... 學會通訊

疾病的動物模式可以分成分析測量模式（assay models）與症狀類比模式（homologous models）兩大類。分析測量模式將動物的特殊行為或生理反應當做所要探討的疾病的病理或指標，這種模式雖然有可能過度簡化疾病的病理，甚至與所要探討的疾病相似性很低，卻因為很容易操作與量化，只要能改變該特殊行為或生理反應的藥物，就意味著對該疾病可能有療效，因此對於藥物篩檢與發展類似藥理的新藥有很大的貢獻。例如已知精神分裂症與腦部多巴胺傳導過盛有關，而過多的多巴胺會使大鼠產生旋轉的行為，因此抗精神病藥物（antipsychotics）對老鼠旋轉行為的抑制效力就常常被用來當做此藥物對精神分裂症療效的指標。這種模式的主要缺點是已經將特殊的行為或生理反應當作所要模擬疾病的病理，因此很難利用這種模式找到不一樣卻可能更重要的病理。症狀類比模式是以整體行為或生理現象與人類某一疾病類似的動物來研究疾病的病理或該疾病對藥物的反應，因為這種模式不是建構在假設的特定病理之上，因此可以用來探究各種病理、病因，或測試任何可能的治療方法。

憂鬱症的分析測量模式

分析測量模式雖然有可能過度簡化疾病的病理，卻因為該模式已經有實際的例子，例如：只要能促進單胺神經傳導的藥物，就有可能對憂鬱症有療效，因此這種模式已經在抗憂鬱劑的篩檢與新藥開發發揮很大的功效。

• 咬殺小鼠試驗 (Muricide)
  如果將小鼠放在大鼠籠裡，有一些大鼠會將小鼠咬死。Horovitz和他的同僚（1965）發現TCAs和MAOIs可以抑制大鼠咬殺小鼠的傾向，而且急性給予抗憂鬱劑就能產生這樣的效果，這種效果與藥物的鎮定作用無關，但是amphetamine和antihistamine也有類似的效果。


• 日夜顛倒調適試驗 (Circadian rhythm readjustment)
  鼠類是夜行性的動物，當光照週期顛倒時，牠們需要一段時間來把活動的時間調整到“夜間”。TCAs或MAOIs都可以使這種調整期縮短（Baltzer and Weiskrantz, 1975），但是興奮既劑（例如amphetamine）與鎮定劑（例如chlordiazepoxide）就沒有這樣的效果。


• 延遲獎賞試驗 (Differential operant responding for low reinforcement)
  Seiden et al.發現當大白鼠學會了用控制桿來獲得食物時，會重複去壓控制桿，如果將此控制桿的作用設計成「當第二個動作與第一個動作的時間間距小於72秒時，第二個動作就沒有反應，而且會使得等待的時間重新計時」，老鼠也能逐漸調適，抑制重複去壓控制桿的衝動，以便在最快的時間裡獲得食物。很多研究（McGuire and Seiden, 1980a, 1980b；O’Donnel and Seiden, 1982, 1983, 1985）發現ECT和三環抗憂鬱劑(TCA)、Monoamine Oxidase Inhibitors (MAOIs)、非典型抗憂鬱劑（iprindole、mianserin、trazodone）和Selective Serotonin Reuptake Inhibitors (SSRIs)都會使動物比較能抑制重複去壓控制桿的衝動，以便在最快的時間裡獲得食物，而且急性注射藥物就可以看到效果，如果重複給藥效果會更加顯著，但是antipsychotics（抗精神症藥物）、psychomotor stimulant（精神興奮劑）、narcotic analgestic（麻醉止痛劑）與anxiolytic（抗焦慮劑）都沒有這種作用。雖然這種區辨延遲鼓勵的操作反應似乎與憂鬱症的症狀或病理都沒什麼關聯，但是事實的證據證明這個方法可以將抗憂鬱劑與抗精神症藥物、興奮劑、麻醉止痛劑、抗焦慮劑區別開來，因此可以用於篩選抗憂鬱劑。


• 小鼠隔離試驗(Isolation-induced hyperactivity)
  剛斷奶的大白鼠如果被隔離獨自飼養，長到成鼠時會有過度活躍(hyperactive)的現象。Garzon and Del Rio（1981；Garzon et al., 1979）發現這種過度活躍可以用TCAs、MAOIs或非典型抗憂鬱劑來減輕或恢復，抗精神症藥物、抗焦慮藥物或安非他命影響則無此功效。


• 嗅球受損模式 (Lesioning of the olfactory bulbs)
  剛斷奶的大白鼠如果被隔離獨自飼養，長到成鼠時會有過度活躍(hyperactive)的現象。Garzon and Del Rio（1981；Garzon et al., 1979）發現這種過度活躍可以用TCAs、MAOIs或非典型抗憂鬱劑來減輕或恢復，抗精神症藥物、抗焦慮藥物或安非他命影響則無此功效。

憂鬱症的症狀包括：情緒低落、喪失興致、活動遲緩、睡眠障礙、食慾減退、注意力不能集中、喪失鬥志、容易絕望、死亡意念、無助感、罪惡感、易怒、激躁不安、甚至自殺。在這些症狀中，動物無法用語言表達其憂鬱、罪惡感或想死的情緒，睡眠障礙或食慾減退很難與身體疾病的因素分辨，只能做為憂鬱症的佐證指標。是否有活動遲緩的問題可以測量動物的自發性活動、無助的症狀可以從老鼠放棄逃避對其生命有威脅的電擊、放棄在水中或被懸吊在半空中時的掙扎加以評估；喪失興致的症狀也可以從老鼠受壓力之後降低其原有的偏好(例如喝蔗糖水)來衡量。這幾個症狀都很類似人類的憂鬱症狀，雖然有些仍以壓力為其病因，但沒有預先假設特殊的生理變化，因此仍歸類於症狀類比模式。

• 蛇根鹼模式 (Reserpine-induced reduction of motor activity)
  蛇根鹼(reserpine)和reserpine類的複合物（例如：tetrabenzine）會使得突觸間小泡保存monoamines的能力喪失，而使神經末梢釋放monoamines。長期的monoamine儲存減少會造成大腦和周邊的多巴胺、正腎上腺素、腎上腺素和血清素耗盡，進而引發很多異常的生理和行為的反應。Domenjoz and Theobald在1959年第一次提出imipramine可以抑制reserpine產生的安眠作用，之後Costa等人（1960）也提出imipramine可以抑制reserpine所產生的(1)直腸溫度下降、(2)心跳變慢、(3)腹瀉增加和(4)眼皮下垂。如果只是這些看起來與憂鬱症沒什麼關係的生理反應，就應該把這個方法歸類為分析測量模式，但reserpine也會降低動物的活動力。Vernier（1962）等人將活動力量化並加以分析之後，發現imipramine可以抑制reserpine產生的鎮定，其它的TCAs與MAOIs也有同樣的效果（Howard et al., 1981）。於是蛇根鹼老鼠(reserpinize rodent)成為最早的憂鬱症動物模式，而reserpine會抑制活動力則是憂鬱症單胺假說最原始的發現。


• 習得無助 (Learned helplessness)
  這個方法由Seligman & Maier在1967所提出，他們發現被束縛在無法逃脫的電擊箱中接受間歇的足底電擊之後，再放到無束縛的電擊測試箱中，該動物會喪失逃脫的能力。Weiss（1968）發現大白鼠經過無法逃脫的電擊之後會減少對水和食物的攝取，體重下降。1982年Weiss將動物經無法掌控的電擊之後所產生的症狀加以探討，發現與DSM-III精神科用來診斷人類憂鬱症患者的診斷條件非常吻合。這些症狀包括：(1)減少水和食物的攝取；(2)體重下降；(3)減少活動、競爭、玩耍、理毛的時間；(4)影響睡眠週期；(5)降低對獎賞的反應；(6)辨識錯誤率增加。Sherman(1982)與Martin等人(1990)更進一步證實傳統與非傳統抗憂鬱劑皆可改善這種習得無助的逃脫缺陷。

  我們為了探討BDNF與c-Fos在憂鬱症病理所扮演的角色，也利用這種習得無助的方法讓小鼠變得「憂鬱」。為了減少人力的負擔與人為觀察的誤差，我們設計了一台有八個頻道，可以間歇地自動發出固定低流量電流(0.6mA)的機器(PsyLab Programmable Low Current Generator)，讓小鼠在無法逃脫的狀態下，接受疼痛卻不會受傷害的電擊壓力；另外為了精準地測量小鼠的逃脫行為，我們也製作了一個能夠完全自動偵測與控制電源開關，裝有七道紅外線感測器的逃脫測驗箱(PsyLab Escape AutoBox)，在30次的逃脫行為測試中，電腦可以紀錄每一次實驗動物的逃脫時間並依設定的條件判斷是否逃脫成功。我們初步的結果顯示小鼠受到壓力時，其內側前額皮質區和下視丘室旁核c-Fos的表現會增加，當小鼠變得習得無助時，其外側中隔核的c-Fos則減少；海馬結構CA1、CA2與CA3的錐體細胞層BDNF蛋白的染色有"習得無助組> 非無助組> 對照組"的趨勢，但是染色的錐狀細胞數目沒有差別，顯示習得無助組所增加的BDNF來自錐體細胞層的抑制性細胞，因此我們認為習得無助或憂鬱症的病理與外側中隔核神經細胞的活性降低及錐狀細胞受到抑制有關 (鄭之雅，2003)。



• 強迫游泳試驗 (Forced Swimming Test, FST)
  這是Porsolt在1978年所提出的方法，該方法將大鼠或小鼠丟在有水的透明壓克力圓柱桶裡，老鼠會在水裡掙扎試圖逃脫，努力無效之後會放棄掙扎而漂浮在水面上呈現靜止不動的姿勢。這個測試的時間只要六分鐘，在這六分鐘裡老鼠靜止不動的時間被解釋成絕望的時間，時間愈長表示老鼠愈容易絕望。這種靜止不動的時間可以被所有的TCAs、MAOIs、非典型抗憂鬱劑和電痙治療(ECT)所改善，卻不受anxiolytics或antipsychotics的影響，因此是目前最廣泛被用來做篩選抗憂鬱劑的藥理學測驗，但是SSRI類的抗憂鬱劑無法用這個方法篩檢出其療效。

  這個方法的操作雖然簡單，但是對於老鼠是否〝靜止不動〞的判定卻不一定非常明確，為了避免誤差或變異太大，往往需要增加評估者(raters)與訓練評估者，當評估者的人為誤差與變異降到可以接受的程度時，其評估的實驗數據才可以採用；除此之外，也常需要將實驗的過程錄影下來，以便重新觀看，讓評估者一起重新檢討老鼠每一個動作的細節，以減少主觀判斷或一時疏忽所造成的誤差。如此不只要花費更多的人力與時間，處理與儲存數量龐大的錄影帶或數位影像也是一大問題。為此我們設計了一個自動化的儀器(PsyLab Auto-FST)，利用老鼠在水中掙扎所引起的水波來帶動一個浮標，將浮標的實際位移轉換成數位的位移，再讓電腦自動運算這些數位訊號，如此不僅省卻許多人力，更讓此方法變得簡易又精確。此儀器已在2003年7月取得臺灣區的專利(中華民國發明第176000號, USA Patent Pending 10/408177)。

  以強迫游泳試驗探討抗憂鬱劑作用機轉的一些研究發現三環抗憂鬱劑DMI能減少強迫游泳試驗時的絕望或靜止不動，主要是透過正腎上腺素的作用，因為DMI可以抑制正腎上腺的回收，用neurotoxin 6-hydroxydopamine破壞Locus ceruleus（藍斑）也有類似的效果（Richelson and Pfenning, 1984），而刺激adrenergic b-receptor則可以降低DMI對靜止不動的療效(Kitada,1986)。這或許能解釋為什麼SSRI類的抗憂鬱劑在這種方法不能顯示其療效的原因（Sulser, 1979；Vetulani et al., 1976）。但是也有很多研究發現大腦多巴胺可以使老鼠在試驗中靜止不動的時間減少，而以下三種方法則可以增加掙扎的時間：（1）抑制多巴胺回收和刺激多巴胺接受體（Borsini et al., 1988）；（2）刺激ventral tegmental（腹側蓋膜區）細胞體投射到forebrain（前腦）的區域（Plaznik et al., 1985a）；（3）在nucleus accumbens（中隔核）注入正腎上素、phenylephrine（a1接受體興奮劑）、isoproterenol（b-adrenergic接受體興奮劑）或apomorphine（多巴胺接受體興奮劑）（Plaznik et al., 1985b）。這些發現與傳統認知的血清素和正腎上素有很大的差別，也因此才促使不同藥理機轉之抗憂鬱劑的開發，如Bupropion (抑制正腎上素與多巴胺在突觸的回收)，這正是症狀類比模式優於分析測量模式之處。



• 尾部懸吊試驗 (Tail Suspension Test,TST)
  當小鼠的尾巴被吊起而使整個身軀懸於半空中時，會為了掙脫而掙扎扭動，但是幾分鐘之後，小鼠就會變得無助而不再掙扎扭動，這種現象與強迫游泳試驗中的靜止不動很類似，而且TCAs、MAOIs和非典型的抗憂鬱劑都會增加小鼠在尾部懸吊試驗的掙扎時間，而antipsychotics與anxiolytics則不會，因此這個方法已經廣泛地與強迫游泳試驗並用，來預測抗憂鬱劑的療效。

  這個方法是Steru et al.於1985所發明，一般的做法是測量老鼠在6分鐘內掙扎扭動的時間，許多研究已經證明老鼠靜止不動的時間可以因為給與抗憂鬱劑而縮短。這個方法的優點是簡單易做，不需要任何設備，缺點則是以肉眼觀察時，要將明顯的扭動與靜止不動之間的各種小動作判定為「扭動」還是「靜止」往往難有一定的標準，因此實驗的變異與誤差就變大。為此Steru et al.於1987以數位化的拉力計測量老鼠在各個時間點掙扎的力量，並與電腦連結成一組自動化的測量儀(ITEMATIC-TST)，但是這樣的設計僅能測得垂直方向拉力的變化，對於左右擺動的訊息則無法得知，該測量儀從1987年發明至今，只有二篇SCI的研究論文用到這個儀器。日本人Nomura S也在1992年利用光電元件與微角度電位計來測量老鼠的扭動，再將預設的類比電位訊號轉成數位訊號，因為裝置複雜，操作很不方便，很多老鼠的動作也無法記錄到，至今還沒有SCI的論文用到這項設備。為了解決這些問題，我們設計了一項儀器(PsyLab Auto-TST)，將老鼠懸吊時扭動的力量與方向量化成容易分析與繪圖的數據，再根據數據計算老鼠掙扎扭動與靜止不動的時間。這個設計比傳統的肉眼觀察或上述二項發明都更簡易、精確，而且成本低廉，已通過台北榮總的產官學合作專案審核，並由該專案遞出臺灣與美國的專利申請。



• 慢性溫和壓力 (Chronic mild stress)
  Katz、Roth和Carroll在1981年所提出的慢性溫和壓力法，是將大鼠在2-4週的時間裡，每天經歷一小段不舒適的壓力，例如：在冷水裡游泳、高熱的環境、日夜顛倒、閃光、噪音、一天不能飲水與進食等，之後該大鼠的自發性活動就會減少。而這種自發性活動減少的情形可以用TCAs、MAOI，非典型抗憂鬱劑或ECT加以改善，而anxiolytics和antipsychotics卻無此效能。Katz（1982b）又發現老鼠天生偏好喝蔗糖水的特性，經過三週的慢性溫和壓力後，這種偏好就會消失或減弱；Willner等人（Muscat et al., 1988,1990,1992；Sampson et al., 1991；Willner et al., 1992）進一步發現抗憂鬱劑可以改善這種慢性溫和壓力所減弱的糖水偏好。

  不過有人批評經過慢性壓力後的動物只是減少了他們對蔗糖水的過度攝取量，因此慢性壓力可能只是單純的影響到總攝取量而不是影響到對蔗糖水的偏好，因為壓力本身就會動物降低對食物和水的攝取（Pare, 1965；Weiss, 1968）。為了釐清這個問題，我們設計了一套老鼠必須爬到高處才能喝到蔗糖水的裝置，利用自動偵測的系統，監控個別老鼠對蔗糖水喜好的差異，以篩選出喪失興致的老鼠。這項設備已申請臺灣的發明專利(案號92105263)。

1. 鄭之雅，黃銀河：BDNF與c-Fos在習得無助小鼠腦部的表現。陽明大學解剖暨細胞生物學研究所碩士論文，July 2003
2. Cairncross KD, King MG, Schofield SPM：Effect of amitriptyline on avoidance learning in rats following olfactory bulb ablation. Pharmacol Biochem Behav 3：1063-1067, 1975
3. Cairncross KD, Cox B, Forster C, et al：The olfactory bulbectomized rat：a simple model for detecting drugs with antidepressant potential (proceedings). Br J Pharmacol 61：497P, 1977
4. Costa E, Garattini S, Valzelli L：Interactions between reserpine, chlorpromazine, and imipramine. Experientia 16：461-463, 1960
5. Domenjoz R, Theobald W：Zur pharmakologie des Tofranil (N-(3-dimethylaminopropyl)-iminodibenzylhydrochlorid). Arch Int Pharmacodyn Ther 120：450-489, 1959
6. Earley B, Leonard BE：Effect of two specific-serotonin reuptake inhibitors on the behaviour of the olfactory bulbectomized rat in the “open field” apparatus, in Clinical and Pharmacological Studies in Psychiatric Disorders. Edited by Burrows GD, Norman TR, Dennerstein L. London, John Libby, 1985, pp 234-240
7. Howard JL, Soroko FE, Cooper BR：Empirical behavioral models of depression, with emphasis on tetrabenazine antagonism, in Antidepressants：Neurochemical, Behavioral, and Clinical Perspectives. Edited by Enna SJ, Malick JB, Richardson E. New York, Raven, 1981, pp 107-120
8. Katz RJ, Roth KA, Carroll BJ：Acute and chronic stress effects on open field activity in the rat：implications for a model of depression. Neurosci Biobehav Rev 5：247-251, 1981a
9. Katz RJ, Roth KA, Schmaltz K：Amphetamine and tranylcypromine in an animal model of depression：pharmacological specificity of the reversal effect. Neurosci Biobehav Rev 5：259-264, 1981b
10. Kitada Y, Miyauchi T, Kosasa T, et al：The significance of b–adrenoceptor down regulation in the desipramine action in the forced swimming test. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 333：31-35, 1986
11. Martin P, Soubrie P, Puech AJ：Reversal of helpless behavior by serotonin uptake blockers in rat. Psychopharmacology (Berl) 101：403-407, 1990
12. McGuire PS, Seiden LS：Differential effects of imipramine in rats as a function of DRL schedule value. Pharmacol Biochem Behav 13：691-694, 1980a
13. McGuire PS, Seiden LS：The effects of tricyclic antidepressants on performance under a differential-reinforcement-of-low-rates schedule in rats. J Pharmacol Exp Ther 214：635-641, 1980b
14. Muscat R, Towell A, Willner P：Changes in dopamine autoreceptor sensitivity in an animal model of depression. Psychopharmacology (Berl) 94：545-550, 1988
15. Muscat R, Sampson D, Willner P：Dopaminergic mechanism of imipramine action in an animal model of depression. Biol Psychiatry 28：223-230, 1990
16. Muscat R, Rapp M, Willner P：Antidepressant-like effects of dopamine agonists in an animal model of depression, Biol Psychiatry 31：937-946, 1992
17. Nomura S et al.[The tail suspension test: its theory and practical application]. [Review][Japanese] Japanese Journal of Psychopharmacology 12(5):207-13, 1992 Oct.
18. O'Donnell JM, Seiden LS：Effects of monoamine oxidase inhibitors on performance during differential reinforcement of low response rate. Psychopharmacology (Berl) 78：214-218, 1982
19. O'Donnell JM, Seiden LS：Differential-reinforcement-of-low-rate 72-second schedule：selective effects of antidepressant drugs. J Pharmacol Exp Ther 24：80-88,1983
20. O'Donnell JM, Seiden LS：Effect of the experimental antidepressant AHR-9377 on performance during differential reinforcement of low response rate. Psychopharmacology (Berl) 87：283-285, 1985
21. Pare WP：Stress and consummatory behavior in the albino rat. Psychol Rep 16：399-405, 1965
22. Plaznik A, Danysz W, Kostowski W：Mesolimbic noradrenaline but not dopamine is responsible for organization of rat behavior in the forced swim test and an anti-immobilizing effect of desipramine. Pol J Pharmacol Pharm 37：347-357, 1985a
23. Plaznik A, Danysz W, Kostowski W：A stimulatory effect of intraaccumbens injections of noradrenaline on the behavior of rats in the forced swim test. Psychopharmacology (Berl) 87：119-123, 1985b
24. Porsolt RD, Anton G, Blavet N, et al：Behavioural despair in rats：a new model sensitive to antidepressant treatments. Eur J Pharmacol 47：379-391, 1978
25. Porsolt RD, Chermat R, Lenegre A, Avril I, Janvier S, Steru L. Use of the automated tail suspension test for the primary screening of psychotropic agents. Archives Internationales de Pharmacodynamie et de Therapie. 288(1):11-30, 1987 Jul.
26. Richelson E, Pfenning M：Blockade by antidepressants and related compounds of biogenic amine uptake into rat brain synaptosomes：most antidepressants selective block norepinephrine uptake. Eur J Pharmacol 104：277-286, 1984
27. Rigter H, van Riezen H, Wren A：Pharmacological validation of a new test for the detection of antidepressant activity of drugs. Br J Pharmacol 59：451-452, 1977
28. Sampson D, Willner P, Muscat R：Reversal of antidepressant action by dopamine antagonists in an animal model of depression. Psychopharmacology (Berl) 104：491-495, 1991
29. Seiden LS, O’Donnell JM：Effects of antidepressant drugs on DRL behaviour, in Behavioural Pharmacology：The current Status. Edited by Seiden LS, Balster RL. New York, Alan R Liss, 1985, pp 323-338
30. Seligmen MEP, Maier SF：Failure to escape traumatic shock. J Exp Psychol 74：1-9, 1967
31. Sherman AD, Sacquitne JL, Petty F：Specificity of the learned helplessness model of depression. Pharmacol Biochem Behav 16：449-454,1982
32. Steru L et al. The automated Tail Suspension Test: a computerized device which differentiates psychotropic drugs. Progress in Neuro-Psychopharmacology & Biological Psychiatry. 11(6):659-71, 1987.
33. Steru L, Chermat R, Thierry B, et al：The tail suspension test：a new method for screening antidepressants in mice. Psychopharmacology (Berl) 85：367-370,1985
34. Sulser F：New perspectives on the mode of action of antidepressants drugs. Trends Pharmacol Sci 1：92-94, 1979
35. van der Heyden JA et al. Strain differences in response to drugs in the tail suspension test for antidepressant activity. Psychopharmacology. 92(1):127-30, 1987.
36. van Riezen H, Schnieden H, Wren AF：Olfactory bulb ablation in the rat：behavioural changes and their reversal by antidepressant drugs. Br J Pharmacol 60：521-528, 1977
37. Vernier VG, Hanson HM, Stone CA：The pharmacodynamics of amitriptyline, in Psychosomatic Medicine：The First Hahnemann Symposium. Edited by Nodine JH, Moyer JH. Philadelphia, PA, Lea & Febiger, 1962, pp 683-690
38. Vetulani J, Stawarz RJ, Dingell JV, et al：A possible mechanism of action of antidepressant treatments. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 293：109-114, 1976
39. Weiss JM：Effects of coping responses on stress. Journal of Comparative and Physiological Psychology 65：251-260,1968
40. Weiss JM, Bailey WH, Goodman PA, et al：A model for neurochemical study of depression, in Behavioral Models and the Analysis of Drug Action. Edited by Spiegelstein MY, Levy A. Amsterdam, Elsevier, 1982, pp 195-223
41. Willner P, Muscat R, Rapp M：Chronic mild stress-induced anhedonia：a realistic animal model of depression. Neurosci Biobehav Rev 16：525-534,1992