(xiàn)，在生后第60天和第90天顯著減少。這個結(jié)果需要引起注意的是，在曠野和高架十字迷宮中測量的自發(fā)活動可能因設(shè)計內(nèi)涵和裝置的目的不同而極不相同。因此，結(jié)果可能不能準確反映標準裝置(活動室或曠野)中觀察到的自發(fā)活動，很可能被老鼠焦慮指數(shù)混雜。MIA-801大鼠低自發(fā)活動可能反映更高的焦慮水平增加的不動行為

3. 3認知功能

3.3.1新物體識別新物體識別測試常規(guī)被用來評估嚙齒類動物的再認記憶，基于相對熟悉的事物，動物更可能會去探究陌生事物這一內(nèi)在傾向性。也就是說相對于之前見過的事物，動物會用更多的時間研究新事物。很多研究發(fā)現(xiàn)，急性給予MIA-801可以引起動物新物體識別障礙，抗精神病藥物則可以改善這一損傷。Park SJ等急性給予成年小鼠0. 2 mg/kg的MIA-801后，小鼠在測試中表現(xiàn)新物體識別障礙，且這種障礙可以被急性注射氯氮平顯著改善。而動物在生命早期給藥MIA-801后的長期影響，效果似乎不那么確定。在出生后7一10 d給予0. 1 mg/kg的MIA-801 ,Stefani MR等Caal在大鼠成年期測試時未發(fā)現(xiàn)新物體識別方面有任何損傷。同樣，不管是選用高劑量的MK-801還是延長為4倍注射時間，Baier PC等[Ca i7也未在小鼠生命任何階段發(fā)現(xiàn)其存在再認記憶的損傷。LimAL等[29]在評估成年大鼠時也未發(fā)現(xiàn)任何MIA-801引起的新物體識別缺陷。

盡管研究不足，迄今為止可獲取的發(fā)現(xiàn)顯示，在生命早期階段反復使用MIA-801誘導的NMDA受體拮抗作用，獲取和保留階段間隔1.5 h,2 h或Sh之后，對新事物識別記憶無長期負面影響囚，然而間隔以外的結(jié)果仍不確定。

3.3.2空間記憶空間記憶在對生命早期MIA-801處理的大鼠的認知研究中是最有影響力的。水迷宮范式常規(guī)被用于大鼠/小鼠空間記憶研究。一般說來，此測試包括把動物放入一個圓形裝不透明水的水池，然后允許它通過迷宮外線索的幫助找出并爬上一個隱藏的平臺來擺脫一直在水里的困擾。通過反復測試，空間學習促進了逃避潛伏期的降低。即使把平臺從水池中移出，空間記憶的保持還可以促使動物仍然在平臺區(qū)有更長的游弋時間。早期生命MIA-801處理導致水迷宮成績降低主要在成熟后表現(xiàn)出來。McLamb RL等在未成熟雌性大鼠中未發(fā)現(xiàn)水迷宮行為有任何變化，而Su YA等發(fā)現(xiàn)雌鼠有輕微的功能損傷。我團隊研究發(fā)現(xiàn)，出生6 d的仔鼠，腹腔注射0. 3mg / kg的MIA-801，每天2次，連續(xù)注射2周，給藥結(jié)束后1周進行小鼠水迷宮測試，可以發(fā)現(xiàn)MIA-801組大鼠學習能力降低，學習速度減慢，長時記憶亦有損傷，但仍具有學習的能力。李繼濤等發(fā)現(xiàn)，腹腔注射小劑量MIA-801破壞了大鼠的參照記憶、空間工作記憶和逆反學習，提示其在多個認知維度上可模擬精神分裂癥患者的認知缺陷。王穎麗等連續(xù)注射MIA-801后，大鼠出現(xiàn)類似人類精神分裂癥的異常行為和學習記憶功能障礙，但學習記憶的損傷并非不可逆的，因此認為這兩者之間的關(guān)聯(lián)性有待進一步深入研究。國內(nèi)外研究快訊報道，用MIA-801處理的大鼠，在引起急性精神病發(fā)作同時，還導致突觸可塑性的嚴重破壞，并伴隨空間記憶形成的永久損傷。Su YA等研究發(fā)現(xiàn)，

出生早期經(jīng)MIA-801處理的大鼠，在青春期有中度的工作記憶損傷，而在成年期這種損傷異常顯著。然而，自發(fā)運動和PPI在這兩個階段均未受到損傷。對小鼠的研究也有報道存在顯著地空間工作記憶缺陷。盡管空間記憶在學習階段沒有顯著不同，但是當把平臺轉(zhuǎn)移到迷宮另一象限后，會出現(xiàn)顯著缺陷同樣，光線迷宮學習的缺陷也在大鼠中可以觀察到，效應(yīng)呈劑量依賴性。與對照組相比，0. 2 mg/kg處理的大鼠幾乎要花兩倍長時間來達到學習標準，而0. 4mg/k;處理的大鼠在規(guī)定的時間段內(nèi)根本無法達到標準網(wǎng)。此外，在另一個食物為獎賞的迷宮測試中也報道相對于對照組，處理組有空間學習能力延遲，盡管連續(xù)訓練的時間里能觀察到逐步的進步，但MIA-801處理組在訓練階段比對照組依然表現(xiàn)要差van der Stagy FJ等認為無論是皮下注射，還是肌注，嚙齒類動物給藥MIA-801只要不超過0. 1mg / kg，即可滿足認知損傷模型的標準，且不會造成感覺門控損傷或毒性作用。

4  MIA-801對大腦形態(tài)學和神經(jīng)化學的長期影響

4. 1大腦形態(tài)學出生后MIA-801處理的大鼠大腦重量下降己有所報道。Facchinett F等記錄了MK-801處理(生后1一12 d)結(jié)束后立即測量大腦重量發(fā)現(xiàn)其顯著減輕，這種影響可以持續(xù)直至成年。更多詳細的研究顯示出對不同腦區(qū)的影響并不一致，重量減少最顯著的區(qū)域是小腦和紋狀體區(qū)，對海馬影響最小。Kawahe K等[[52]也報告了當大鼠成年被處死時存在大腦重量減少，但他們沒有嘗試進一步了解MIA-801對不同腦區(qū)影響的特征。

    另外，大腦重量減輕也可能是腦容量和神經(jīng)元數(shù)目減少的結(jié)果。在對海馬的研究中，Hari、等發(fā)現(xiàn)了動物在兩月齡被處死時海馬有容量減小的趨勢，腦下角尤為顯著，同時伴隨CAl區(qū)域神經(jīng)元數(shù)目減少。類似地，也有研究發(fā)現(xiàn)成年大鼠腦組織前額皮質(zhì)V錐體神經(jīng)元有所減少。

4. 2神經(jīng)化學神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能影像學研究發(fā)現(xiàn)，前額皮質(zhì)是精神分裂癥病因的主要皮質(zhì)之一。Blot K等在研究大鼠認知功能損傷與皮質(zhì)功能關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，單次注射0. 1 mg/kg的MIA-801可以引起海馬-前額葉皮質(zhì)逐漸產(chǎn)生的長程反應(yīng)，與長時程增強的機制相同。大鼠給藥MIA-801后出現(xiàn)皮質(zhì)獨立的認知靈活性損傷及海馬額葉相關(guān)的空間記憶損傷，這些作用都在24 h內(nèi)逐漸削弱。賈嬌等研究發(fā)現(xiàn)，新生期阻斷NMDA受體會引起大鼠成年期海馬NR1, NR2A的代償性增加，引起青春期前額葉部NGF下降，因而認為新生期阻斷NMDA受體會引起NGF調(diào)節(jié)改變、谷氨酸系統(tǒng)長期代償。唐亞梅等研究發(fā)現(xiàn)，圍產(chǎn)期MIA-801重復處理誘導的精神分裂癥發(fā)育模型大鼠mPFC區(qū)和海馬SHIT能遞質(zhì)系統(tǒng)功能減退，海馬NE能遞質(zhì)系統(tǒng)功能減退。神經(jīng)生長因子為重要的神經(jīng)營養(yǎng)因子，研究[[54]提示其水平的改變可能參與精神分裂癥的發(fā)病機制。我國一項研究認定了腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子在前額葉和海馬存在不同的表達模式。前者在產(chǎn)后期觀察到的升高不能持續(xù)至成年期或青春期，而后者在成年期和青春期卻存在高水平的表達，但在此之前是沒有的。

有研究稱，在生命早期用MIA-801處理的大鼠成年后的改變主要是由于影響了主要的神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)。Harris  L等Czal詳細說明了NMDA受體的NR1亞型在丘腦背側(cè)和海馬背側(cè)區(qū)存在低表達，而在腹側(cè)區(qū)和腹側(cè)CA3區(qū)有過度表達。另外在皮質(zhì)也發(fā)現(xiàn)了NRl表達的增加。一項關(guān)于單胺代謝的研究報道稱，多巴胺代謝在額葉和紋狀體均有所增加，而5一輕色胺和去甲腎上腺素僅分別在額皮質(zhì)和紋狀體代謝增多對神經(jīng)遞質(zhì)的影響也涉及了丫氰基丁酸系統(tǒng)。有研究發(fā)現(xiàn)，與對照組大鼠相比，處理組損失了幾乎一半的前額皮質(zhì)小清蛋白中間神經(jīng)元

此外亦有研究顯示，MIA-801對于大腦具有保護作用。袁鳳剛等2014年的研究發(fā)現(xiàn)，MIA-801能夠抑制SD大鼠全腦缺血/再灌注引起ASIA的S一亞硝基化，進而影響ASIA凋亡信號通路，對神經(jīng)元損傷起到保護作用。周洪霞等也有類似發(fā)現(xiàn)。因此，MK-801的作用機制還有待進一步深入研究。

5效性評價

精神分裂癥作為一組復雜的疾病，想要在動物模型中復制其存在的全部癥狀很困難，在目前的科學技術(shù)下幾乎不可能實現(xiàn)，因此需要建立一個準則用于評估這些模型。為此，我們探討MIA-801給藥建立精神分裂癥動物模型是否合理。首先，它是一個發(fā)病機制的模型，主要基于NMDA受體假說，以精神分裂癥的多巴胺能神經(jīng)元遞質(zhì)傳遞失調(diào)為基礎(chǔ)。其次，成年期的改變源于生命早期的不良因素干擾，該模型與精神分裂癥的神經(jīng)發(fā)育模型一致。此外，細胞凋亡增強也牽涉在精神分裂癥的發(fā)病機理中，因為它可以解釋在死后組織中觀察到的細微神經(jīng)病理學變化，如神經(jīng)纖維減少和無神經(jīng)膠質(zhì)出現(xiàn)的細胞結(jié)構(gòu)缺陷

盡管證據(jù)顯示，動物在生命早期經(jīng)MIA-801處理后的行為表現(xiàn)可以模擬精神分裂癥的部分癥狀，但仍有證據(jù)顯示它們之間存在差異，尤其是關(guān)于前脈沖抑制和自發(fā)活動，因此這個模型的表面效度似乎不夠充分。而且，報道的變化主要局限于陽性癥狀和認知損傷，目前發(fā)現(xiàn)的與陰性癥狀有關(guān)的表現(xiàn)尚不充分，因此不能得出明確的結(jié)論。陰性癥狀如社會功能缺陷、社會退縮是首次精神疾病發(fā)作前的早期表現(xiàn)之一，是對治療反應(yīng)欠佳的癥狀之一，因此精神病性癥狀緩解后仍需堅持治療。由此，我們認為，動物模型的建立在治療藥物的發(fā)現(xiàn)中起了重要的作用，能夠引發(fā)陰性癥狀相關(guān)行為的模型會存在更大價值。

6小結(jié)

MIA-801處理新生大鼠導致NMDA受體功能失調(diào)，在未成熟大腦中加速引發(fā)彌漫性細胞凋亡，之后出現(xiàn)細胞結(jié)構(gòu)和突觸的重組。這些異�？赡芤栽谏�命晚期出現(xiàn)精神病性癥狀而告終。MIA-801可以建立穩(wěn)定的精神分裂癥陽性癥狀及認知功能損傷動物模型，具有合理的結(jié)構(gòu)效度。由于一些觀察結(jié)果的復現(xiàn)性比較差，尤其在精神分裂癥模型行為研究中最為廣泛的前脈沖抑制和自發(fā)活動方面，因此它對行為長期影響的一致性存在爭議。而且，與陰性癥狀有關(guān)的行為發(fā)現(xiàn)不足，這方面仍需進一步研究。此外，由于給藥方式、給藥劑量、動物種類的不同，研究結(jié)果往往差異甚大。因此，MIA-801給藥建立精神分裂癥動物模型目前仍然

是討論的熱點之一，為保證研究結(jié)果的一致性，模型建立方法還需要進一步統(tǒng)一化，能夠完善精神分裂癥陰性癥狀的模型建立方式還需進一步深入研究。