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基因工程鼠模型在抑郁障碍中的研究进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-05-21  来源:药品资讯网  浏览次数:170

  抑郁障碍是最常见的精神障碍之一,因其具有高复发率、高自杀率、高致残率等特点而受到人们的广泛关注。预计到2020年,其将成为仅次于癌症的人类第2大杀手,终身患病率将>15%,已经成为年龄<45岁成年人的最主要致残原因。大量的研究数据显示,该病可能是多种微效基因联合作用的结果,但是明确的致病基因目前尚不清楚,发病机制尚未明了。因此探讨该病的产生机制,寻求有效的药物(http://www.chemdrug.com/)治疗途径已经成为迫切需要解决的课题。然而,鉴于道德和伦理问题,不可能在患者身上进行过多的研究与干预。随着基因工程技术的发展,基因工程(genetic engineering)鼠模型备受医务工作者关注。其主要包括基因敲除(knockout,KO)鼠、基因替换(Knockin,KI)鼠和转基因(transgenic)鼠等。基因工程鼠模型具有较强操作性、易跟踪观察性、伦理道德问题相对较少性等优点,而且,此模型能够很好地模拟人类的情感性精神障碍,能够进行整体、分子和基因各水平的干预和科学研究。下面就基因工程鼠模型在抑郁障碍神经生物学、神经内分泌功能和神经电生理等方面的研究进展进行综述。
   
       一、神经生物学研究
   
       近几年来,抑郁障碍的生物学研究仍集中在单胺类等神经递质,其生物学假说主要有单胺能神经递质假说、神经可塑性营养假说、脑奖赏通路受损假说等。大量的动物实验数据也证实了某些单胺类递质直接或间接地参与调节抑郁障碍,从而验证了上述假说的可行性。转录及转录后水平的变化对神经发育和神经可塑性的影响是非常重要的,但机制十分复杂。神经可塑性异常与抑郁障碍的发生有关,其涉及多条神经营养通路,通路中的神经营养因子发生变化均可影响神经可塑性。基因工程鼠模型可以特定地阻止个别脑区基因的表达,用以研究这些基因在长期适应性中的作用。
   
       (一)神经递质假说相关基因工程鼠模型
   
       1.基因敲除(KO)鼠模型:(1)5一羟色胺受体(5-HTR)基因敲除鼠模型:例如5-HTRIA和5-HTRIB基因敲除小鼠,该类小鼠来源于129/SV-TER鼠系,Bechtholt等研究显示,5-HTRIA KO小鼠(雌性)糖水消耗量增加,5-HTRIB KO小鼠(雌性和雄性)有相同的表现。蔗糖摄人量是检验抑郁鼠模型行为和抗抑郁药疗效的1个指标。这提示,5-HTRIB可调节摄食行为,而雌激素和5-HTRIA相互作用可影响摄食行为。该类小鼠可用于抑郁相应受体和抗抑郁药的研究。(2)5-羟色胺转运蛋白(SERT)、去甲肾上腺素转运蛋白( NET)和多巴胺转运蛋白(DAT)基因敲除鼠模型:例如SERT KO小鼠、NET KO小鼠和DAT KO小鼠模型,这些小鼠均来自C57BL/6J-129Sv杂交鼠系。Perona等通过强迫游泳实验、悬尾实验和糖水消耗实验(快感缺失实验)来检测(http://www.chemdrug.com/sell/76/)其行为学变化。DAT KO小鼠与SERT KO和NET KO小鼠相比,不动时间显著减少,糖水消耗量显著增加,这与其活动量增加,快感缺乏症状缓解相一致,提示DAT KO小鼠的作用将远大于其他2种鼠。因此,DAT在抑郁发生中的作用和DAT抑制剂的潜在抗抑郁作用将被重新评价。NET KO小鼠也是常用的抑郁动物模型,常用于各种精神药物的研究,Solich等用其与纯合子WT小鼠进行比较,发现长期的NET缺乏可上调DAT和SERT的水平,但却不影响翻译这2种蛋白mRNA的水平。这也许能够解释NET KO小鼠对于精神振奋药物的超敏感性。Lira等用SERT KO小鼠做研究,该小鼠表现为焦虑样抑郁行为,可以更好地用于抑郁相关行为学的研究。Haenisch和Bonisch也对此3类动物模型在抗抑郁药药理机制研究和新药(http://www.chemdrug.com/)开发等方面的价值给予了充分肯定。(3) γ一氨基丁酸基丁酸(GABA)转运蛋白(GAT)基因敲除鼠模型:例如GATl KO小鼠,该鼠来源于C57 BL/6J鼠系。Liu等通过强迫游泳和悬尾实验测验该鼠,其表现出较低的抑郁样行为,并且其对于氟西汀等抗抑郁药并不敏感。该鼠血浆皮质醇的基础水平明显偏低。这提示了GABA能系统在调节心境状态中的作用,同时也对5-HT系统和下丘脑一垂体一肾上腺质轴(HPA轴)有修饰作用。该鼠可用作GABA假说的研究。(4)一氧化氮合酶(NOS)敲除鼠模型:例如NOS-1 KO小鼠,有关研究显示,一氧化氮与抑郁障碍的发生有关,具体机制尚不明确。Wultsch等用NOS-1 KO小鼠的研究显示,该鼠应激反应能力迟钝,记忆学习能力受损,其脑内环磷酸腺苷(CAMP)反应元件结合蛋白(CREB)受抑制,糖皮质激素水平上调,GABA能系统启动。该鼠可以用于抑郁障碍GABA假说及其病理生理学的研究。(5)氨甲基磷酸(AMPA)受体敲除鼠模型:例如AMPA受体亚型GluR-A KO小鼠,该鼠来源于C57BL/6鼠系的杂交后代。Chourbaji等特定地移除了GluR-A基因外显子11,干扰了谷氨酸代谢,增加了门冬氨酸(NMDA)受体的表达,使其表现出习得性无助增强,且5-HT和NE水平降低,很好的模拟了抑郁的发生。在研究AMPA受体生物调节机制和NMDA拮抗药的作用时,GluR-A KO小鼠是一个很有价值的动物模型。GluR-A在海马神经可塑性中也起着重要的作用。所以该小鼠可应用于抑郁谷氨酸能信号假说的研究。
   
       2.基因替换(KI)鼠模型:5一羟色胺合成(http://www.chemdrug.com/article/8/)酶(TPH)基因替换鼠模型:例如TPH2 KI小鼠,Beaulieu等用同源重组的方法培养出R439H TPH2 KI小鼠,该小鼠能错误表达TPH2,表现出抑郁障碍的核心症状(快感缺失)。该鼠脑内GSK-3B被启动,引起脑内5-HT的含量显著下降,从而导致了一系列行为改变。该类模型可用于5一羟色胺假说的研究。
   
       3.转基因鼠模型:(1)Fawn-Hooded(FH)大鼠模型:该鼠为基因突变大鼠,Tizabi等的研究显示,用强迫游泳实验检测,该鼠可表现出活动量减少、快感缺失等抑郁样症状。该鼠是天生的嗜酒啮齿动物,生长缓慢,其乙醇摄人量可作为抗抑郁实验的1项指标。该鼠纹状体烟碱受体的含量减少,急慢性给予一定量的烟碱,用ACI鼠做对照,该鼠可表现出抗抑郁作用,同时也提示了大量酒精摄入与纹状体烟碱受体的关系。所以该鼠可以用于利用烟碱受体作为靶点的新型抗抑郁药的筛选和研究。(2)突变R406W人类Tau转基因小鼠模型:该模型小鼠来源于B6SJL鼠系,Egashira等在该鼠12—14个月龄时用于实验,该小鼠强迫游泳实验的不动时间延长。给予氟伏沙明(选择性5一羟色胺再摄取抑制剂)后,该鼠不动时间明显减少,而地昔帕明(去甲肾上腺素再摄取抑制剂)却没有这种作用。该鼠额叶皮质内5-HT及其代谢产物明显减少,给予氟伏沙明后,该区5-HT的含量有所提高。同时该小鼠也提示5-HT释放受损所致tau异常可能是导致抑郁发生的机制之一。该鼠可用于抑郁障碍或者抑郁相关疾病(阿尔茨海默病等)5一羟色胺能神经元系统的研究。(3) Flinders Sensitive  Line( FSL)大鼠模型:该鼠是先天性的,具有遗传选择性的抑郁动物模型。由于快感缺失可表现出照顾幼崽行为降低的异常母性行为。该鼠脑内胆碱能神经元活动过度,可能是导致抑郁的一个原因。Nishi等在研究过程中用Flinders Resistant Line(FRL)大鼠和SPD大鼠做对照,发现FSL鼠脑内5-HTRIA含量较低,而5一HTRIB含量较高,这提示不同受体在抑郁障碍发生中所起的作用不同。该鼠也可以用于血清素药物的研究。Kanemaru等用FSL大鼠研究TPH,用TPH阻滞剂AGN-2979处理该鼠,以未经AGN-2979处理的FSL大鼠作对照,研究显示,该鼠并没有出现TPH活性的下降。然而,用同样的方法处理FRL大鼠,却出现明显的下降。这提示FSL大鼠脑中TPH并不容易被启动,不容易启动的TPH可能是抑郁障碍发生的危险因素,提示了TPH在抑郁障碍病理生理学中的重要性。故该模型可用于胆碱能假说和5一羟色胺能假说的研究。
   
       (二)神经营养可塑性假说相关基因工程鼠模型
   
       1.基因替换( KI)鼠模型:(1)5一羟色胺转运蛋白基因替换鼠模型:例如SERT KI大鼠,该大鼠来源于乙基亚硝基脲诱导基因突变个体,可表现活动量减少,消极等待等抑郁样行为,海马和前额叶皮质脑源性神经营养因子(BDNF)的表达减少,这表明了抑郁易感性与神经可塑性损伤有关。慢性给予度洛西汀之后,该鼠海马和前额叶皮质中BDNF的表达得到标化,但是,额叶皮质却没有出现这种现象。这提示抗抑郁药有改善神经可塑性的能力,特定脑区BDNF的表达上调可能是神经元可塑性和细胞修复能力恢复的重要机制。(2)5-羟色胺合成酶(TPH)基因替换鼠模型:例如TPH2 KI小鼠,Beaulieu等使该鼠脑内TPH2失活后,出现糖原合成酶激酶一3β(GSK-3β)被启动,引起5-HT的含量显著下降,从而导致了一系列行为改变。研究显示,给予药物和基因处理使该鼠脑内GSK-3β失火,可以缓解由于5-HT缺少所致的异常行为。这提示了TPH2在脑内5-HT含量的稳定中起着重要的作用,同时也提示了GSK-3β信号通路在抑郁障碍发生中的重要作用。Li等发现药物刺激5-HTR1增强丝氨酸磷酸化可使GSK-3β失火,相反,刺激5-HTR2减弱磷酸化作用可保持GSK-3β的活性。这为研究GSK-3β在神经营养通路及其神经可塑性方面打下了基础。(3) CAMP反应元件结合蛋白(CREB)替换鼠模型:Mombereau等用该鼠做研究,发现短期重复给予西酞普兰,可以提高抑郁鼠海马CREB的活性,降低对5-HTRIA的敏感性。急性给药却不会出现这种现象。但是,CREB KI鼠的悬尾实验中却不能体现西酞普兰的疗效,该鼠脑内5-HTRIA的敏感性并不受影响。CREB参与了神经营养因子下游信号转导通路的调控,因此,该鼠可用于抑郁发生的CREB机制和抗抑郁药的研究。
   
       2.转基因鼠模型:例如Mut-2转基因小鼠,该鼠来源于C57 BL/6J鼠系,其可过度表达β-catennin(β一连环蛋白),该蛋白是作为细胞黏附分子而存在的,其在细胞信号通路中也发挥重要作用。Gould等研究显示,β-catennin过表达所致行为学改变与锂盐作用相似,比如,强迫游泳不动时间的减少等。GSK-3β通过磷酸化使β-catennin继发失稳定性而对其进行负性调节。在Wnt信号通路中,β-catennin作为转录因子调节基因的表达。Wnt的启动使得该蛋白稳定和蓄积。锂盐调节心境障碍可能是由于直接阻断GSK-3β而使β-catennin相应地升高。这提示,GSK-3β可能是包括抑郁在内的心境障碍发生的靶点。同时,上调β-catennin可作为抑郁障碍等心境障碍新的治疗策略。
   
       二、神经内分泌功能和神经电生理研究
   
       许多内分泌疾病可伴有抑郁症状,某些激素如肾上腺皮质激素可引起抑郁样行为;抑郁障碍患者可有内分泌方面的异常,所以有关学者认为内分泌异常可能是抑郁障碍的病因。相关的动物实验也证实了某些内分泌和脑电生理改变与抑郁障碍有关。
   
       1.基因替换( KI)鼠模型:糖皮质激素受体(GR)基因替换鼠模型:例如GR KI小鼠,研究数据显示,抑郁障碍的发生与HPA轴系统的过度兴奋有关,这可能与受损的糖皮质激素信号有关。该小鼠通过基因工程技术使糖皮质激素受体缺陷,模拟人类在应激状态下诱发的抑郁发作,表现出神经内分泌功能方面的异常。该鼠可用于抑郁障碍神经内分泌功能失调方面的研究。利用糖皮质激素受体基因突变的转基因小鼠结合环境应激共同作用的造模方式,有着广阔的发展前景.
   
       2.转基因鼠模型:(1) Wistar kyoto( WKY)大鼠模型:WKY大鼠对各种应激性刺激高度敏感,表现出内源性抑郁的各种行为缺陷。且体内肾上腺皮质激素、皮质醇、甲状腺激素释放激素等出现昼夜节律活动的紊乱。Allard等用该鼠研究快眼动睡眠(REMS)剥夺(REMSD)的作用,发现REMSD可以快速缓解抑郁症状,作用机制可能与下丘脑神经肽Hcrt有关。该鼠总睡眠时间减少,REMS潜伏期缩短,REMS数量增多。其睡眠异常和脑电波改变与人类抑郁障碍患者相似。该模型可用于抑郁的神经内分泌、睡眠异常及基因遗传学方面的研究。(2)5-羟色胺受体5-HTR2C RNA编码蛋白ADAR2转基因小鼠模型:该鼠来源于C57 BL/6J与DBA2杂交系,其错误表达了ADAR2。Singh等用强迫游泳法和悬尾测验法证实了该鼠的绝望行为。同时该鼠食欲过旺导致肥胖,其血浆皮质醇的水平明显上调。该鼠较好地表现出内源性绝望行为,可以用于抑郁障碍HPA轴的研究。
   
       三、小结
   
       总之,一个好的动物模型应该能够满足所需要的各种效度。然而,到目前为止,没有一个动物模型能够满足所有的效度,基因T程鼠模型也只能解释抑郁症的病理机制以及抗抑郁药药理机制的某一方面。通过基因工程鼠以及其他研究模型,解释抑郁障碍的病因学假说很多,用单一的理论很难解释清楚该病的发病机制。大量的资料提示,抑郁障碍的素质可能是某种遗传因素,在这种素质基础上,作为该病诱因的应激性生活事件或某些躯体性疾病,或生理、病理、生化的改变等是否起作用,还与人格特质等诸多因素有关。所以,随着分子生物技术的发展,通过基因干预与非遗传干预相结合的方法,结合神经影像学和神经电生理的研究方法和结果,联合几种实验动物模型,检验某个或多个行为内表型,可以提高实验效率和实验结果的可信度,更好地阐明遗传与环境相互作用的确切机制,为进一步探讨抑郁障碍的基础和临床奠定基础。


       王磊  张克让 山西医科大学第一医院精神卫生科

 
 
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