上QQ阅读APP看书,第一时间看更新
第四节 基于创伤后应激障碍行为学相关的动物实验模型
一、概述
心理社会因素对人类的健康和疾病有重要作用,这些因素不是由于负性刺激直接作用于躯体,而是通过个体对这些刺激的认知评估来影响健康。然而并不是所有暴露于社会心理应激的个体都会产生疾病,负性刺激或应激源对个体的影响,取决于个体对这些处境的应付,成功的应付依赖于对应激的可控性和可预测性,有利于机体维持内环境的稳定,当个体对应激应付失败时,健康将受到威胁。研究应付方式的生物学基础,有助于理解个体差异在应激相关障碍中的作用,指导临床对应激相关的精神问题开展有针对性的预防和治疗。然而,由于对人类活体研究存在技术上和伦理上的限制,目前对创伤后应激障碍的生物学机制仍知之甚少。因此,建立合适的动物模型来研究个体应付的差异及对健康的影响,是现代生物医药学研究的一个挑战,为研究创伤后应激障碍的神经生物学机制提供了有益的尝试。
二、海马惊厥阈下电刺激动物模型
海马结构属古皮质,是边缘系统的重要组成部分;海马与丘脑前核群、板内核群、下丘脑、乳头丘脑束、扣带等组成的环路是调节行为、学习和记忆、情绪反应的重要神经解剖学基础。为此,本模型用6~7周龄雄性Wistar大鼠,以海马CA1区为诱发部位,通过重复电刺激。一方面要求所施电刺激既可诱发海马AD,以最大限度地引发实验动物情感行为异常;同时又使其持续时间限制在10秒内,以尽可能减少实验中可能出现的惊厥行为及其他影响因素。另一方面,一定数量的电刺激累积对产生明显、持续的情感行为障碍至关重要。
1.建模方法
选择6~7周龄的雄性Wistar大鼠,在12小时光亮/黑暗条件、22~25℃环境温度下分隔喂养,随后随机分为三组,分别为海马阈下电刺激组、海马电极埋植对照组和正常对照组。首先对海马阈下电刺激组和海马电极埋植对照组进行电极埋植与固定。将大鼠通过2%戊巴比妥钠腹腔麻醉后固定于立体定向仪上,暴露其颅顶骨。利用台式牙科电钻钻透颅骨,根据Pllegrino大鼠脑图谱确定海马CA1区电极埋植部位:门齿高于耳杆平面3mm,前囟后4.5mm,旁开5.0mm,硬脑膜下5.5mm。通过牙科水门汀固定电极。术后观察半小时,动物恢复正常活动后放回饲养笼内,饲养7天后开始放电实验。以40μA电流强度起步,每分钟刺激1次,每次增加20μA,直至海马后放电出现为止,同时记录其持续时间。选择阈值低于250μA的大鼠作为研究对象。然后通过波宽1毫秒、频率25Hz、串长10秒、刺激强度100μA的恒定单向电流,每天刺激大鼠8次,间隔7分钟,连续刺激7天。
2.观察指标
在电刺激结束后的1天、1周及1个月时观察动物情感行为的改变。
(1)惊吓反应:
观察动物接受反复、短暂(1~2秒)的高频金属音刺激后行为习性、自主活动及适应能力的变化。普通对照组和海马电极对照组大鼠面对短暂高频金属音刺激时,出现1~3秒轻微惊吓反射,重复3次以上便很快适应;海马阈下电刺激组在电刺激结束1个月内,面对同样的高频金属音刺激时出现明显的惊吓反应,表现出全身性惊吓反射、反应持续时间长、幅度增大,并出现埋头、趋暗、打洞等多种逃避性焦虑样行为,同时对刺激的适应时间明显延长,反复刺激6~10次后仍有较明显的惊吓反应。
(2)旷场活动性:
旷场行为观察箱为60cm×60cm×60cm的无顶木盒,箱底用墨线分成36个相等的方格。将大鼠轻轻放入观察箱的中间小方格内,观察30秒内动物的活动情况。大鼠1/2以上身体从所在方格进入相邻方格计1分,后肢性站立计1分,两者相加为其总分。在电刺激结束1个月内,电刺激组比对照组表现出更为明显的旷场活动性减少。如表8-1。
表8-1 大鼠旷场活动性改变
海马阈下电刺激组在电刺激停止后1天和1周后的检测得分与海马电击对照组和正常对照组的检测得分比较, P<0.01;停止后1月后检测得分比较, P<0.05。(王庆松等,大鼠海马惊厥阈下电刺激PTSD模型的建立)
(3)拒俘反应性:以动物从未接触过的手套轻抓大鼠,观察其反应。在情感行为观察中,在电刺激结束1个月内,电刺激组比对照组表现出拒俘反应性显著增强行为。如表8-2。
表8-2 大鼠拒俘反应性改变
海马阈下电刺激组在电刺激停止后1天、1周和1月后的检测得分与海马电击对照组和正常对照组的检测得分比较, P<0.01。(王庆松等,大鼠海马惊厥阈下电刺激PTSD模型的建立)
3.模型分析
此模型以海马CA1区为诱发部位,通过重复电刺激,诱发与创伤后应激障碍临床表现相似的情感行为障碍。实验中,要求所施电刺激既要诱发海马后放电,以最大限度引发实验动物情感行为异常,同时又要控制其持续时间和强度在一定范围内,以减少实验中可能出现的惊厥行为和其他影响因素。另外,一定数量的电刺激积累对产生明显、持续的情感行为障碍非常重要。此模型通过对电刺激波宽、频率、串长、强度、刺激间隔时间以及刺激总次数进行相应调整,确立了符合要求的电刺激参数,成功诱发了实验动物明显的、较长时程的活动习性改变、警觉水平过高、惊恐行为、环境适应能力下降、躲藏逃避反应等多种与创伤后应激障碍相似的精神、行为障碍表现。显示该模型稳定性好、诱发率高、效应持久、对动物损害小、可基本再现创伤后应激障碍主要临床表现,不失为进一步研究创伤后应激障碍致病机制的较理想的动物实验模型,同时模型也揭示出海马等中皮质边缘区神经元在创伤后应激障碍发生发展过程中可能具有重要意义。
三、糖皮质激素模型
糖皮质激素在创伤后应激障碍中表现出的作用,可通过增加糖皮质激素氢化可的松使得小鼠表现出创伤后应激障碍症状。糖皮质激素模型是建立在应激理论基础上的。研究发现,外源性的应激会促使体内糖皮质激素的释放,长期应激引起的高糖皮质激素水平会损伤海马等特定脑区,进而引发创伤后应激障碍。该模型通过人为增加机体糖皮质激素的水平,模拟行为诱导的生物学变化。
1.建模方法
选择18只雄性小鼠,适应环境7天后,分笼饲养,称重后随机分为3组,包括模型组、生理盐水对照组和空白对照组。模型组的小鼠每天白天的随机时间,根据20mg/kg的剂量进行腹腔注射4mg/ml的皮质酮混悬液;生理盐水对照组小鼠每天注入相同剂量的生理盐水;空白对照组正常喂养,不做任何处理。整个处理过程持续21天。21天后,通过旷场试验和蔗糖消耗测试评价糖皮质激素模型,以检测模型小鼠的特征症状、焦虑行为学和赏罚行为学的改变,如图8-11。
图8-11 糖皮质激素模型
将小鼠分为注射皮质酮的模型组、注射生理盐水的对照组和正常饲养的空白对照组,持续21天后利用旷场试验和蔗糖消耗试验检测小鼠的行为学改变
2.观察指标
建模结束后,在糖水消耗试验中,生理盐水对照组和空白对照组的糖水偏爱百分比无明显差异,但模型组的小鼠的糖水偏爱百分比明显降低。在行为学旷场试验中,生理盐水对照组和空白对照组的水平运动得分和直立次数无明显变化,而模型组小鼠的水平运动得分及直立次数明显降低。同时体重分析显示模型组小鼠的体重明显较低,而生理盐水对照组和空白对照组体重增长正常。
3.模型分析
通过注射皮质酮制造应激障碍小鼠模型属于药物诱导模型,皮质酮是鼠类分泌的主要的糖皮质激素。糖皮质激素在体内的水平受到HPA轴的调节,同时通过与海马和HPA轴上的糖皮质激素受体结合,对HPA轴的活性产生负反馈调节。通过外源性注入糖皮质激素,导致小鼠体内糖皮质激素水平的紊乱,进而引起体内HPA轴负反馈调节机制的破坏和海马损伤,通过蔗糖消耗模型和旷场试验证实模型小鼠产生类似创伤后应激障碍症状,该模型也许无法复制出创伤后应激障碍的所有症状,但作为研究创伤后应激障碍的工具,适用于研究创伤后应激障碍发生机制和治疗手段。通过注射皮质酮建立糖皮质激素模型需注意给药时间的随机性,避免糖皮质激素水平在小鼠体内的变化出现规律性,形成新的反馈机制而导致建模失败。
四、脑啡肽基因敲除模型
在当前的研究中,人们发现创伤后应激障碍的产生似乎与类鸦片物质系统有关。当外界压力再现的时候,创伤后应激障碍患者表现出增强的内源性类鸦片物质介导和压力诱导的疼痛缺失现象,而疼痛机制与创伤后应激障碍症状相关,特别是恐惧调控。脑啡肽是一种类鸦片物质,在前脑啡肽原敲除小鼠的研究中,发现它们相对野生型小鼠表现出焦虑行为和胁迫反应增强,攻击性提高等特征,充分符合创伤后应激障碍类症状。
1.建模方法
选择16只野生型小鼠和16只前脑啡肽原敲除的雄性小鼠,在实验前所有小鼠体重25~35g,室内分笼饲养,每只笼子5只。饲养房间保证黑暗与光照的时间为1∶1,其中光照时间为6:00~18:00,室温22℃,保证食物与饮水的充分供给。模型构建开始第1天,对7只野生型小鼠和7只前脑啡肽原敲除小鼠给予足底电击,电流强度3mA,持续10秒,另外9只野生型和基因敲除小鼠正常饲养作为对照。在第2、7和13天,所有小鼠被暴露于应激刺激唤醒空间,该空间与足底电击空间相似,但不通电,每天暴露1分钟。在应激刺激唤醒试验后,对所有小鼠记录僵化行为表现。在第14天,对所有小鼠进行旷场测试,高架迷宫测试,光暗测试和强迫游泳测试,以检测小鼠的特征行为,探索能力和焦虑情绪的变化。
2.观测指标
在暴露应激原后的僵化行为测试中,前脑啡肽原敲除小鼠比野生型小鼠表现出更强的僵化反应。在高架迷宫测试中,基因敲除小鼠比野生型小鼠花费更长的时间到达中间点,在足底电击后,两者都表现出到达中间点时间延长和进入开放臂次数减少的特点。在光暗测试中,基因敲除小鼠与野生型小鼠相比,在进入暗箱的时间上并未显示出明显差异。在旷场试验中,基因敲除小鼠进入中间区域的次数更少,而足底电击能进一步的降低其次数,而且基因敲除小鼠在中央区域滞留时间也比野生型小鼠短。在强迫游泳测试中,野生型和基因敲除小鼠在漂浮时间和游泳时间方面没有明显差异,但野生型小鼠在挣扎时间上明显长于基因敲除小鼠,而足底电击对前两者影响明显,对于后者几乎无影响。
3.模型分析
通过僵化试验和四种行为学检测手段,可以发现随着前脑啡肽原基因的敲除,小鼠缺乏脑啡肽的存在,进而表现出一系列类似创伤后应激障碍症状。故前脑啡肽原敲除小鼠可作为创伤后应激障碍症状研究的相关动物模型,进一步研究创伤后应激障碍的机制与治疗手段。