慢性不可預(yù)知溫和刺激抑郁模型及其評價指標(biāo)的研究進(jìn)展

楊一帆，王豆，李濤，閆詠梅

1陜西中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)學(xué)系，陜西咸陽712000；2陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院腦病科

抑郁癥是一種嚴(yán)重的精神疾病，主要表現(xiàn)為情緒低落、興趣減退、思維遲緩等心理異常，同時可伴有睡眠障礙、頭痛、胸悶等軀體癥狀。世界衛(wèi)生組織預(yù)計，至2030年，抑郁癥將上升至全球疾病負(fù)擔(dān)首位［1］。目前，僅20%～30%抑郁癥患者對藥物治療有效，而部分患者還會因無法忍受的不良反應(yīng)而終止服藥［2］。因此，探索有效且安全的抗抑郁藥物迫在眉睫。抑郁癥的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，其具體機(jī)制尚不完全清楚。近年有學(xué)者關(guān)于抑郁癥的發(fā)病機(jī)制提出了單胺假說、神經(jīng)退行性假說、細(xì)胞因子學(xué)說等，這些假說或?qū)W說均能從某一角度闡釋其發(fā)病機(jī)制，但不能全面解釋其病理過程［3］。因此，建立標(biāo)準(zhǔn)化動物模型來研究抑郁癥的發(fā)病機(jī)制尤為重要。慢性不可預(yù)知溫和刺激（CUMS）模型被認(rèn)為是一個經(jīng)典的抑郁癥動物模型。在該模型中，大鼠長期受到不可預(yù)知溫和應(yīng)激源的連續(xù)刺激，從而表現(xiàn)出對獎賞的反應(yīng)降低、快感缺乏等抑郁癥核心癥狀，被認(rèn)為是與人類抑郁癥行為最相似的動物模型［4］。但目前CUMS模型的制作方法尚不規(guī)范，由于動物種屬、造模時間、評價方法等不同，很難在不同的實(shí)驗(yàn)中復(fù)制該模型。本文結(jié)合文獻(xiàn)就CUMS模型及其評價指標(biāo)的研究進(jìn)展作一綜述。

1 抑郁癥動物模型概述

最初的抑郁癥動物模型是基于手術(shù)方法，如嗅球切除模型，進(jìn)一步發(fā)展為利血平誘導(dǎo)模型，現(xiàn)已探索出與人類抑郁癥行為更具相似性的慢性應(yīng)激模型，如慢性束縛壓力模型、慢性社會挫敗模型和CUMS模型［5-9］。以上五種抑郁癥動物模型的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

表1 五種抑郁癥動物模型的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)

抑郁癥受年齡、遺傳、藥物和社會環(huán)境等諸多因素影響。應(yīng)激是抑郁癥產(chǎn)生的重要因素之一，約80%抑郁癥患者在反復(fù)遭受應(yīng)激性刺激后發(fā)?。?0］。MILLER等［11］研究報道，抑郁癥患者與應(yīng)激相關(guān)的生活事件明顯多于正常人群。因此，應(yīng)激模型常用于抑郁癥的研究。其中，CUMS模型被廣泛用于誘導(dǎo)嚙齒類動物的抑郁樣行為。實(shí)驗(yàn)者可以人為給予動物不可抗拒的刺激，來模擬社會中各種壓力引起的抑郁行為，更符合人類生活中常見的應(yīng)激事件強(qiáng)度，能夠更好地模擬抑郁癥的核心癥狀。

2 CUMS模型制備方法

上世紀(jì)有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在長期暴露于劇烈震蕩、冷水浸泡或禁食禁水48 h等嚴(yán)重應(yīng)激源下，大鼠對糖水的消耗量并未增加，表明這些大鼠的享樂性降低，出現(xiàn)了抑郁癥狀。1986年有學(xué)者提出了CUMS模型，該模型是反復(fù)無規(guī)律地給予嚙齒類動物一系列不可預(yù)測的溫和刺激，這些刺激更接近人類生活中應(yīng)激事件的強(qiáng)度［12］。但CUMS模型制備易受應(yīng)激源種類、動物種屬、性別等因素影響。

2.1 應(yīng)激源種類 CUMS模型的應(yīng)激源種類繁多且不固定。有研究者基于CNKI數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計了2015年—2018年發(fā)表的93篇關(guān)于CUMS模型論文，共出現(xiàn)了22種應(yīng)激源，排名前9位的分別是禁水（24 h）、禁食（24 h）、冰水游泳（4℃，5 min）、晝夜顛倒（24 h）、潮濕墊料（每籠注水200 mL，24 h）、夾尾（止血鉗，距尾根1 cm，2 min）、傾斜鼠籠（45°，24 h）、行為限制（2～4 h）、電擊足底（電壓40 V，每次10 s，間隔50 s刺激1次，共30次）。這些CUMS模型表明，不同應(yīng)激源組合可以使大鼠行為呈現(xiàn)不同改變［13］。MAXFIELD［14］研究表明，在缺乏食物和水源的情況下，更易出現(xiàn)內(nèi)心傷感、焦急等情緒。動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，暴露在寒冷溫度、電擊或束縛下的大鼠腦脊液APO-A1、APO-D、RBP水平以及海馬和前腦皮層BDNF、VEGF表達(dá)明顯下降，出現(xiàn)抑郁樣行為［15］。有研究指出，光照周期改變能夠通過擾亂時間生物節(jié)律，改變實(shí)驗(yàn)動物的新陳代謝［16］。

2.2 動物種屬 不同品系的嚙齒類動物對壓力的敏感度有很大差異。因此，CUMS模型動物并不能局限于特定的動物品種。CUMS最初是在Lister-Hooded大鼠上實(shí)施的，后來發(fā)現(xiàn)Wistar大鼠蔗糖攝入模式更穩(wěn)定。因此，Wistar大鼠取代了Lister-Hooded大鼠。LIU等［17］研究發(fā)現(xiàn)，Wistar大鼠可通過HPA軸的過度激活而表現(xiàn)出高水平的抑郁樣行為。目前，CUMS模型亦適用于小鼠，其中C57BL/6小鼠是應(yīng)用最廣泛的小鼠品系。C57BL/6、ICR小鼠在CUMS后糖水消耗實(shí)驗(yàn)和曠場實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)相似，但在強(qiáng)迫游泳和新奇攝食實(shí)驗(yàn)中，只有C57BL/6小鼠表現(xiàn)出抑郁和焦慮樣行為［18］。MALKI等［19］通過基因分析發(fā)現(xiàn)，C57BL/6小鼠對CUMS的敏感度更高，是一種應(yīng)激反應(yīng)性強(qiáng)、焦慮和情緒化程度較高、基礎(chǔ)運(yùn)動較活躍的動物品系。

2.3 其他 在典型的CUMS模型中，動物受到一系列隨機(jī)的應(yīng)激源影響，雄性和雌性在應(yīng)激源誘導(dǎo)下的行為有所不同，包括蔗糖偏好實(shí)驗(yàn)（無快感行為）、強(qiáng)迫游泳（絕望行為）、曠場實(shí)驗(yàn)（探索性活動或焦慮樣行為）。LU等［20］通過薈萃分析發(fā)現(xiàn)，96.86%CUMS模型選擇成年雄性嚙齒類動物，雄性嚙齒類動物在受到慢性應(yīng)激源刺激時更容易出現(xiàn)神經(jīng)元損傷和行為缺陷。HELITZER等［21］研究證實(shí)，大鼠在持續(xù)6周的慢性不可預(yù)知輕度刺激下會產(chǎn)生顯著的抑郁和焦慮樣行為，出現(xiàn)對甜味溶液的反應(yīng)能力、運(yùn)動能力、社交能力及探索能力下降。

3 CUMS模型評價指標(biāo)

3.1 行為學(xué)評價方法 抑郁癥的核心癥狀主要涉及情緒改變，表現(xiàn)出諸如快感缺失、探索行為減少、行為絕望等抑郁癥狀。糖水消耗實(shí)驗(yàn)、曠場實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)迫游泳等能夠通過評估快感缺失、探索行為減少、行為絕望等行為學(xué)癥狀來評估CUMS模型。但每種行為學(xué)評價方法只針對抑郁癥的一種癥狀，無法充分反映神經(jīng)功能。因此，為保證CUMS模型的可信度，通常需要采用多種行為學(xué)評價方法綜合觀察。

3.1.1 糖水消耗實(shí)驗(yàn) 糖水消耗實(shí)驗(yàn)是基于獎賞的行為學(xué)檢測方法。在嚙齒類抑郁癥動物模型中，以研究慢性應(yīng)激對自然獎賞的影響為主。獎賞環(huán)路改變是引起快感缺失的核心機(jī)制。糖水消耗實(shí)驗(yàn)是根據(jù)動物對甜味偏好而設(shè)計的，當(dāng)動物出現(xiàn)抑郁樣行為時，其對糖水的偏好降低［22］。糖水消耗實(shí)驗(yàn)的具體方法：第一個24 h，讓大鼠飲用兩瓶均為1%蔗糖的溶液；第二個24 h，將其中一個1%蔗糖溶液用純凈水代替；第三個24 h，禁食禁水；最后一個24 h，同時給予大鼠飲用兩瓶預(yù)先稱質(zhì)量的液體，一瓶為1%蔗糖溶液，一瓶為純凈水。大多數(shù)學(xué)者采用1%蔗糖溶液，但一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)蔗糖溶液濃度可根據(jù)動物（Wistar或Lister-Hooded大鼠）喜好在1%～2%變化，但超過2%會持續(xù)引起動物的糖水偏好。REMUS等［23］研究發(fā)現(xiàn)，CUMS能夠使動物表現(xiàn)出對蔗糖的偏好降低，并且隨著邊緣腦區(qū)皮質(zhì)酮、腎上腺素、循環(huán)血糖和IL-1水平改變而改變。CUMS導(dǎo)致蔗糖攝入減少，即類似于對獎賞的反應(yīng)性降低，這是抑郁癥的核心特征之一。

3.1.2 曠場實(shí)驗(yàn) 曠場實(shí)驗(yàn)是基于探索的行為學(xué)檢測方法。在所有動物中，好奇心是最基本的情緒，它是由新奇刺激引起的。有研究指出，抑郁程度越高的大鼠表現(xiàn)出野外活動越少的特征［24］。曠場實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驒z測大鼠的自發(fā)活動和探索行為。將大鼠置于周壁、箱底為黑色的觀察箱（0.8 m×0.8 m×0.4 m），并用白線將底面劃分為25個相等的正方形，將每只大鼠單獨(dú)放置在觀察箱的中心，并在測試前自由探索2 min，記錄自由探索后4 min水平活動和垂直活動得分。該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)游锏淖园l(fā)活動、探索行為和抑郁狀態(tài)進(jìn)行定量評價。在曠場實(shí)驗(yàn)中，CUMS模型動物缺乏活動和好奇心，其探索行為明顯減少，各項行為指標(biāo)得分均明顯下降［25］。

3.1.3 強(qiáng)迫游泳 強(qiáng)迫游泳是基于絕望的行為學(xué)檢測方法。抑郁癥患者臨床癥狀復(fù)雜多樣，以自殺傾向最嚴(yán)重，而對生活感到絕望是促使抑郁癥患者自殺的主要原因。強(qiáng)迫游泳是一個經(jīng)典的抑郁絕望狀態(tài)評價實(shí)驗(yàn)。當(dāng)嚙齒類動物被迫在一個狹窄的空間里游泳，經(jīng)過一段時間劇烈活動后，它們會保持一種固定不動的姿勢，好像失去了擺脫這種困境的希望。這種不動狀態(tài)被稱為“行為絕望”。強(qiáng)迫游泳的具體方法：將小鼠置于裝有20 cm水（25℃）的透明有機(jī)玻璃圓桶（桶高30 cm，直徑15 cm）中，持續(xù)6 min；然后將小鼠從水中移出并放回籠中，記錄每只小鼠出水后4 min內(nèi)累積不動時間。有研究認(rèn)為，抑郁癥動物強(qiáng)迫游泳后的不動狀態(tài)是一種主動行為，與其所處的空間大小無關(guān)［26］。強(qiáng)迫游泳具有很好的預(yù)測效度，能夠通過其不動時間來評估多種抗抑郁藥物的有效性［27］。

3.2 實(shí)驗(yàn)室評價指標(biāo) 慢性應(yīng)激會導(dǎo)致情緒、認(rèn)知和記憶等諸多損害，還會引起大腦皮質(zhì)和邊緣腦區(qū)萎縮，海馬神經(jīng)元減少。CUMS模型可通過影響神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)炎癥因子等變化來誘導(dǎo)抑郁癥發(fā)生。見圖1。

圖1 CUMS模型導(dǎo)致抑郁癥發(fā)生的神經(jīng)生物學(xué)相關(guān)機(jī)制

中樞單胺類神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)紊亂是抑郁癥發(fā)病機(jī)制中最經(jīng)典的假說。該假說指出，抑郁癥潛在的病理生理學(xué)基礎(chǔ)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)去甲腎上腺素和（或）5-羥色胺系統(tǒng)缺陷。CHEN等［28］研究表明，CUMS可下調(diào)大鼠腦組織多巴胺和5-羥色胺含量，出現(xiàn)抑郁樣行為。另外，慢性應(yīng)激還會引起神經(jīng)細(xì)胞形態(tài)改變，降低細(xì)胞內(nèi)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子水平，從而導(dǎo)致抑郁癥發(fā)生。DAI等［29］研究發(fā)現(xiàn)，CUMS可激活下丘腦—垂體—腎上腺軸，使大鼠下丘腦皮質(zhì)激素釋放激素釋放增多、糖皮質(zhì)激素受體介導(dǎo)的負(fù)反饋受損，導(dǎo)致腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子下調(diào)而出現(xiàn)抑郁樣癥狀。近年來，炎癥假說在抑郁癥的發(fā)病機(jī)制中越來越受到重視，促炎癥細(xì)胞因子水平升高可能是導(dǎo)致抑郁癥發(fā)生的重要機(jī)制之一。TANG等［30］研究發(fā)現(xiàn)，CUMS可使大鼠腦組織小膠質(zhì)細(xì)胞活化，釋放促炎癥細(xì)胞因子IL-6、TNF-α、IL-1β等，引起額葉和海馬部位吲哚胺2，3-二氧化酶激活，導(dǎo)致相應(yīng)部位5-羥色胺減少，從而引起抑郁樣癥狀。

綜上所述，CUMS模型通過模擬人類生活中的不良應(yīng)激事件，從而誘發(fā)動物抑郁樣癥狀，其病理生理機(jī)制更符合人類抑郁癥的發(fā)病機(jī)制，是一個經(jīng)典的抑郁癥動物模型。但CUMS模型也存在一定缺陷，如建模時間較長、動物各項行為學(xué)評價方法對環(huán)境和研究者要求較高等。目前，CUMS模型評價主要通過糖水消耗實(shí)驗(yàn)、曠場實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)迫游泳等行為學(xué)評價方法和神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)炎癥因子等實(shí)驗(yàn)室評價指標(biāo)，這些評價方法的側(cè)重點(diǎn)各自不同，相互聯(lián)系又相互補(bǔ)充，通常需要采用多種評價方法綜合觀察，從而保證CUMS模型的可信度。