动物模型与评估丨三叉神经痛动物模型

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目前建立三叉神经痛动物模型的方法主要是对三叉神经进行物理或化学损伤,对特定指标进行观察和验证。

CTN的动物模型

CTN是最常见的三叉神经痛,约占75%。由于CTN的病因较为明确,CTN动物模型是最早建立也是最常用的TN动物模型。

压迫三叉神经根/神经节

CTN常因小脑上动脉压迫三叉神经根而引起,因此,压迫三叉神经根就成为一种常用的CTN动物模型建立方法。由于三叉神经节距离三叉神经根较近,因此也有学者通过压迫三叉神经节来建立CTN动物模型。Jeon等将大鼠固定在立体定向架上,注射琼脂溶液以压迫三叉神经根,通过伤害行为学检查认为其成功建立了CTN的动物模型。Ahn等则将琼脂溶液直接注入大鼠的三叉神经节内,并对其触须垫和三叉神经区域分别进行针刺测试和吹气测试,并观察其自由行为,结果证实建立了CTN的动物模型。Burchiel则在猫和猕猴的三叉神经进入脑干的位置植入铬肠线,植入3周后进行组织学分析,发现植入的铬肠线相邻轴突有明显的脱髓鞘现象。除上述方法外,也有研究采用塑料丝、玻璃棒、中空塑料管等对三叉神经根进行压迫,从而建立动物模型。

该模型的局限性在于只模仿了三叉神经根的机械压迫,没有模仿三叉神经痛患者微血管的复杂生理和生化特征,尤其是血管的搏动性。此外,该模型建模操作相对复杂。在研究工作中,该模型常被用于探索胶质细胞等在三叉神经痛发病机制中的作用。该模型也被应用于卡马西平、A型肉毒杆菌神经毒素和CNV1014802(一种钠通道阻滞剂)等治疗三叉神经痛的实验研究,为探索新的三叉神经痛治疗策略提供参考依据。

损伤三叉神经分支

临床上患者最常在三叉神经的第二或第三分支分布区域感到疼痛,因此,除了压迫三叉神经根,也可以通过损伤三叉神经分支来建立CTN动物模型。根据模型的建立方法,可将此类动物模型主要分为机械损伤和药物损伤两类。

1)机械损伤采用机械损伤建立三叉神经痛模型的常用方法为种植体损伤和结扎损伤。

Han等成功通过牙种植体错位建立了下牙槽神经的神经性疼痛模型。他们拔除大鼠左侧下颌第二磨牙后植入4mm长的牙种植体,从而模拟种植体对下牙槽神经的长时间压迫,发现实验动物表现出类似于三叉神经痛的行为改变。随后,其他学者也采用该方法建立三叉神经痛模型,并增加了机械性痛觉超敏测试来检测模型建立是否成功,证实了采用该方法建立CTN动物模型的可行性和可重复性。该模型尤其适合于种植体错位引起三叉神经痛的临床研究和药物研究,Li等采用该模型发现地塞米松能够抑制胶质细胞的增殖,从而发挥其对三叉神经痛的治疗作用。

2)结扎:是另一种常用的通过机械损伤建立三叉神经痛动物模型的方法。在结扎方法中,慢性缩窄环术(chronic constriction injuryCCI)是最常用的方法,该方法由Vos等建立,他们将铬肠线松散地结扎于眶下神经周围并诱发慢性收缩性损伤,通过对大鼠自由行为改变和机械面部刺激反应的分析来验证其效果。除对眶下神经外,用该方法也被用来对小鼠的颏神经结扎,进行行为学测试,并使用Von Frey丝评估机械性痛觉异常。

由于此种结扎方式的建立过程仍较复杂,后来衍生出了多种动物模型,包括:单侧眶下神经结扎、双侧眶下神经结扎、部分眶下神经结扎、远端眶下神经结扎,或者是直接切断眶下神经,相对而言操作更为简便和快捷。

在此类模型中,结扎的松紧程度对动物的行为表现影响较大,损伤程度往往依赖于操作者的准确操作。其优势是操作相对简单,模拟疼痛的程度较好。

眼镜蛇毒是最常用的制造三叉神经痛动物模型的药物,该药物对轴突传导有抑制作用,且能使三叉神经脱髓鞘。赤藓红B是另一个常用药物。该药物对正常组织细胞无害,但在激光照射下则会导致照射部位的局部血管损伤,并形成血栓,从而导致组织坏死、微循环受阻、神经发生脱髓鞘变化。崔悦等通过静脉导管注入赤藓红B,用氩离子激光器照射暴露的眶下神经,采用光化学诱导的方法成功建立大鼠的三叉神经痛外周损伤模型,术后使用Von Frey丝对大鼠进行刺激,发现大鼠出现退缩等三叉神经痛相关症状。该模型较好地模拟了神经的脱髓鞘变化过程,但价格昂贵,操作要求高,目前主要用于新型药物的研究。

STN的动物模型

模拟多发性硬化的动物模型

实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune en‐cephalomyelitisEAE)小鼠是多发性硬化症(multiple sclerosisMS)的经典动物模型。Jelodar等在研究中发现,该小鼠表现出特异性的机械性疼痛,和对热刺激的痛觉过敏,可用作STN的动物模型以协助MS相关三叉神经痛的研究。随后,Thorburn等采用该模型开展研究,将特制的免疫乳剂注射到小鼠脊髓背侧皮下,进行行为学评价和三叉神经组织免疫组化分析,发现三叉神经发生脱髓鞘变化,证实成功建立了STN动物模型。该动物模型目前多用于探索MS引起三叉神经痛的发病机制。Dalenogare等采用该模型开展研究,发现EAE小鼠中三叉神经中的瞬时受体电位(transient receptor potentialTRPA1被激活,从而引发眶周机械性异常疼痛。Duffy等用该模型发现,小胶质细胞的活化与痛觉超敏反应密切相关。上述研究对探索MS引发STN的分子机制提供了参考依据。

侵犯脊束核的动物模型

根据中枢病因学说,在TN发病机制中,三叉神经脊束核受影响是其重要环节之一。临床上,延髓空洞症可引发STN。其原因在于延髓空洞症容易侵犯三叉神经的脊束核,而三叉神经的脊束核受到侵犯,在临床上则表现为三叉神经痛。有鉴于此,王惠岚等将青霉素G钾注入蛛网膜下腔脊束核处,发现大鼠出现尖叫、面部抓挠等反应。Lee等采用了类似的方法,将士的宁溶液等注入同样的位置,并使用聚乙烯管刺激,发现小鼠出现受刺激后退缩、抓挠等行为。提示采用该方法可建立侵犯脊束核的动物模型,但该模型仍有明显缺点,只能模拟急性疼痛,不能模拟慢性痛和自发性痛。

建模成功的检测方法

为了明确动物模型的建立是否成功,对动物的痛觉进行检测必不可少。动物实验中常通过动物的痛觉行为改变以验证建模是否成功,并通过组织学和分子生物学检测来协同验证建模是否成功。

行为学方法

行为学观察是最通常使用的方法,该方法操作简单,能够直观反映动物的痛觉。较为经典的测试方法包括痛觉超敏测试、痛觉过敏测试和自由行为测试。

1、痛觉超敏的评估

痛觉超敏的评估主要采用的是吹气测试。Yeomans等将动物放在一个适当大小安静环境中,待其适应环境后,开始进行一定压强的连续喷气,并不断增大压强水平,直至动物表现出咬物或转头等攻击性行为。大鼠在超过50%的实验中做出反应的喷气压强即为喷气阈值。喷气阈值较术前显著降低被定义为机械性痛觉异常。除了吹气测试外,Lee等建立了用聚乙烯管抚触毛皮,诱发动态机械超敏反应,对每只小鼠的退缩、抓挠或激动反应进行评分,确定其痛觉异常评分。该测定方法也是痛觉超敏反应评估的一种常用方法,且对大鼠没有实质性的伤害,对于接下来的其他实验结果也几乎没有干扰。

2、痛觉过敏的评估

Von Frey纤维丝测定是目前使用最广泛的机械痛敏阈值的测定方法,由Von Frey1896年提出,最开始是利用不同硬度的头发来检查人的触觉,后来被广泛应用于疼痛研究。测试者使用Von Frey丝刺激三叉神经痛模型大鼠的手术侧胡须,增加刺激强度直至大鼠出现退缩、攻击、不对称抓脸行为,视为阳性反应。每种刺激强度每侧测试3次,当3次刺激阳性数为2时,对应的纤维丝强度即为大鼠的机械性痛阈。Yang等选取不同克数的Von Frey纤维丝后,采用改良的上下法(up-down method)测定眶下神经感受区的机械灵敏度。该方法因其易于操作被广泛使用。然而,在某些实验中,Von Frey丝可能产生急性伤害性刺激,从而对神经记录过程产生影响。此外,针刺实验也被应用于评估痛觉过敏。Ahn等将钝针灸针施加到触须垫上,直到针稍微弯曲,随后对大鼠的行为反应进行疼痛评分。但这种较强烈的机械刺激也可能会影响三叉神经痛的评估。

3、自由行为测试

除了痛觉超敏和痛觉过敏的评估,对疼痛模型的动物进行自由行为测试也必不可少。三叉神经痛模型建立后,Chen等用摄像机记录大鼠手术后的自由行为,并对其进行分析。Zhao等进行了改良,使用计算机监控以免干扰它们的活动,观察它们探索、休息、摇头、舔爪和面部修饰等身体行为,记录每个行为的次数和持续时间,以评估自发活动的变化。该方法能较好地评价三叉神经痛模型是否建立成功,而且对大鼠没有伤害性刺激。

注意事项:

行为学检测的方法适用于多种口面部疼痛,并非TN模型的特异性检测方法。且有可能由于动物受到惊吓、麻醉等因素而受到干扰,使用时需尽量减少干扰因素。