慢性不可预计温和刺激抑郁模型的研究进展

黄艳妮，何小华，郑晓霞，程艳玲

(山东省药学科学院 山东省化学药物重点实验室，济南 250101)

抑郁障碍简称抑郁症，是一种常见的精神疾病，可发生于各个年龄段，患者初期表现为睡眠障碍、悲观、心情沮丧、精神压抑、闷闷不乐，当压抑状态持续一段时间，患者会产生绝望、幻觉、功能减退、严重沮丧，甚至出现自杀的念头，是一种患病率、复发率、病死率高的疾病[1-2]。近年来，随着社会生活节奏的加快，抑郁症的发病率逐年升高。有研究表明，全世界约有3.4亿人受抑郁症的困扰，预计到2020年，抑郁症将成为影响人类身心健康的最主要疾病[3-4]。抑郁症的发生受年龄、遗传、药物和社会环境等因素的影响，其中应激是抑郁症产生的危险因素，约80%的抑郁症患者在遭受应激性刺激后发病[5]。因此，应激性动物模型常用于抑郁症的研究。常用的应激性抑郁模型有行为绝望模型、获得性无助模型和慢性应激抑郁模型等，其中慢性不可预计温和刺激(chronic unpredictable mild stress，CUMS)是Willner等[6]于1987年创立的慢性抑郁模型，理论依据为动物处于不适宜生存的环境时会出现紧张、焦虑和抑郁等症状，而长期、慢性、不可预计的刺激可以加快抑郁症的发展。CUMS模型通过倾斜笼具、潮湿垫料、合笼、热水游泳等温和刺激因子造模，以反映快感缺乏的蔗糖溶液消耗量作为模型成功的核心标志[7-8]。CUMS具有较高的有效性，抑郁症状可以持续数月，是研究抑郁症常用的动物模型。现就CUMS抑郁模型的研究进展予以综述。

1 CUMS模型的发病机制

CUMS发病机制复杂，与脑内多个系统的损伤有关，具体机制如下：动物受到刺激后，首先影响调节机体应激反应的下丘脑-垂体-肾上腺皮质(hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA)轴，HPA轴功能出现轻微异常；当刺激持续进行时，HPA轴自发性分泌节律紊乱，处于功能亢进状态，表现为血液中皮质酮、促肾上腺皮质激素、糖皮质激素等各激素水平显著升高[9]。有文献报道，CUMS模型中动物仅出现行为学的改变，激素水平未发生显著变化，分析原因可能是激素水平处于波动状态，峰值可能出现在个别刺激因子后，因此实验期间的检测时间非常重要；然而重复出现相同的刺激因子时，HPA轴会逐渐适应，激素水平不会出现明显波动，且只有长期的刺激会影响HPA轴的功能，短暂的刺激不会影响HPA功能，因此在CUMS造模过程中，刺激因子的多变性、不可预见性是模型成功的关键，单独使用一种刺激不能产生理想的效果，每种刺激因子应间隔3～7 d[10]。

进一步研究表明，当HPA轴被激活后，糖皮质激素水平升高，过多的糖皮质激素具有明显的神经毒性，尤其对敏感的海马颗粒细胞具有一定的毒性，这种毒性和刺激因子会导致海马体和cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)减少，从而影响脑源性神经营养因子的表达[11]。同时，过多的糖皮质激素会导致海马体对HPA的负反馈作用消失，进一步加重海马细胞的损伤，当神经元不能得到足够的营养支持时，会导致海马神经元树突萎缩和颗粒细胞减少[12]。过量的糖皮质激素还会损害大脑前额叶皮质，导致前额叶皮质内侧椎体细胞的树突萎缩，细胞代谢大幅减慢，突触蛋白PSD95、突触蛋白Ⅰ和缝隙连接蛋白43表达量减少，进而出现前额叶皮质体积减小[13]。此外，CUMS还可激活杏仁核，导致腹侧被盖区中脑边缘多巴胺细胞活性降低，从而降低多巴胺边缘系统引起的快感反应，减少与奖励区域相关的伏隔核中多巴胺的释放，同时减少伏隔核中多巴胺2受体的表达；除了减少与奖励相关区域的表达外，CUMS还增加了消极状态相关区域(如缰核)的反应，动物出现精神萎靡、活动性减少等症状[14]。总之，CUMS通过作用于HPA轴引发激素分泌异常，导致海马、前额叶皮质、多巴胺边缘等大脑组织受到损害，脑内的活性物质(如多巴胺等)发生变化，动物行为学发生改变，尤其是对奖赏的反应性下降，即抑郁模型产生。

2 抗抑郁药物的作用机制

一般情况下，通过5～9周的不可预计温和刺激，动物会出现运动能力、社会交往能力、探索行为等一系列功能的下降，且这种行为可持续几个月，经过2～4周的三环类和非典型抗抑郁药治疗，动物的抑郁症状消失[15]。进一步研究表明，经过2～4周的治疗，作用于多巴胺系统的药物均会增加CUMS模型动物脑内多巴胺2受体的表达，从而增加脑内多巴胺的水平，发挥抗抑郁作用；对于CUMS模型中恢复的动物，低剂量的多巴胺2受体阻滞剂可逆转药物的抗抑郁作用，但对于正常动物和未经过抗抑郁治疗的动物无阻滞作用[16]。对于5-羟色胺和肾上腺素再摄取类抗抑郁药，它们通过增加突触间5-羟色胺和肾上腺素的浓度，从而作用于5-羟色胺1A/5-羟色胺2B和去甲肾上腺素能受体，影响细胞内第二信使和蛋白激酶的表达，导致CREB的表达增加，从而使脑源性神经营养因子和其他神经营养素的表达增加，进而刺激海马、前额叶皮质中神经的增长，修复损坏的神经，重新平衡前脑的信息处理，达到治疗抑郁的目的[17]。在CUMS早期阶段，药物通过作用于脑神经元突触而发挥抗抑郁作用，如单胺摄取抑制剂和单胺氧化酶A抑制剂在CUMS中可使萎缩的海马神经元突触恢复(包括突触功能的恢复和海马体积的恢复)[18]。

对神经元的进一步研究表明，脑源性神经营养因子的表达、血管内皮生长因子和其他神经营养因子受核转录因子CREB的控制，对于不同作用机制的抗抑郁药物，海马中CREB的表达在单次给药后不会出现变化，而在长期给药后出现显著变化，如敲除小鼠的水通道蛋白后，氟西汀对CREB磷酸化的恢复能力被阻断，CREB下游的磷酸化作用也被抑制，从而出现神经再生、快感缺乏的恢复以及其他行为的改变[19]。这证明，突触受体到CREB的上游途径(即CREB的活性)受几种第二信使的调控(包括磷酸激酶A和C、细胞外信号相关激酶和钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅳ)。

3 CUMS模型的评价指标

3.1蔗糖溶液偏好测试 蔗糖溶液偏好反映动物对糖水的快感缺乏，是抑郁症的核心症状，也是CUMS模型的核心指标。在CUMS模型中，经过长期、多变、不可预计的温和刺激后，与正常动物相比，接受刺激动物的蔗糖溶液消耗量出现显著下降即表明造模成功，可进行下一步的药物治疗[20]。在蔗糖溶液偏好实验中，通常采用1%～2%的蔗糖溶液(含热量)进行测试，也可采用不含热量的糖精水，具体评价方法如下(以1%的蔗糖溶液为例)：第1天动物适应性饮用蔗糖溶液，在鼠笼左右各放置2瓶相同体积的1%蔗糖溶液；第2天在鼠笼上放置1瓶1%蔗糖溶液，1瓶自来水，12 h交换水瓶一次；第3天动物禁食禁水24 h；第4天进行蔗糖消耗实验测试，在鼠笼上放置1瓶1%蔗糖溶液，1瓶自来水，1 h后交换位置，从放置水瓶开始计时，计算2 h内蔗糖溶液的消耗量及消耗百分比，蔗糖溶液消耗%=蔗糖溶液消耗量/(蔗糖溶液消耗量+自来水消耗量)[21]。研究表明，在CUMS实验中，蔗糖溶液的消耗量不受饮食的影响，即在禁食和非禁食的动物中变化不大，对于啮齿类动物，蔗糖消耗量呈倒“U”型的浓度曲线，在曲线上升部分，动物的饮用量与其对奖励活动的反应性直接相关，在中间浓度消耗量最大，而在曲线下降的部分，蔗糖溶液的消耗量和动物的偏好有所偏离，因为随着蔗糖浓度的增加，动物本身的摄入量也会减少，但在实际操作中，操作者经常选择较高浓度的蔗糖溶液进行测试[22-23]。

3.2体重测试 CUMS模型中，动物在经过一系列刺激后，2周左右会出现食欲下降，继而出现体重下降的症状，若模型动物出现体重下降，可认为动物产生抑郁症状，这一指标可作为模型建立成功的指标之一[24-25]。在造模过程中，每周测量1次体重，称重时尽量选择同一时间，动物处于非应激状态，且测量前避免长时间的禁食、禁水或其他形式的食物剥夺。关于体重的变化，国内外学者尚存在争议，模型动物的体重在不同的实验背景下可能会出现下降、增长或不变，这种现象与临床抑郁症的表现完全一致，在临床中有些抑郁症患者体重下降，有些患者体重增加[26]。因此，在实验中增加摄食量的测试，考察体重和摄食量之间的关系，可更好地反映动物的体重变化。

3.3其他指标 在CUMS实验中，除了对奖赏的反应降低外，还会引起其他重型抑郁症状(如探索行为、性行为、攻击性和自发活动出现减少)，脑电图主动清醒活动也会出现减少；相反，CUMS不会引起动物在高架十字迷宫和社交行为实验中的变化[27]；CUMS动物表现出明显的昼夜节律，且在夜间的初始阶段症状最为严重，如蔗糖溶液偏好实验一般安排在晚上关灯后2 h进行[28]。CUMS会引起睡眠中各种指标的改变，如快速眼动减少、睡眠潜伏减少、快速动眼以及零碎的睡眠模式增加[29]。此外，CUMS还会引起HPA轴活动增加，包括肾上腺肥大和皮质酮分泌过多；在免疫系统中也会发现异常，如血清补体增加、胸腺重量减少、自然杀伤细胞活性和反应力下降、急性期蛋白增加等[30]。在实验中可根据实际情况，选择自发活动、脑电图检测、睡眠相关指标、激素及相关免疫学指标进行全面评估。

4 CUMS模型存在的问题

4.1种属差异 CUMS模型中，种属的选择往往决定模型的成功与否，对于小鼠，BALB/c和DBA/2小鼠属于敏感小鼠，C57BL/6属于不敏感小鼠；对于大鼠，Wistar大鼠较SD大鼠更敏感[31]。这种对CUMS的敏感性反映了不同种属在焦虑和抑郁行为的差异，同时不同供应商提供的Wistar大鼠的易感性也存在差异，分析原因可能是基因突变、饲养环境或综合因素造成。此外，通过基因手段可以提高或降低小鼠对CUMS模型的敏感性，Valverde和Torrens[32]发现，敲除大麻素受体1可以增加小鼠对CUMS的敏感性，这一发现与大麻素受体1在抑郁症发病机制中的作用一致；而敲除囊泡谷氨酸转运体1受体会导致皮质和海马中谷氨酸水平升高，γ-氨基丁酸水平降低，增加CUMS的敏感性。García-Gutiérrez等[33]发现，过表达大麻素受体2会降低小鼠在模型中的敏感性；相反，过表达胞外信号调节激酶2可以导致腹侧被盖区域中多巴胺细胞的放电减少，海马中脑源性神经营养因子过表达，从而导致大鼠的敏感性降低。

4.2体重与蔗糖溶液消耗的关系 在CUMS模型中，蔗糖消耗量的减少和体重减少是两个重要指标，但这两个指标之间的关系目前还没有定论。有研究表明，造模过程中大鼠的体重和蔗糖消耗量下降，但蔗糖溶液消耗量/体重比值并未降低[34-35]。也有学者报道，当蔗糖溶液消耗量远远大于体重下降的幅度时，蔗糖溶液消耗量/体重这一指标也会出现显著下降；进一步分析表明，如果在实验中动物的体重下降因为CUMS造模引起，体重下降幅度越大，蔗糖消耗量/体重这一指标产生显著性的概率越小，因此蔗糖消耗量/体重这一指标的变化还不能反映CUMS造模的结果[36]。

4.3造模时间 对于CUMS模型，因刺激因子、实验环境、动物种属、操作人员的差异，造模时间报道不一。CUMS模型的创始人Willner等[6]报道：大鼠经过5～9周的刺激即可产生抑郁症状，蔗糖溶液消耗量显著减少，并可以持续较长时间；杨婵娟等[37]研究表明，刺激时间越长，模型成功率越高，7周时成模率最高。通过分析文献发现，国内外大多学者采用先给予2～3周的刺激(不给药)，随后开始给予药物治疗(2～5周)，同时伴随应激刺激和其他行为学的检测，这样可以缩短整个实验周期，在保证模型成功的同时，避免不必要的资源浪费[38-41]。

5 小 结

长期不良事件与抑郁症的发生有明确关系，且不良事件越多，抑郁症的发生率越高[42]。CUMS模型可以模拟生活中的不良事件，导致动物产生一系列抑郁症状，且持续时间长。与急性模型相比，CUMS模型更接近人类抑郁症发生的机制，CUMS中动物的行为学指标、生化指标、神经病理学改变与临床中的变化基本一致。自CUMS模型创建以来，经过各国科学家的不断改进，已成为应用最广泛的抗抑郁模型之一。CUMS模型具有较好的可信度和有效性，可用于先导化合物的评价及抗抑郁药作用机制的研究，但CUMS模型造模时间相对较长，劳动强度较大，动物行为学评价对环境要求较高，因此要结合实验的具体情况，选择敏感的种属进行实验以提高成模率，降低模型的不稳定性。