基于数据挖掘的围绝经期抑郁症动物模型研究

2022-03-02 01:09高占高明周高冬梅王常瞵乔明琦高杰王杰琼
中国实验动物学报 2022年7期
关键词:动物模型绝经期造模

高占高明周高冬梅王常瞵乔明琦高杰*王杰琼

(1.山东中医药大学 中医学院,济南 250355;2.山东中医药大学 中医药创新研究院,济南 250355;3.山东中医药大学 中医基础理论研究所,济南 250355;4. 山东中医药大学 药学院,济南 250355)

抑郁症是一类高发病率、高自杀率、高复发率的情感障碍性精神疾病,为危害人类健康的第二大疾病[1-2]。 临床上,女性患抑郁症的概率约为男性两倍;同为女性,围绝经期妇女患抑郁症的比例更高[3-5]。 当前,围绝经期抑郁症(perimenopausal depressive disorder, PDD)机制尚未明确,其治疗手段少且疗效有限,亟需研发新的治疗药物,而可靠的动物模型是药物研发过程中不可或缺的一环。啮齿类动物与人类基因组结构、解剖学结构、情绪等方面相似,且成本低、易操作,因此大多数动物实验的造模动物选用雌性大、小鼠,主要造模方法为“自然围绝经期结合慢性不可预见刺激(chronic unpredictable mild stress, CUMS)”、 “卵 巢 摘 除(ovariectomy,OVX)结合慢性不可预见刺激”[6]和“OVX+CUMS”结合孤养法[7],造模方法诸多环节尚不统一,亟待解决。

本文通过检索CNKI 和PubMed 数据库获取相关文献资料,从造模动物选择、卵巢摘除手术、CUMS 刺激因子、造模和治疗起始时间选择、行为学检测方面进行归纳总结,筛选出应用最广泛的造模方法,为PDD 动物模型制备提供参考。

1 材料与方法

1.1 文献检索

检索CNKI 和PubMed 数据库,收集从建库至2022 年5 月内有关“围绝经期抑郁症动物”的文献。 检索方法均为高级检索,CNKI 的检索策略为(SU% = “围绝经期” OR SU% = “更年期”)AND(SU% = “抑 郁 症” OR SU% = “抑 郁” OR SU%=“肝郁” OR SU% = “抑郁样行为”)AND(SU %=“大鼠”OR SU%=“小鼠”);PubMed 的检索策略见表1。

表1 PubMed 的文献检索策略Table 1 Search strategy of PubMed database

1.2 方法

1.2.1 文献纳入标准

(1)关于围绝经期抑郁症动物模型的实验性文献;(2)造模时长和刺激因子等信息完整的文献。

1.2.2 文献排除标准

(1)剔除抑郁症合并其他疾病或症状(围绝经期综合征)的文献;(2)剔除会议论文、科技成果、临床试验、综述类型的文献;(3)剔除重复文献;(4)剔除无法获取全文的文献。

1.3 文献筛选流程与资料提取内容

根据文献纳入与排除标准,两位研究者独立筛选文献,并提取纳入文献信息,若遇到意见不统一,则进行相互讨论或寻求第三方意见。

2 结果

2.1 相关文献发表情况

本研究共纳入88 篇(中文71 篇,英文17 篇)围绝经期抑郁症动物模型文献,其中大鼠模型65 篇,小鼠模型23 篇(图1)。 在2008 年,文献发表数量呈波动式上升,其中2017 年发表文献最多,之后逐渐趋于平稳(图2)。

图1 文献筛选流程图Figure 1 Flow chart of literature screening

图2 PDD 动物模型相关文献按年份的分布情况Figure 2 Distribution of PDD animal model related literature by year

2.2 模型建立的调查结果

2.2.1 造模方法及模型动物的选择

数据挖掘结果显示:PDD 动物模型制备主要有7 种方法,分别为“OVX+CUMS”[8](55,62.5 %)、“OVX+CUMS+孤养”[9](21,23.9%),“自然围绝经期+CUMS”[10](5,5.7%),“自然围绝经期+CUMS+孤养”[11](4,4.6%),“OVX+冰水刺激”[12](1,1.1%),“OVX+CUMS+睡眠剥夺”[13](1,1.1%),“OVX+慢性束缚应激”[14](1,1.1%)。

在大、小鼠的选择上,73.9%的研究选择了大鼠,只有26.1%的研究选择了小鼠。 在大鼠品系的选择上,84.7%的研究选用了SD 品系,15.4%的研究选用了Wistar 品系。 SD 大鼠是远交系封闭群白色大鼠,是学习记忆损伤实验研究的首选对象,能够更好地模拟人们面临各种压力所产生的抑郁状态,使模型更贴合抑郁症患者的病情[15]。 采用OVX 法的大鼠一般选取90~120 d,自然围绝经期的鼠龄选取12~14 月龄;且大鼠体重均在200 g 以上。对于小鼠品系的选择,除个别研究选用ICR[16](4,17.4%)和C57BL/6[17](6,26%)品系,其余研究均采用KM(13,56.5%)品系,所有研究均未提及鼠龄,将体重限制在20 g 左右。

2.2.2 卵巢摘除手术

研究表明:大(小)鼠双侧卵巢摘除后,体内卵巢源性雌激素的供应量大幅下降,能够很好模拟人类围绝经期激素变化,是制备围绝经期的常用方法之一[6]。 大(小)鼠进入实验室,适应喂养1 周后进行OVX,分组方式如图3A 所示。 通过夹捏脚趾的方法判断麻醉是否成功,当实验鼠无任何反应后,方可进行OVX[18]。 OVX 后应用阴道涂片法判断去势是否成功,一般在手术后3、5 或7 d 开始进行阴道涂片检测,少数研究在手术后1 d 或6 d 进行(图3B);检测天数一般为5 d 或7 d,少数研究检测10 d(图3C),当未检测出动情反应,即围绝经期模型制备成功[19]。

图3 模型鼠分组及阴道涂片使用情况Note. A. Grouping method. B. Start time of vaginal smear. C. Vaginal smear test days.Figure 3 Grouping of model rats and use of vaginal smears

2.2.3 CUMS 刺激因子的选择与使用情况

CUMS 造模是指反复无规律地给予大(小)鼠一系列外界刺激,这些刺激的多变性和不可预知性使该模型更接近人类每天面对的应激[20]。

从图4A 可见,53%的研究选择了7 种刺激因子。 使用刺激因子最少的是5 种[21],最多是12种[17]。 大多数研究每天随机抽取1 种刺激因子[22],每种刺激因子间隔3~7 d[23]。 纳入文献中共涉及16 种刺激因子,使用频率超过50%的分别是禁食、禁水、夹尾、冰水游泳、昼夜颠倒(图4B)。

图4 CUMS 刺激因子的选择与使用情况Note. A. Amount of stimulant used in CUMS. B. Frequency of stimulus use.Figure 4 Selection and use of stimulating factors

(1)饮食和饮水供应的调整

禁食、禁水、空瓶因操作简单,刺激效果明显,成为最常用的因子。 通过归纳整理发现,禁食有单独禁食(66.7.%)和禁食禁水同时进行(33.3%)两种类型;禁水有单独禁水(66.3%)和禁食禁水同时进行(33.7%)两种类型。 单独禁食刺激时长以24 h(46.4%)和48 h(30.4%)多见。 单独禁水的刺激时长以24 h(79.2%)多见。 禁食禁水的刺激时长以24 h(71.4%)多见[24]。 空瓶刺激在禁水之后使用,是为了使动物更加饥渴和绝望,一般刺激时长为1 h。

(2)居住环境的改变

居住环境的改变包括鼠笼倾斜、潮湿垫料、鼠笼水平晃动、噪声、气味刺激、拥挤居住、无垫料、换笼、引入垫料。 鼠笼倾斜也是常用因子之一,大多数研究倾斜角度为45°,少数研究为30°[16,25],刺激时长多为24 h,少数研究选择12 h[26]。 潮湿垫料(即在垫料上晒水,直至浸润),刺激时长多为24 h,少数为20 h[21]。 有些实验将鼠笼倾斜与潮湿垫料同时使用,刺激时长为24 h[27-28]。 鼠笼水平晃动通过机器或手动使实验鼠达到不能站稳的程度,刺激时长多为15 min[29];机器一般频率为160 Hz,刺激时长为5 min[30]。 噪声刺激一般采用白噪声和超声,刺激时长为2 ~4 h[25-26]。 气味刺激是将樟脑丸等气味性强的物体放入鼠笼,刺激时长多为12 h[31]。 拥挤居住是将2 ~5 只实验鼠放置同一鼠笼中,刺激时长为2~3 h。 无垫料的刺激时长为18 h。换笼是改变居住环境的方法之一,刺激时长为8 h。

(3)昼夜节律的重新调整及光照性质改变

昼夜节律改变包括昼夜颠倒和夜间持续光照[9,32]。 频闪即光线有一定的闪动频率,一般为120 beat/min[9],时长为4 h[26],提及此刺激因子的文献较少,不具参考意义。

(4)温度调整

温度变化包括冰水游泳、热应激。 冰水游泳的温度一般为4℃[33],部分小鼠实验采用8 ~10℃[16],刺激时长均为5 min[34]。 热应激是将实验鼠放入高温的烘箱或水中,一般温度为45℃,刺激时长为5 min[35-36];有些实验温度为30℃,刺激时长为20 min[16]。

(5)其余刺激方式

夹尾是指用夹子或者是止血钳一类物品夹在距离尾根1 cm 处,实验鼠刚发出哀叫声为最佳[37],刺激时长一般为1~3 min[38]。 束缚即通过束缚桶、塑料桶等物品限制实验鼠活动,刺激时长为1 ~8 h。电击一般是电击实验鼠足底,选用36 V 或1 mA 交流电,每隔1 min 刺激1 次,持续10 s,共30 次[29]。强迫游泳、悬尾和社交等刺激因子的操作同行为学实验。

2.2.4 造模时长及治疗情况

如图5A 所示,CUMS 造模时长最短为14 d[39],最长为35 d[40],应用最广泛的是21 d[30]。 在验证疗效文献中,治疗时间多选择“与造模同时开始”或“造模结束后”(图5B);治疗时长最短为5 d[41],最长为35 d[40],应用最广泛的是21 或28 d(图5C);一般将盐酸氯米帕明、氟西汀、氟西汀结合雌激素设为阳性对照药(图5D)。 综合上述结果发现,推荐后续研究采用“造模时长为21 d,治疗与造模同时开始,治疗时长为28 d”模式或“造模时长为21 d,造模结束后进行治疗,治疗时长28 d”模式。

图5 造模时长及治疗情况Note. A. Molding time. B. Treatment start time. C. Treatment duration. D. Selection of positive control drugs.Figure 5 Duration of modeling and treatment

2.3 PDD 动物模型行为学评价

行为学主要评价实验动物与临床抑郁症标准相关的表现,如情绪低落、快感缺乏、绝望等[42]。数据挖掘发现,旷场实验、糖水偏好实验、强迫游泳实验是最常用的抑郁症行为学检测方法(图6)。 旷场实验是基于探索的行为学检测方法,抑郁程度越高的大(小)鼠野外活动越少,其主要观察指标为运动距离、站立次数、进入中央区的次数和时间以及不动时间[43-44]。 糖水偏好实验是基于奖赏的行为学检测方法,其抑郁程度越高摄入糖水量越少[43]。 强迫游泳实验和悬尾实验是基于绝望的行为学检测方法,抑郁程度越高的大(小)鼠不动时间越长[45]。

图6 PDD 行为学测试使用频率分布图Figure 6 Frequency distribution of PDD behavioral test

2.4 PDD 动物模型评价指标

通过对相关文献归纳整理,PDD 动物模型制备评价指标包括表观指标、生化指标和病理学指标[6]。

矿区内断裂构造相当发育,其主体构造方向为北东向,主要的控岩控矿断裂为区域性的横路—大游山断裂和沿石炭系与万年群不整合接触面的滑脱构造,其特征与朱溪矿区相似。其他的北东向断裂多为层间断裂,是矿区内花岗斑岩脉和脉状矿体的主要赋存部位,倾向以北西为主,个别倾向南东,倾角变化较大,介于30°~77°,一般延长100 m左右。其他方向的断裂还有北西向和近南北向断裂,其性质为平移断裂和正断裂。

2.4.1 表观指标

围绝经期制备成功的表观:不出现动情期反应;皮毛色黄、无光泽,毛发易脱落。

抑郁症制备成功的表观:呈现抑郁状态;体重减轻,食欲减退;参考旷场实验、糖水偏好实验、强迫游泳实验的检测结果。

2.4.2 生化指标

血清中雌二醇、黄体生成素、促卵泡素的含量是判别围绝经期的关键生化指标。 模型制备成功后,雌二醇水平下降,黄体生成素和促卵泡素的水平上升。

血清和抑郁症发病关键脑区(海马)中多巴胺、去甲肾上腺素、五羟色胺、促性腺激素释放激素的含量是判别抑郁症的关键生化指标。 模型制备成功后多巴胺、去甲肾上腺素、五羟色胺的水平下降,促性腺激素释放激素水平升高。 同时通过检测五羟吲哚乙酸、单胺氧化酶、色氨酸羟化酶的含量以及表达进行验证[44]。

2.4.3 病理学指标

采用HE 染色法,观察与围绝经期抑郁症相关的下丘脑、海马、前额叶皮质、垂体、胸腺、脾、肾上腺组织形态、子宫的病理变化。 模型制备成功后,下丘脑、海马、前额叶皮质的神经细胞明显减少,包浆固缩,神经突触减少,胶质细胞固缩;腺垂体的组织细胞包浆减少,80%以上细胞核固缩,20%细胞嗜酸性变;神经垂体组织明显空泡状,赫令氏体100%固缩或部分消失;胸腺皮质厚度变薄及皮质淋巴细胞个数显著减少;脾小结明显缩小,淋巴细胞显著减少,脾脏功能下降;肾上腺髓质消失,球状带呈条索状,束状带和网状带多数细胞呈现大小不一空泡变,部分细胞呈现萎缩状态;子宫萎缩,子宫内膜厚度降低[6,44]。

采用尼氏染色法观察海马和前额叶神经细胞及尼氏小体形态结构。 模型制备成功后,海马和前额叶中神经细胞数目减少,神经细胞胞浆内尼氏小体总面积、积分光密度和平均黑度均降低[27,34]。

3 讨论

疾病动物模型制备是疾病机制研究和药物研发过程中不可或缺的一环,可靠的动物模型能更好贴合疾病的临床特征和生理指标,同时具有稳定性和可重复性[45]。 虽然PDD 动物模型制备方法逐渐趋于成熟,但PDD 动物模型重复性差,主要源于CUMS 方法复杂多样[46]。 本文综述了有关PDD 模型动物选择、造模和治疗起始时间选择时长及治疗情况、卵巢摘除手术、CUMS 刺激因子使用情况、行为学检测等模型制备与评价的细节,优化模型制备过程中的各个细节,以期提高PDD 动物模型制备的重复性。

造模优化建议如下:(1)模型动物选择:对于大鼠,选择SD 大鼠,卵巢摘除手术的大鼠一般选取90~120 d,因为成熟雌性大鼠的鼠龄为65 ~75 d[47],所以卵巢摘除手术的鼠龄选择10 周龄以上最佳,体重200 g 以上;对于小鼠,KM 小鼠的使用频率明显高于C57BL/6 和ICR,若无特殊要求可以选取KM小鼠,20 g 左右;(2)造模方法:“OVX+CUMS”和“OVX+CUMS+孤养”使用频率高于其他造模方法,且造模成功率高,建议优先考虑这两种造模方法;(3)造模分组:为减少实验鼠个体差异对实验的影响,应基于行为学结果进行分组;(4)卵巢摘除手术:阴道涂片开始时间和检测天数需结合大(小)鼠术后恢复情况而定,“OVX 3 d 后开始阴道涂片检测,连续检测5 d”的形式较为常见,但不要盲目选择,要视实验情况而定;(5)CUMS 刺激因子使用情况:为保证刺激因子的可变性和不可预知性,刺激因子最好选7~10 种,保证每天有1 ~2 种且3 ~7 d内不重复;(6)造模时长及治疗情况:造模时长选取21 或28 d 比较合适;治疗开始时间选取“与造模同时开始”或“造模结束后”,治疗时长一般为21 或28 d,尽量使造模时长和治疗时长保持一致,阳性对照药可选取氟西汀或氟西汀结合雌激素;(7)行为学检测:大(小)鼠行为学检测首先要考虑旷场实验、糖水偏好实验和强迫游泳实验,其他行为学实验根据实验需求选取。

本研究通过文献梳理及数据分析,对PDD 动物模型的制备与评价进行整理比较,总结了常用的PDD 动物模型造模方式及检测指标。 以期本文可以为广大研究者日后建立更加经济易行、成模率更高且更符合发病机理的动物模型提供参考。

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