全网最全抑郁症常用实验动物模型优缺点大盘点

前言

Preface

在我们发布《阿尔茨海默病实验动物模型利弊大盘点》后，有读者在后台留言并私下联系编辑，希望能总结整理一下常用抑郁症动 物模型的优点和缺点，本期千乘镜像团队为满足读者需求，对常用的抑郁症实验动物模型进行盘点。

过去十年全球重度抑郁症患病率增加了近15%，患者超过3亿人。世界卫生组织认为抑郁症是世界范围内导致残疾的主要原因之一，严重抑郁症的相关直接和间接成本约为2.5万亿美元，到2030年将超过6万亿美元。除了经济成本外，自杀悲剧作为这种疾病高死亡率的最严重后果和主要促成因素，既发人深省又引人注目。

目前，常规抗抑郁药与临床治疗效果的显著差异相关，新开发的药物在临床试验中显示出很高的失败率。因此，尽管FDA在2019年令人鼓舞地批准了艾氯胺酮用于治疗难治性抑郁症和brexanolone 用于治疗产后抑郁症，并且目前有32种化合物在不同管线的临床试验中，但仍迫切需要更加有效的药物和疗法。抑郁症研究和抗抑郁药物发现中使用动物模型仍然是一个有争议的问题，本文对现有的常用的抑郁症实验动物模型的优缺点进行汇总盘点，以协助科研工作者选择合适的动物模型。

抑郁症常用的实验动物

Common experimental animals for depression

随着对抑郁症临床和实验研究的不断进步，越来越多的动物被用于抑郁症动物模型的研究，以寻找一个适用于人类抑郁症的动物模型，使用的动物包括：1、啮齿动物：普通啮齿类动物是最常用的动物模型，具有价格低廉、饲养方便、易于繁殖、造模周期短、可塑性及稳定性较强等诸多优势，在评价抗抑郁药物效果中广泛使用。但由于其与人类吻合性较低，因此在研究抑郁行为及中枢调控机制方面限制较大。常用动物品系有C57BL/6 小鼠、Wistar大鼠等。2、转基因动物：随着转基因技术的迅速发展，出现了利用转基因动物来构建抑郁症模型。这种转基因动物一般来自自然突变或近交系，目前常用品系有Fawn Hooded 大鼠、Hinder Ｒesistant Line 大鼠、Tryon Maze Dull 大鼠、Swim Low-active Model 大鼠、Flinder Sensitive Line 大鼠和Wistar-Kyoto 大鼠等。3、非人灵长类动物：非人灵长类动物由于与人类在进化上高度相似，亲缘关系较近，故有发达的中枢神经系统结构。并且它们的生活习惯和人类吻合性较高，可以通过学习不断增强认知能力从而逐渐社会化，有高级认知并表达一系列情感的能力，在抑郁症行为和中枢神经系统研究方面有较大优势，是较为理想的抑郁症模型动物。

抑郁症常用的实验动物模型

Common experimental animal models for depression

由于人类研究的固有局限性以及抑郁症发病机制尚不清楚，目前尚无明确的实验指标，因此动物模型的使用仍是识别抑郁症神经机制和发现新的药物以及治疗方法的必要步骤。目前，常用的抑郁症造模方法主要包括应激造模、药物造模、手术造模和遗传造模。

啮齿动物抑郁症的临床前造模方法

a.早期生活压力模型通常由母体分离引起；

b.习得性无助模型由于既无法逃避也无法控制它们所处的压力环境诱发；

c.成瘾药物戒断模型代表了抑郁症和药物滥用障碍共病患者群；

d.慢性注射皮质酮模拟抑郁症患者持续的下丘脑-垂体-肾上腺轴活动；

e.转基因小鼠模型；

f-h .社交不稳定：f.通过替代性暴露于社交挫败;

g. 直接暴露于社交挫败; h.传递压力。

1.应激造模

Stress modeling

行为绝望模型

行为绝望模型是指将动物置于一定环境中，使其出现绝望的状态进而制作抑郁症模型，但一般为急性应激抑郁模型。行为绝望模型的理论基础是人类抑郁症的发生和发展是由慢性、低水平的压力源引起，它基本上模拟了人类抑郁症主要症状的发生，而这些症状可以在使用抗抑郁药物后逆转。但该模型中不动因素复杂，其结果可能受运动疲劳和状态适应等因素的影响，从而降低行为绝望模型的有效性。该模型主要通过强迫游泳实验、悬尾实验等急性应激模型的制备以及慢性束缚应激实验等慢性应激模型的制备。

强迫游泳实验 (Forced swimming test)：根据啮齿动物对不良环境的反应来评估其绝望程度。将实验动物置于注水的玻璃容器内，水温( 25 ± 1) ℃，动物会由激烈挣扎试图逃离的状态转为绝望放弃挣扎状态，而后漂浮在水面成静止不动姿势。强迫游泳实验产生的不动可被视为促进动物适应和生存的认知功能的转换。记录6 min 内实验动物的不动状态。使用一定的抗抑郁药物可以缩短实验动物静止不动的时间。自20 世纪70 年代以来，强迫游泳实验一直用于测试药物的抗抑郁潜力，其成本低廉、操作简便、结果可靠，常用来进行抗抑郁药物的初步筛选以及对抑郁模型动物的行为改变进行评价。然而有研究人员认为，强迫游泳实验不能较好地体现抑郁症患者的核心症状、实验过程中的不动状态没有确切解释，且对强迫游泳实验是否是一种好的抑郁症模型表示怀疑。至今为止，这种习得性绝望动物模型，是几乎所有的抗抑郁症药物能减少绝望行为的指标。进入临床试验的药物需要在该模型中有效(主要药效学指标)。但在该模型中有效的药物，并不保证在人类有效。

强迫游泳实验

悬尾实验 (Tail suspension test)：用于测量对压力情况的反应，多用于检测抗抑郁药物的反应。将小鼠尾巴用胶带吊起固定在一定高度，使其头部向下处于悬空状态，前期小鼠会由于不正常体位而不断挣扎，当多次挣扎发现无力改变现状时便会逐步趋于间歇性静止状态，从而短时间内产生类似抑郁症的行为。如果受试动物不动时间增加，表明其具有抑郁样行为。该方法操作简便、灵敏度高，但易受小鼠品系和周围环境影响、实验者主观判断性较强，易出现假阳性和假阴性结果；另外，悬尾实验仅用于小鼠，而不适用于大鼠。同时，悬尾实验不适用于检测动物中的“绝望情绪”，它适合由于无法承受的环境压力而从主动行为过渡到被动行为。现常用来初筛抗抑郁药物、评价抑郁模型动物的行为改变。

悬尾实验

慢性束缚应激实验 (chronic restraint stress test)：是常用的应激模型之一，操作方法是将实验动物置于有通气孔的透明材料所制的可调节圆柱形束缚器内，每日束缚3 h，连续28 d，每日应激阶段禁食禁水。动物因长时间束缚于密闭空间内，起初表现出焦虑、易怒，并尝试逃脱，最终感到逃脱无望便产生类似于人类的快感缺失、体重减轻、饮食减少、绝望、乏力等可以通过抗抑郁药物改善的症状。该模型制备简单，刺激性小，可以部分描述心理应激状态，且与人类抑郁症相似程度高，常与慢性不可预知温和刺激模型联合制备，用来进行抑郁症整体评价的相关研究。其缺点为动物易产生适应性。

慢性束缚实验

习得性无助模型

习得性无助模型是让实验动物处于无法预测和控制的应激环境中，一段时间之后，该动物的学习能力会有所欠缺，自发性活动越来越少，同时也会出现体重减轻、运动减少、攻击性降低等现象，与人类抑郁症状有一定相似性。习得性无助模型药理学预测性良好、对常用抗抑郁药物均具有选择性和特异性，但习得性无助症状是否为抑郁症患者特有尚未被证实。现常用来进行抗抑郁药物初步筛选、抑郁症发病机制研究。

社会挫败模型

社会挫败模型是指在原生动物活动范围内多次引入攻击性和侵略性更强的同一动物，使其对原有动物造成一定精神压力而表现出情绪低落的现象，即相当于居住者和入侵者的测试。在居住-入侵测试中，居住者会由于多次被攻击压迫而表现出斗争消极状态，主要表现出以社交退缩和快感缺乏为特征的行为。在社会挫败模型中，模型动物有两种表现: 一种表现出社交回避，被称为易感动物; 另一种表现正常，被称为弹性小鼠。该模型可以在社会层面模拟抑郁症发病机制，但其多适用于雄性啮齿动物，而雌性因具有较低的攻击力较难实现社会挫败。现常用来进行抗抑郁药物的研发。

早期生活压力模型

早期生活压力模型的主要原理是早期生活中的不良事件会严重影响晚期生命中的精神疾病的发展，如抑郁症。母婴分离是早期应激模型之一，对情感和压力反应具有长期影响。但该模型所进行的雌性实验少、模型特异性及可信度未得到证实。现常用来进行抗抑郁药物的初步筛选、在成长过程中经历早期社会压力的个体成年期抑郁症的病因机制研究。

慢性不可预知温和刺激模型

通常单类重复刺激在正常条件下会引发适应性反应，但慢性不可预知温和刺激模型可以克服这种适应性，并使动物产生长期有效的抑郁样情绪。该模型是在一段时间内，对动物进行一系列重复且不可预测的温和性刺激，从而诱导动物产生一些抑郁样行为。这些刺激具有如下特征: ①强度温和，不会对动物本身产生持久的影响;②发作较慢，刺激会持续数周，并反复发作;③不可预测，每个单独的刺激持续时间，方式均有所不同。慢性不可预知温和刺激模型一旦诱发大鼠行为改变，将持续约2-3个月，且大多数抑郁样行为可以通过抗抑郁药物逆转。该模型刺激温和、可靠性强、具有高度有效性、与人类抑郁症吻合程度高，可以更好地模拟人类长期在各种环境中受到的各种低水平刺激所引起的反应，被认为是目前最经典的抑郁症动物模型。但其造模时间长、工作量大，常用来研究抑郁症发病机制及抗抑郁药物作用机制。

慢性不可预知温和刺激

2.药物造模

Drug modeling

药物诱导模型主要是基于药物之间的相互作用而产生，以抑郁症的单胺假说和炎症因子假说为基础，主要用于筛选专一性靶点的抗抑郁药物。这些模型操作简单，周期较短，但可信度低，与人类抑郁症的发病机制有显著差异，因此不能广泛应用，只能用作抗抑郁药的初步筛选测定。常用的药物造模有利血平诱导模型，该模型造模时间短、操作简单、动物痛苦较轻，但其动物死亡率高、模型病理过程与个体抑郁不一致，常用来筛选中药有效治疗成分、评价药物疗效。还有糖皮质激素诱导模型与慢性应激模型相比，该模型可以更稳定地提高动物体内的皮质酮水平，从而引发中枢下丘脑-垂体-肾上腺轴负反馈调节机制失调，体现了该模型良好的实验可控性。此外，该模型还具有简单易行、造模周期短等优点，但存在一定副作用。

3.手术造模

Surgical modeling

嗅球切除模型

抑郁症患者对嗅觉的敏感性显著降低，其降低程度与症状的严重程度有关，嗅觉系统的功能障碍与抑郁行为之间存在强烈的联系。目前嗅球切除是最常用的手术造模方法，嗅球位于端脑的前端，常与边缘系统的相关功能有关，对于情绪、行为以及内分泌均有一定影响。因此如果手术将大鼠的嗅球切除，会降低被动回避反应并升高血浆类固醇水平，从而导致抑郁样行为，如快感低下、空间学习和记忆障碍、食欲和性欲减退等，应激反应和攻击行为会相应增强。同时，炎症和皮质酮水平升高，5-羟色胺能神经传递发生改变，这与抑郁症患者的神经生化机制改变相一致。抗抑郁药物治疗可以使嗅球切除模型大鼠的抑郁行为恢复正常。嗅球切除模型稳定性好、无药物交互影响、实验误差小。该模型不仅可用于抑郁症的神经生物学和抗抑郁作用机制的研究，还常用来进行抗抑郁药物的二次筛选。

脑卒中后抑郁模型

脑卒中后抑郁较一般的抑郁症更为复杂。脑卒中后抑郁模型由于具有多种病因特征而较难制备，目前应用较少。根据其病理特性，最常使用的为复合模型，即先诱发脑缺血，然后诱发抑郁症，为相应的临床治疗奠定了基础。该模型虽制备过程复杂，但对于肢体瘫痪、行动不便的临床脑卒中患者产生的抑郁样行为具有较高的还原度，是研究脑卒中后抑郁病理机制和临床治疗的良好模型。

4.遗传造模

Genetic modeling

抑郁症具有很强的遗传特征，遗传性抑郁通常与内源性基因遗传突变相关，因此许多研究试图通过改变抑郁症相关基因的表达来构建抑郁症模型。目前，已经建立了许多针对5-羟色胺能和去甲肾上腺素能系统以及下丘脑-垂体-肾上腺轴调控隐含基因的转基因品系，有多种模型可以不同程度地模拟人的抑郁症症状，如Flinder Sensitive Line、Wistar-Kyoto 和Fawn-Hooded 等大鼠模型。此外，通过转基因或敲除条件基因神经递质、受体或转运蛋白来构建小鼠抑郁模型已经显示出良好的构建有效性，这些动物均表现出对治疗的抵抗性以及压力的敏感性增加。然而，抑郁症是一种多基因疾病，基因与环境因素相互作用，故单个基因突变的抑郁症模型无法完全揭示抑郁症的病理机制，且该模型价格昂贵，因此临床应用受限。

抑郁症的症状包括核心症状（快感缺乏和情绪低落）以及其他症状（睡眠障碍、体重/食欲变化和精神运动改变）和其他相关疾病，例如焦虑和社交逃避，这些都可以很容易在动物身上进行评估：因此，下图汇总了各种模型设计的不同行为学终点测试。在人类中观察到的一些症状，例如无价值感或过度内疚或反复出现死亡的想法、自杀意念或企图自杀，在啮齿动物等动物中无法观察到，因此可能不存在从突出显示的行为端点。因此，行为终点仅部分再现了临床状况。

啮齿动物焦虑抑郁表型的行为终点测量

未来发展方向

Future direction

尽管围绕着动物模型的使用一直存在争议，但很难否认它们在过去几十年中在抑郁症研究中的效用和价值。抑郁症的理想动物模型目前并不存在，但我们可以使用各种方法来诱导与人类抑郁症相关的特定行为和内在表型。有很多操作可供选择来创建抑郁症方面的新模型。就未来的框架而言（下图），临床数据到动物模型的反转化过程应加以改进。下一代测序和临床成像技术将继续为使用基因编辑技术生成新模型提供基础。同时，现有的啮齿动物模型应使用最新的分析技术进行严格和全面的分析。尽管每一个单独的方法将继续提供独特的观点，这些方法的结合对新的和更重要的抑郁症病理学见解至关重要。

抑郁症新模型的开发框架图

被诊断为抑郁症的患者根据他们的症状进行分组，并使用影像学和转录组学工具进行筛选。然后通过特定神经回路的光遗传学或化学遗传学操作，或者大脑中基因组的精确突变（例如，使用CRISPR技术），这些数据可以被转化成新的动物模型。同时，利用纤维光度法、电生理学、脑电图（EEG）、无创成像、组织清除和转录组学等技术，可以更彻底地检查现有的动物模型，追踪神经元或网络水平的活动和基因表达。现有的动物模型也可以使用上述的基因编辑策略来修改，以增强它们的复杂性和转化相关性。这两种类型的模型都通过行为分析来评估，以确定它们的神经生物学有效性。

参考文献:

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Gururajan, A., Reif, A., Cryan, J.F. et al. The future of rodent models in depression research. Nat Rev Neurosci 20, 686–701 (2019).

Wang Q, Timberlake MA 2nd, Prall K, Dwivedi Y. The recent progress in animal models of depression. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2017;77:99-109.

文案 | 灵犀 校对 | 杨敬丽 审核 | 李迪迪

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