双相障碍动物模型的研究进展

王海霞 李春燕 李梦蝶 代碧芬 艾蓉蓉 严 梅 鲍天昊

(1.昆明医科大学附属精神卫生中心，云南 昆明 650000;2.大理白族自治州精神病医院，云南 大理 671000)

双相障碍(bipolar disorder，BD)是一种重性精神障碍，在全球所有致残疾病中排第17位[1]。世界心理健康调查倡议报告中提及，双相障碍的终生患病率为2.4%[2]，而我国BD的终生患病率为0.6%[3]。BD以情绪的异常波动为主要特征，常出现躁狂、抑郁交替或混合发作，病程呈发作性。20世纪80年代，Falret首先对BD进行描述，并将其定义为“由无症状间隔分开的躁狂和忧郁发作”[4]。19世纪初，Kraepelin将躁狂和抑郁归为一类，统一命名为“躁郁症”[5]。国际疾病分类第10版(International Classification of Dieases，ICD-10)[6]将BD分为10个亚型，但未区分双相I型及II型障碍。美国精神障碍诊断和统计手册第5版(Diagnosic and Statistical of Mental Disorders)[7]将BD分为7个亚型，器质性疾病的双相及双相相关障碍、物质/药物所致的双相及双相障碍被单独列为两个亚型。ICD-11将于2022年在全球范围内使用，其最大的特点是对躁狂的描述范围扩大，轻躁狂的诊断将比躁狂更为常见，即双相Ⅱ型的诊断将会增多[8]。

目前BD主要使用情感稳定剂(如锂、丙戊酸盐等)治疗。由于该病的病理生理机制尚未完全阐明，患者的治疗与社会功能的恢复十分受限，因此动物模型的建立尤为重要。但目前尚无评价动物模型的统一标准，并且尚未发现能够模拟BD完整临床表现的动物模型。通过本文综述BD动物模型的研究进展，旨在进一步探索该病的病理生理机制，以期为患者提供更好的治疗方案。当前绝大多数研究以啮齿类动物作为制作动物模型的来源，通过基因编辑及蛋白干扰、药物诱导以及其他特殊方法来模拟BD的发作，本文也将从BD模型的不同制作方法进行论述。

1 基因编辑及蛋白干扰模型

1.1 时钟基因

时钟基因(clock circadian regulator，Clock)△19突变小鼠是最常见的BD动物模型[9]。BD患者症状与昼夜节律的紊乱、Clock的遗传变异有关[10]。1997年King等[11]用位置克隆确定了小鼠中的生物钟基因，该基因第19号染色体外显子的缺失可导致显性负蛋白产生，转录无法激活，无法行使该基因的正常功能。突变小鼠表现为活动增多、更偏好奖励刺激、焦虑及类抑郁行为减少等，这与人类躁狂发作症状高度相似[12]。Milienne-Petiot等[13]使用该模型在行为模式监控器中进行了测试，并与BD患者进行了比较，结果发现，BD患者出现探索行为以及目标导向性行为增加，而突变小鼠行为增加则表现出更多受限制的小规模活动。Clock△19突变小鼠只能模拟躁狂症的多种并非所有症状。2010年Mukherjee等[14]利用病毒介导和RNA干扰(RNAi)的基因转移来特异性下调小鼠腹侧被盖区(ventral tegmental area，VTA)的Clock表达。该研究发现，Clock敲低小鼠表现出紊乱的昼夜节律、焦虑行为减少，在新环境中运动能力增强，但是1 d内整体运动活动是降低的。在这两种Clock小鼠模型中，VTA中神经元释放的多巴胺较正常小鼠多，推测多巴胺增多与BD的发病机制有关，可将其作为制作遗传或环境动物模型的靶点。慢性锂治疗能够使突变小鼠的行为正常化[15]。

1.2 钠钾依赖的腺苷三磷酸酶α3基因

钠泵[16]由α、β、γ三个亚基组成，α亚基有Na+、K+、ATP、强心苷结合位点，并可分为3种类型，其分布具有组织特异性：α1普遍表达于所有细胞；α2在脑组织中仅表达于胶质细胞；α3仅表达于神经元。钠泵通过逆浓度梯度调节细胞内外Na+、K+浓度的方式来为人体器官功能活动提供能量，尤其是脑。脑活动需要消耗大量的能量用于产生动作电位，参与神经元和星形胶质细胞中的神经递质释放和再摄取。2011年Kirshenbaum等[17]通过使用N-亚硝基-N-乙基脲来诱发Myshkin系小鼠钠钾依赖的腺苷三磷酸酶α3基因(ATPase，Na+/K+transporting，Alpha 3 polypeptid，Atp1α3)发生错义突变，由野生型(+/+)突变为(Myk/[+])，Myk/[+]突变使一种正常表达的酶失去活性，导致大脑中总红细胞Na+，K+-ATPase(NKA)活性降至36%～42%。突变后的小鼠表现出类躁狂症状，如探索行为增多、对奖励偏好大、行动路线紊乱等。另一项研究显示Atp1α3第四内含子杂合突变(Atp1α3[tm1Ling]或Atp1α3[+/-])的小鼠NKAα3的活性较野生型降低15%[18]。将该突变小鼠与野生型小鼠一同放入慢性可变应激源(chronic variable stressor，CVS)中，突变小鼠更容易出现绝望行为、体重变化、性欲减退等抑郁样症状。锂或α3亚基功能恢复可使上述行为正常化[17, 18]。

1.3 细胞外信号调节激酶基因

细胞外信号调节激酶基因(extracellular regulated MAP kinase，Erk)参与的通路调控神经元的增殖、分化和可塑性[19]。2009年有研究发现，敲除Erk的小鼠表现为活动过多、不动时间减少、冒险或冲动性行为增多、奖励动机增加，锂盐无法减少该行为异常，但丙戊酸盐可以[20]。2014年另一研究发现，该通路还可以被脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)激活，推测该因子可能在BD的发病过程中起重要作用[21]。Krizo等[22]研究发现，BDNF单倍体缺乏突变小鼠表现为躁狂样行为，如攻击性、食欲增加、活动过度。

1.4 锚蛋白3基因

锚蛋白3基因(ankyrin 3，ANK3)是与双相I型关联度最大的基因[23]，其通过转录、翻译生成锚蛋白G，后者是细胞骨架蛋白中的一种。锚蛋白G可以决定离子通道的位置，是产生动作电位的关键因素之一[24]。2012年Hatzimanolis等[25]研究发现，ANK3敲除与认知能力差，比如注意力不集中、持续注意力缺陷有关。2013年Leussis等[26]通过使用慢性病毒介导的RNA干扰进入小鼠海马齿状回或在杂合小鼠中破坏大脑特异性的ANK3来降低小鼠脑中锚蛋白G的表达。该小鼠在高架迷宫(elevated plus maze，EPM)中引起高度特异性的表型即焦虑相关行为较少，但在其他的评估中，比如听觉及视觉感觉表现、感觉运动门控、联想学习等方面与对照组没有差别。锂盐可以逆转ANK3敲低小鼠的行为改变。2017年Zhu等[27]采用不同小鼠杂交构建了前脑特异性锚蛋白G的所有主要同工型均纯合缺失的模型，小鼠在EPM和明/暗盒测试中表现为活动过多、速度增快、探索行为增加等躁狂发作样行为；在尾部悬吊试验、强迫游泳试验中静止不动时间缩短，抑郁样行为减少。锂盐及丙戊酸盐能显著改善小鼠的躁狂样行为。

1.5 白蛋白D元素结合蛋白基因

白蛋白D元素结合蛋白基因(D-box binding PAR bZIP transcription factor，Dbp)编码白蛋白D元素结合蛋白，后者是一种受Clock蛋白调节的转录因子[28]。2014年Levey等[29]使用收敛功能基因组学(functional genomics，CFG)方法将Dbp鉴定为BD潜在候选基因，研究发现Dbp杂合基因敲除的小鼠出现运动能力降低、对苯丙胺的反应减弱等抑郁样行为，但当暴露于环境压力下时，小鼠变得活跃，这种改变与BD患者由抑郁到躁狂的转换类似，并能通过丙戊酸盐来预防。

1.6 多巴胺转运蛋白

多巴胺通路参与动机形成、运动控制、认知功能、生殖行为等过程[30]。多巴胺假说是BD发病机制重要的假说之一[21]。躁狂发作时，多巴胺能传递增加，机体的稳态调节机制被激活，并通过各种机制下调了多巴胺受体突触前及突触后敏感性，多巴胺能传递减少，致抑郁发作；当多巴胺水平低到一定程度时，机体再次以相同机制上调关键要素，致躁狂发作，该病也因此呈现出周期性。研究者发现，当将小鼠多巴胺转运蛋白(dopamine transporter，DAT)功能降低至野生型的10%时，小鼠会出现活动过多的躁狂样表现[31]。但是，DAT敲低的小鼠无法模拟在人体内观察到的前脉冲抑制(pre-pulse inhibitation， PPI)的感觉运动缺陷[32]。2017年Rodrigues等[33]发现，敲除DAT后小鼠可以模拟PPI的感觉运动缺陷，但此模型只能模拟BD躁狂发作[34]。2016年研究者通过慢性病毒载体系统成功操纵多巴胺系统，使用大鼠模拟了BD的周期性特点[35]。研究结果表明，多巴胺D1受体(D1R)过表达可以使大鼠表现出躁狂行为，但终止过表达则表现出抑郁样行为，其具体机制仍未阐明。可能是当D1R过表达时，自动调节机制下调了D1R的表达，直至过表达终止后，多巴胺能传递减少。

此外，还可通过编辑其他基因来制作双相动物模型。如2004年O'Brien等[36]发现，缺少1个编码糖原合酶激酶3β基因(glycogen synthase kinase 3 beta，GSK-3β)的单倍体突变小鼠与野生型小鼠相比，强迫游泳试验中探索行为和不动时间减少，但整体活动正常，这与锂治疗小鼠的结果相似。2008年Lan等[37]选取具有B细胞淋巴瘤2(B cell lymphoma 2，Bcl-2)杂合基因的小鼠为研究对象，敲除该基因后可表现出类似躁狂行为，如增加的寻求奖励、苯丙胺敏感性增加，而且锂可以减弱这些症状。

2 药物诱导模型

1990年后，精神兴奋剂所致啮齿类动物的行为敏感性被用来模拟人类BD病情发展过程中间隔期的缩短。服用精神兴奋类药物后，动物处于认知能力下降[38]、PPI的感觉运动缺陷状态[39]。用于动物模型制作的精神兴奋剂有可卡因、苯丙胺、氯胺酮、二甲磺酸利地非他明、α-类脂酸、哇巴因GBR12909等[9,40]。这些药物均能使动物产生类躁狂表现，可能被情绪稳定剂如碳酸锂、丙戊酸钠等减弱。当撤掉精神兴奋剂时，这些动物会表现出类抑郁症状，如活动减少、性行为减少、刺激阈值增高、蔗糖消耗降低等。Andreasen等[41]研究发现，α7烟碱型乙酰胆碱受体激动剂SSR180711能够减少小鼠强迫游泳试验中的不动时间。2000年Ferguson等[42]研究表明，另一种乙酰胆碱受体激动剂(SIB-1508Y)可以逆转大鼠学习型无助模式中的逃逸缺陷。2013年Varela等[43]研究显示，抑制胆碱酯酶的活性能够诱发小鼠抑郁及焦虑样行为。这些研究均表明胆碱能系统参与抑郁发作过程，锂盐及丙戊酸均能增加大鼠脑内乙酰胆碱酯酶活性。

3 其他模型

3.1 免疫激活模型

在过去的几年中，研究者发现免疫系统在BD的发病过程中起着重要的作用。2014年Haarman等[44]发现，BD患者中促炎细胞因子水平是升高的。2017年Rose等[45]通过激活母体免疫系统(maternal immune activation，MIA)对暴露于MIA感觉运动门控的成年动物进行研究，发现小鼠重复性和刻板性行为增加，社交互动行为减少。Wachholz等[46]研究表明，即使是在成年，免疫系统的激活也会诱发抑郁、焦虑行为。

3.2 环境压力模型

应激性生活事件与遗传因素相结合是精神疾病发作的危险因素[9]。2015年Simhandl等[47]研究表明，近2/3的BD患者在再次发作或首次出现发作前6个月至少经历了1次未达到或达到目标的生活事件。Vetulani[48]研究指出，在儿童的成长中(尤其是人生的第一阶段)环境压力起着重要的作用。早期母婴分离[9](early maternal separation，EMS)会导致早期生活应激(early live stress，ELS)，暴露于慢性EMS的大鼠在成年后表现出焦虑行为异常、下丘脑-垂体-肾上腺轴功能异常、听觉惊吓反应升高、对急性应激源的反应增强等抑郁样症状。该模型并未诱发躁狂样行为，给予抗抑郁药的效果不一，使用锂盐能够预防与ELS相关的大脑变化。

4 总结与展望

BD是一种严重的慢性精神障碍，以情绪的异常波动为特征，常出现躁狂发作与抑郁发作相交替，复发率高，目前该病的发病机制尚不明确，因此准确建立动物模型至关重要。BD动物模型具有局限性：①目前尚无动物模型能够完全模拟BD的临床表现；②大多数动物模型均可用来模拟其他疾病，比如精神分裂症、注意力缺陷多动障碍等，缺乏特定的动物模型；③动物模型绝大多数以啮齿类动物作为来源，极少采用恒河猴、犬等，动物种属过少；④尚未建立BD的体外细胞模型。未来研究应着力于躁狂与抑郁行为之间的转换，建立符合动物模型三个标准的BD专用模型，进一步解释BD的发病机制，为有效的临床治疗提供实验依据。