行为敏化动物模型在药物依赖性评价中的应用
来源：中国药物依赖性杂志
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栏目：期刊导读 时间：2021-04-17
行为敏化动物模型在药物依赖性评价中的应用梁建辉，韩容(北京大学中国药物依赖性研究所，北京)中国图书分类号：R-05；R一332；R363—332；R749．91：R971．2文献标识码：A文章编号：1001—1978(2004)07—0726—05摘要：药物滥用和成瘾呈上升趋势。它既是一个严重的社会问题，又是一个非常重要的医学问题。因此，对作用于中枢神经系统的药物进行依赖性评价具有十分重要的意义。研究资料表明药物敏化与药物滥用和成瘾具有密切的关系，依赖性药物致敏化的药理学特性越来越受到重视。本文介绍了行为敏化动物模型建立的方法，阐述了行为敏化形成和表达的神经生物学机制，着重探讨了行为敏化动物模型在药物依赖性评价中的作用。关键词：药物依赖性；滥用；成瘾；行为敏化许多作用于中枢神经系统的药物均具有滥用的潜力。药物滥用(drug abuse)系指反复、大量地使用某些精神活性药物(psychotic drug)，以期产生某种特殊的精神效应(如欣快感，奇异的幻觉，精神亢奋状态等)，或解除和缓解某些不快的精神和躯体状况(如戒断综合征，焦虑，抑郁，失眠等)。反复大量使用的结果是形成药物依赖(drug dependence)。药物依赖形成的机制极其复杂，影响因素也较多(生物学因素，社会和心理因素等)，其中，依赖性药物自身的药理学特性是一个非常重要的影响因素。依赖性药物主要的药理学特性包括药物的强化作用、耐受性、躯体依赖性、精神依赖性以及药物敏化(drug sensitization)。11。就我国药物依赖性评价的现状来讲，对于药物的强化作用，耐受性，躯体依赖性，精神依赖性已经建立和制订了相应的实验方法和相关的指导原则。然而，对于药物的敏化作用尚未得到应有的重视。本文就药物敏化动物模型的建立，药物敏化形成的机制及其与药物依赖性之间的联系综述如下。收稿日期：2003—12—17，修回日期：2004一02一04基金项目：国家“863”项目，No2003CB作者简介：韩容(1978一)，女，硕士生；梁建辉(1963一)．男，博上，副研究员，硕士生导师，研究方向：神经精神药理学，Tel：，Fax：010—，E．mail：liangjh@hotmail．COnl1行为敏化(Behavioral sensitization)动物模型的建立大多数依赖性药物如吗啡、海洛因、苯丙胺、甲基苯丙胺、可卡因、尼古丁以及酒精等慢性给药后，均能诱导明显的药物敏化现象或称反向耐受(revis— al tolerance)。也就是说，反复给予相同剂量的药物后，不但不降低药物的药理作用(耐受)，反而增加药物的作用。药物敏化作用可使剂量一效应曲线左移。药物敏化可以反映为中枢神经系统细胞外液神经递质浓度的变化。以微透析的方法监测细胞外液多巴胺的含量研究大鼠的药物敏化过程，发现可卡因10 mg·kg‘腹腔注射后，即可提高多巴胺水平。，连续数天注射可卡因后，多巴胺水平的提高明显高于d l给药时的水平。停止注射可卡因3 d后，给大鼠注射低剂量的可卡因同样可以提高多巴胺的水平。甚至，由于产生了“习得性药效反应(1earned drug effect)”，注射生理盐水后亦可观察到多巴胺水平的增高。说明大鼠对可卡因增加细胞外液中多巴胺水平的药理作用形成了敏化。药物敏化还可以表现为动物外在行为的改变，即行为敏化(behavioral sensitization)。行为敏化系指反复，问断给予依赖性药物(如吗啡、苯丙胺、可卡因、尼古丁、酒精等)后，动物对依赖性药物的行为效应增加。根据行为敏化的建立过程，通常将其分为三个阶段，即形成期(development)，转换期(transfer)以及表达期(expression)。以吗啡行为敏化动物模型的建立为例，与之相对应的三个阶段是：(1)慢性吗啡处理(形成期)。给小鼠或大鼠皮下注射吗啡10 mg·kg～，每天1次，连续5～7 d；(2)药物撤退期(转换期)。停药时问一般为3～7 d，最长可达数月。停药期间，可以促使动物对药物(如吗啡)的高活动性(hyperactivity)转化为行为敏化；(3)激发(challenge test)实验(表达期)。给予相应的或相关的药物，或一定强度的应激刺激可以激发动物敏化的行为表现(如自发性活动明显增加)。1J。一般来讲，连续性给药可产生行为耐受，而间断性给药则产生吗啡行为敏化。给药问隔是行为敏化形成的必要条件，不问断或间隔时间过短给药往往不能诱导敏化形成。间断性给药有两种方法：其一，中国药理学通报Chine3eP矗ⅡMacologicalBulletin2004Jul；20(7)·727·连续给药后，停药一段时间(一般为数日，数周，长的可达数月乃至1年以上)，用小剂量的药物激发(challenge)，观察行为敏化现象；其二，直接间断性给药，在最后1次给药后观察行为敏化现象。Kuribara等研究发现，采用10 mg·kg一剂量的吗啡，给药3次，每次问隔至少24 h以上，小鼠方能对吗啡产生明显的敏化现象¨【，但有研究认为问隔3～4 d效果最好。在敏化形成与表达之间有一个停药阶段，与给药间隔一样，停药时间也不是越短越好，停药时间太短，并不利于敏化行为的形成。吗啡行为敏化主要表现为精神运动效应(psy— chomotor effect)加强，在其它的药物依赖性实验中也可以观察到吗啡的行为敏化现象，如条件性位置偏爱(conditional place preference，CPP)实验，自身给药(self-administration，SA)，药物鉴别(drug dis— crimination，DD)实验等。吗啡诱导的行为敏化实验具有下列特点：①实验仪器要求不高，易于操作；②实验结果重复性好，实验数据离散程度相对较小；③不同种属的动物，其吗啡的精神运动性效应也不相同。小鼠的吗啡精神运动性效应主要表现为自发性活动增强，而大鼠的吗啡精神运动性效应较为复杂。小剂量吗啡可诱发大鼠的高自发性活动，大剂量吗啡则抑制大鼠的自发性活动。吗啡敏化的大鼠还可出现明显的刻板行为(stereotyped behavioral)，如啃、咬、嗅、修饰行为等，甚至可出现自伤行为¨1。苯丙胺类兴奋剂(amphetamine—type stimulants)是滥用和成瘾较为严重的药物。苯丙胺和甲基苯丙胺(冰毒)是研究行为敏化的经典药物。甲基苯丙胺诱导的行为敏化具有以下特点旧’3I：①持续时间长。啮齿类动物行为敏化形成后，停药数月甚至1年以上，给予低剂量甲基苯丙胺，仍可观察到动物的敏化行为。这一现象被认为能反映人类药物成瘾后产生的复吸(relapse)行为。②易形成：单次给予甲基苯丙胺即可形成敏化，这也是与人类药物成瘾的相似之处。③剂量特异性：给予低剂量甲基苯丙胺通常形成水平运动和竖直运动的敏化，而高剂量的甲基苯丙胺则表现为短暂的水平活动增加，之后则转变为刻板行为的敏化。对于水平运动的敏化，2 mg·kg一被认为是最适剂量。④给药间隔与撤药时间：研究者多数采用间隔24 h给药。形成最佳敏化的停药时间是7—10 d。⑤交叉敏化：其它增加动物活动性的药物，如可卡因、阿朴吗啡、L一多巴、溴隐亭、吗啡、肾上腺素、哌醋甲酯等都可与苯丙胺形成交叉敏化。⑥性别差异：尽管多数实验者选用雄性动物进行实验，但事实上在同等条件下雌性动物敏化程度更高，这可能与性激素有关。吗啡敏化现象可持续很长时间。研究表明，吗啡敏化短期表达和长期表达没有明显的差异。然而，可卡因和甲基苯丙胺行为敏化的短期表达和长期表达存在明显的差异。说明吗啡的行为敏化和精神兴奋剂的行为敏化虽然有着诸多共性，但由于药理学作用的差异，其行为敏化的机制并不完全一样。环境因素对行为敏化形成和表达的影响与学习记忆相关。，研究资料表明：动物在陌生环境(即预计得不到吗啡的环境)下，抑制其行为敏化的表达，称之为抑制性关联过程‘4j。动物在预想可以得到吗啡的环境，则其精神运动效应增强，称之为兴奋性巴甫洛夫关联过程。事实上，这两种学习过程使得环境同样可以诱发复吸和药物渴求。环境因素不但影响行为敏化的表达，而且还影响行为敏化的形成。当在一个陌生的与饲养环境完全不同的环境下给予吗啡，比在饲养环境下给予吗啡得到的行为敏化要强得多㈦o。环境对药物的影响不仅仅在于它是一个条件性暗示，它同样影响药物的神经生物学作用。如在非饲养环境下给药，比在饲养环境下给药诱导的c—los、are表达要强得多。最近一项研究资料表明，给药后限制动物的运动，则能抑制行为敏化的形成。进一步说明环境因素可以影响药物的中枢神经系统的药理作用。6 o。2行为敏化与药物依赖的关系经典的观点认为，药物成瘾在于药物的正性强化因素和负性强化因素，正性强化因素主要有药物带来的欣快感和奖赏效应，负性强化因素则包括用药者为了逃避现实、减轻戒断症状等"‘8 o。然而，随着研究的深入进行，越来越多的现象是不能运用这些理论解释的，甚至是和这些理论相互矛盾的。诸如：人们发现，一些天然的奖赏性刺激虽然和成瘾性药物共同作用于脑内奖赏系统，但长期作用却不能成瘾。与此相反，精神兴奋剂(Psychostimulant)如可卡因和甲基苯丙胺等没有明显的戒断症状，却有很高的成瘾性。能产生明显戒断症状的药物如抗抑郁剂和K受体激动剂却不能成瘾。】989年，Koob等旧。提出了成瘾的反向过程理论(drug—opposite，or opponent process theory)，该理论认为，奖赏是药物直接作用导致的短时程过程；厌恶则是随着多次药物作用逐渐增强的过程，而其消亡是缓慢的，在药物存在的条件下厌恶过程的作用相对微弱，长期停药后，减轻戒断的厌恶效应成为觅药的主要动机。较过去单纯的正性强化因素和负性强化因素而言，反向过程理论对成瘾过程有了较为详尽的解释，但是·728。中国药理学通报ChinesePharm“c。logicfzZBuzze砌Jul：20(7)～———————————————～———————————————～——————————————一—————在动物身上观察到的试验结果却不支持这一理论。、Steward等观察药物本身和药物拮抗剂诱发复吸过程时发现，药物能诱发复吸，但是药物拮抗剂纳曲酮(诱发厌恶状态)却不能诱发复吸，说明奖赏(药物本身)而非厌恶(药物拮抗剂)是诱发复吸和药物成瘾的关键因素¨oj。事实上，药物成瘾是一个长时间的过程，厌恶效应在停药后大约1～2 d内达到高峰，而药物复吸的危险性却在停药后数周、甚至数月内仍持续增加¨…。由此可见，反向过程理论存在某些的缺陷。在既往研究的基础上，Robinson等幢1于1993年正式提出了成瘾的动机一敏化理论，在随后的几年问这一理论被不断的修改和完善。最新的理论内容包括…：①成瘾性药物均能使神经系统发生可塑性改变。②发生可塑性改变的系统包括动机和奖赏神经通路。③成瘾关键的神经改变是大脑奖赏系统对药物和药物相关刺激超敏。④敏化的大脑系统不再介导药物的欣快效应，而是介导被称之为“动机凸现(incentive salience)”的一种亚奖赏成分。动机一敏化理论的提出，为药物成瘾提供了新的解释。首先，它解释了动物复吸模型中不能产生欣快感的小剂量药物同样可以诱发复吸。它同样解释了复吸过程中环境因素的重要性。其次，它解释了药物成瘾患者在后期的药物使用过程中，除了有用药欲望外，还有觅药和用药行为，即对药物的使用除了“想药(1iking drug)”外，更主要的是“嗜药(wanting drug)”。因此，动机一敏化理论为强迫性用药(compulsive drug—taking)提供了合理的解释，为成瘾的神经生物学机制的研究提供了理论基础。越来越多的研究证据也直接或者间接支持动机一敏化理论。条件性位置偏爱(CPP)是经典的精神依赖动物模型，它反映了药物的条件性强化和奖赏效应。近年来的研究表明，成瘾性药物，包括吗啡，可卡因，甲基苯丙胺等均可产生CPP敏化。交叉敏化(cross sensitization)试验证实叫引，除依赖性药物本身存在交叉敏化现象之外，它们同其它天然的奖赏性刺激存在交叉敏化。吗啡敏化的动物食欲和性欲均增强，说明滥用性药物可产生动机改变，动机改变是药物成瘾的基础。行为敏化与复吸关系的研究进一步证实了动机一敏化理论。敏化的表达和复吸模型同样受三种因素的制约，即应激(stress)、药物本身和药物相关的环境刺激(cue)。应激本身同滥用药物存在交叉敏化现象。14|。应激也可以诱发CPP和自身给药行为的重建(一种公认的复吸模型)。d,N量药物即能诱发CPP和自身给药行为的重建¨5I，而敏化本身就是对小剂量药物行为反应明显增强。行为敏化同环境关系密切，环境因素可调节敏化的形成和表达。动物再次见到给药的相关环境刺激，可出现明显的条件性运动(conditioned locomotoion)，如果给药环境和敏化表达环境相似，则敏化现象明显增强。事实上，动物在环境刺激下，同样可以诱发自身给药和CPP模型的重建。1…。以上相似之处说明敏化和复吸行为关系密切，可能有共同的神经通路。DeVries等研究发现，与吗啡存在交叉敏化的药物同样可以诱发自身给药的重建，相反，不能诱导吗啡敏化表达的药物也不能诱导自身给药的重建。这些结果进一步说明吗啡敏化与复吸存在极为密切的关系。3行为敏化神经生物学基础3．1与吗啡行为敏化形成和表达相关的脑区研究资料表明VTA(腹侧被盖区)内核团局部给予吗啡，可形成吗啡敏化；VTA内给予纳曲酮，可抑制全身给予吗啡诱导的行为敏化。．相反，Nac(伏核)内给予吗啡或者内腓肽类似物，却不能诱导行为敏化…j。电损毁Nac或者Nac内注射纳曲酮不能抑制吗啡敏化的获得。电损毁VTA亦不能抑制全身给予吗啡所形成的吗啡敏化。阻断VTA内的Dl受体，可以抑制VTA核团给药诱导的吗啡敏化，却不能抑制全身给药诱导的吗啡敏化。表明吗啡敏化形成主要与VTA有关，但是，VTA可能不是介导吗啡敏化形成的唯一部位。Nae被公认为是与敏化表达关系最为密切的脑区。1…。吗啡可通过直接作用于Nac或者作用于VTA内GABA能神经元，使多巴胺能神经元脱抑制，诱发Nac内多巴胺释放增多。敏化的表达有短期(停药后数天)和长期(停药后数周到数月)之分。吗啡短期戒断后，纹状体内多巴胺能神经元末梢兴奋性降低，同时前强啡肽原mRNA表达水平降低(TjonGH等，1997)。短期戒断后，吗啡敏化动物再次接触到吗啡时，Nac内的多巴胺水平即可显著增加。强啡肽是内源性K受体激动剂，有抑制吗啡敏化的作用。吗啡敏化的长期表达与Nac内多巴胺能神经元末梢突触前膜超敏有关㈠引。D2自身受体的低敏性有助于吗啡敏化的长期表达。3．2与行为敏化相关的神经递质中枢多巴胺神经系统与行为敏化的关系密切而复杂。2…。通常认为，多巴胺对吗啡行为敏化形成的影响较小，而与吗啡敏化表达的关系密切。各种D1和D2多巴胺受体拮抗剂如SCH、舒必利、R022—5689和氟哌啶醇均不能抑制吗啡敏化的形成，而Nac内多巴胺中国药理学通报ChinesePharmacologicalBulletin2004JIll；20(7)·729·能神经元末梢突触前膜超敏以及D2自身受体的低敏性均与吗啡敏化的长期表达相关。研究资料表明：吗啡诱导的精神运动效应存在着两种机制，即多巴胺依赖和多巴胺非依赖机制。同样，吗啡的奖赏效应也存在着多巴胺依赖和多巴胺非依赖机制。与吗啡行为敏化的形成相反，多巴胺受体拮抗剂SCH和氟哌啶醇可以抑制苯丙胺行为敏化的形成。此外，多巴胺重摄取抑制剂GBRl2909可诱发苯丙胺行为敏化的表达。这说明苯丙胺行为敏化的形成和表达均有多巴胺神经系统的参与。其它神经递质亦与吗啡的行为敏化相关。GABAB受体激动剂巴氯芬，能显著降低吗啡的行为刺激活性(降低大约70％)，同时，吗啡敏化的形成也被延迟。21I。慢性给予阿片类药物可造成VTA区多巴胺能神经元上AMPA受体亲和力上调，同时引起AMPA受体基因表达增强。运用转基因技术使VTA区AMPA受体基因过量表达，则动物对吗啡的运动效应增强。NMDA受体的竞争性抑制剂CGS可以抑制吗啡敏化的形成。”。。氟西汀(5一HT特异性再摄取抑制剂)可以抑制大鼠吗啡行为敏化的形成和吗啡诱导的高活动性(SillsTL等，1997)，氟西汀同样可以抑制吗啡敏化表达时大鼠刻板行为，但是，在形成阶段给予氟西汀，不能抑制敏化的形成(WennemerHK等，1999)。肾上腺素仪．受体拮抗剂Prazosin，能明显抑制吗啡诱导的高活动性心2I。内源性阿片肽系统同样可以调节吗啡敏化的形成与表达：Nac内存在强啡肽受体，激活后可抑制吗啡敏化的形成与表达。3．3吗啡敏化的分子机制cAMP—CREB途径上调被认为是药物成瘾共同的神经机制。CREB在吗啡敏化中起到负性调节的作用，可以抑制吗啡敏化的表达。与CREB作用相反，△FosB对吗啡敏化起正性调节的作用。可卡因、苯丙胺、阿片等慢性给药都能够诱导Nac和背侧纹状体AFosB表达。△FosB的这种诱导方式是成瘾性药物所特有的。△FosB蛋白的表达较为持久(停药1 non后方消失)，推测AFosB是药物作用于中枢诱发的长时程基因表达改变的分子机制心引。AFosB的表达可增强动物对可卡因、吗啡的运动和奖赏效应，同时，它也能增加可卡因复吸模型中的觅药行为。反之，用C—Jun负性突变对抗AFosB的作用，则可卡因的奖赏效应明显降低。这些发现表明AFosB表达是动物行为敏化的分子机制，同时△FosB可能是长时间戒断后复吸的分子机制……。AFosB调控的下游产物Cdk5(cyclin—dependent kinase5，Cdk5)可能与成瘾关系密切。Cdk5是一种细胞周期素依赖激酶，其功能与细胞增殖、突触生长有关。在过度表达AFosB的转基因小鼠中Cdk5表达明显升高。向Nac内注射Cdk5抑制剂，可阻止可卡因增加Nac内树突棘密度的能力。进一步说明△FosB诱导Cdk5，Cdk5进而促进Nac内突触生长，神经元结构改变。最终动物对成瘾性药物产生持久的敏化行为。神经营养因子是一组能增强神经元生长、分化、存活的蛋白多肽。近年来研究发现，神经营养因子与精神兴奋剂行为敏化关系密切。目前研究与敏化关系较为密切的有：BDNF(脑源性神经生长因子)，GDNF(胶质细胞源性神经营养因子)，CNTF(睫状神经营养因子)，bFGF(碱性纤维细胞生长因子)，NT一3(神经营养因子3)。其中CNTF，bFGF促进敏化的形成，GDNF抑制敏化的形成，而BDNF，NT一3的作用不明确。对于BDNF基因敲除的小鼠，能明显表现出对可卡因的行为敏化。但是，无论VTA还是Nac内微注射BDNF抗体，都不影响可卡因敏化的形成。对Nac内注射NT一3抗体(可中和NT一3活性)，能增强大鼠对可卡因诱导的高活动性，但是抑制敏化的形成。VTA内微量注射BDNF可以抑制慢性吗啡诱导的cAMP通路、酪氨酸羟化酶水平的上调，并逆转VTA内多巴胺能神经元形态的改变，说明BDNF能拮抗吗啡诱导的长期中枢可塑性改变。近年来研究发现，VTA内微量注射GDNF同样可以阻断慢性吗啡或者可卡因处理诱发的生化改变。抗GDNF抗体可增强可卡因的反应，而慢性吗啡处理可减少VTA内RET(GDNF信号转导通路的一种信号分子)磷酸化水平“2“。上述实验表明，吗啡诱导的中枢可塑性改变同神经营养因子存在相互作用，但机制较为复杂，尚需进一步的研究证实。4结语行为敏化动物模型的研究已有数十年的历史，苯丙胺行为敏化动物模型早期主要作为研究精神病的动物模型。在20世纪90年代，随着成瘾的动机一敏化(incentive—sensitization)理论的提出，使“行为敏化”迅速成为研究热点。该理论解释了其它成瘾理论(如正性强化理论和反向过程理论)所面临的一些难点，越来越受到重视。行为敏化模型是一个与药物成瘾，药物复吸和渴求密切相关的模型，在药物依赖性的评价中具有下列作用：(1)评价某种药物致行为敏化的潜力；(2)利用相关的工具药研究行为敏化形成的神经生物学机制；(3)在行为敏化的形成期，转化期以及表达期，给予相关药物或其它
