神经行为学在药理毒理评价中的应用探讨

神经行为学在药理毒理评价中的应用探讨

行为功能改变是神经系统内在损害的外部表现，此时受累机体尚未出现明显的症状、体征及病理形态学等改变，而主要表现为功能或主观认知感觉上的偏倚。因此检测行为功能改变可能是评价药物药理、神经毒性更为敏感的评价指标。神经行为学方法广泛应用于药理学和毒理学研究中，近年来发展迅速，特别是在影像化、数字化以及高通量化方面取得了长足的进步，使得评价参数的多样性和客观性有了进一步的提升。本综述主要介绍动物神经行为学作用于神经系统如感觉运动、情绪、药物依赖及认知障碍方面的药物药效学以及安全性评价的应用。 1 神经行为学在药理评价中的应用 抗脑卒中药物的评价 一般用运动行为实验对脑栓塞动物模型（如大鼠）进行卒中后运动和协调能力的评价，从而判定药物是否对脑卒中后神经损伤恢复有效。运动整合及协调能力实验主要包括：平衡木实验、转棒实验、肌力实验、屏实验、肢体对称实验、肢体放置实验、前肢放置检测、平行杠实验、爬绳实验、爬梯实验、前爪伸屈实验、步态分析实验等。然而，大脑尾状核、皮层和纹状区对运动 - 感觉信息的处理和整合起一定作用，这些区域在大脑中动脉梗死后很容易受损，并累及周围区域如肢体的皮层、额叶和颞叶。因此，目前认为缺血损伤后动物模型的神经行为学评价除了评估一般感觉运动功能，还应该将认知实验加入评估中。有证据表明，卒中后认知缺陷可持续超过一般的感觉运动缺陷。认知实验主要包括 Morris 水迷宫、放射状迷宫和 T 迷宫。 脑卒中动物模型在不同时期的行为学表现不同，因此行为学评价抗脑卒中药物，相关行为学指标表现出的敏感性，同时也存在着广泛的偏差，组织学检查结果和行为学实验相关，另一些则无关或相反。因此，当前的评价方法尚不能全面的反映脑卒中的生理病理状态，这就需要对模型生理病理指标与行为学指标相关性进行研究，综合多种方法进行评估，寻找最敏感稳定的行为学指标。 抗精神病药物的评价 焦虑模型主要分为 2 类：非条件反射模型和条件反射模型。其中比较经典的研究方法基于动物有畏惧空旷场地的天性和其活动具有趋避性而建立的旷场实验、避暗实验、高架十字迷宫和 Vogels 饮水冲突模型。 目前抑郁症行为学评价方法主要包括强迫游泳实验、悬尾实验、空场实验、获得性无助实验、新奇抑制摄食实验、糖水偏爱实验、间断性行为实验、睡眠干扰实验等。其中，动物强迫性游泳和悬尾测试是评价抗抑郁药作用最常用的方法，因其快速、方便、对多种抗抑郁药物有效，被广为接受和应用。然而，也有学者认为动物漂浮既可以是抑郁的表现，也可以是一种适应机制，动物以此节约能量，漂浮更长的时间，以维持更长的存活时间。 由于应激是导致焦虑和抑郁发生的重要原因之一，应激对心理情感、认知功能及反应判断能力等行为活动均产生影响，研究应激致动物行为方法主要有社会交互实验，动物可出现社会逃避及兴趣缺失的抑郁样行为，此外还有动物束缚实验、糖水偏爱实验、条件性防御掩埋实验、听觉惊跳实验等。 抗衰老药物的评价 神经退行性病变是由于神经元进行性变性死亡导致的以中枢神经系统损害为主的神经系统疾病，与年龄相关的大脑退行性变化是大脑中枢神经系统在生长、发育、成熟之后走向衰老过程中而表现的生物老化的正常生理现象。其最突出的临床表现是记忆和学习能力下降，因此抗衰老药物行为学评价主要考察对学习记忆障碍的作用。主要研究方法包括空间记忆和非空间记忆，在空间学习记忆中，采用 Morris 水迷宫、八臂迷宫、T 型迷宫、辐射式迷宫等方法。近年来新的认知方法出现，可以对空间学习记忆和非空间学习记忆进行测试，如物体认知测试系统，包含新物体的识别、新物体位置识别以及情景记忆和时序记忆。其中新物体的识别、情景记忆和时序记忆属于空间记忆；新物体位置识别属于非空间记忆。在条件反射方法中，非条件刺激可以是惩罚性的也可以是奖励性的。使用惩罚性条件刺激的行为检测方法如穿梭、跳台、避暗等已被广泛应用于学习记忆和巩固相关行为研究。但这些方法检测的学习记忆能力大多是基于对环境刺激的被动反应，而且需要给予惩罚性 / 伤害性刺激使动物完成学习记忆，对动物的生理及心理影响较大，同时影响神经递质的释放。而利用奖励物质的奖赏效应，大脑会向负责决策的区域发送奖赏信号，形成好的记忆。奖赏效应能使机体的认知能力进一步提升，形成良性循环，易化条件反射的形成。 其他药物的评价 神经行为学方法除了主要用于以上药物的评价，还用于抗疲劳药物、促进睡眠药物以及镇痛药物的评价中，抗疲劳药物大多具有兴奋中枢神经系统的作用，行为学检测主要采用游泳实验、转棒实验。促进睡眠药物主要采用阈下催眠实验。镇痛药物根据作用部位不同可分为中枢镇痛药和外周镇痛药，用于评价外周药物镇痛作用的方法主要有小鼠醋酸扭体实验；评价中枢镇痛药物的方法热板法、热辐射甩尾实验以及福尔马林测痛实验，目前新的研究方法有步态行为测试，通过研究动物运动的步态及足底压力评价药物的治疗作用。 2 神经行为学在药物安全性评价的应用 在一般毒性评价中的应用 神经行为学实验可以发现一些神经毒性的相关终点，长期毒性实验中增加对特异性终点的评价，可以提高实验动物的利用率，缩短危险评价所用的时间，并获得额外的数据。如评价抗抑郁药物的长期毒性实验可增加对动物自主活性的观察指标。而在一些不确定是否有神经毒性的创新药物评价中，神经毒性筛查也可与长期毒性实验相组合，筛查的目的在于确定是否需要进行附加的更加深入的神经毒理学实验，如步态异常有助于毒性部位的确定，例如下运动神经元疾病可致跨越步态；剪形步态和僵硬步态说明上运动神经元损害；小脑功能不良可致共济失调及步态蹒跚。关于神经系统的毒性特征，犹如靶器官毒性一样，能随染毒期限的长短表现不同。神经毒性作用的意义取决于它的可逆性，一般来说，不可逆作用较可逆作用严重，神经系统的区域对生理功能影响较其他系统更为重要。 在安全性药理评价中的应用 由于毒物对神经系统的作用范围很广，一般采用功能组合实验来评价药物对神经系统的安全性。目前动物神经行为测试还没有一套标准模式的神经行为功能测试组合，只是经济合作与发展组织（OECD）在感觉、运动、认知等方面推荐了一些测试方法，综合评价被测化学物质的神经行为毒性。国家食品药品监督管理总局（CFDA）规定中枢神经系统药物安全性评价可定性和定量评价给药后动物的运动功能、行为改变、协调功能、感觉 / 运动反射和体温的变化等，以确定药物对中枢神经系统的影响。当核心组合实验及文献报道提示药物存在潜在的与人体安全性有关的不良反应时，应进行追加和 /或补充的安全药理学研究。追加的安全药理实验是除了核心组合实验外，反映受试物对中枢神经系统、心血管系统和呼吸系统的深入研究。如追加的安全药理学实验对中枢神经系统的影响包括对行为、学习记忆、神经生化、视觉、听觉和 / 或电生理等指标的检测。 药物依赖性的评价 几乎所有的依赖性药物，如阿片、酒精、可卡因、苯丙胺、尼古丁等都会使滥用成瘾者戒断后出现情绪问题，包括抑郁、焦虑、快感缺乏等，是药物依赖患者急性或慢性戒断期常见的特征，也是引起药物依赖者对药物产生心理依赖和复吸的重要原因。药物依赖与冲动行为有着密切的，药物依赖能够使冲动行为发生变化；同时可以诱导动机奖赏系统及学习记忆相关脑区内神经元结构发生可塑性改变，该变化在停药后仍可长期存在。对于精神依赖性由于是机体对药物内在的感知综合体现，如动物心理满足感、欣快感，同时，本身冲动性不同的个体对依赖药物的易感性存在个体差异。实验评价难度较大，目前评价方法主要结合抑郁、焦虑、学习记忆等神经行为学方法进行研究，其中应用较多的是操作式行为实验方法，如奖赏实验及采用自身给药模拟人的觅药行为和药物辨别行为，因该方法需要仪器设备复杂，实验周期较长。目前广泛用于药物精神依赖的评价方法是条件位置偏爱实验，该方法经济简便。 在发育神经毒性评价中的应用 发育神经毒性（DONT）评价是药物临床前安全性评价的重要组成部分，是指个体在发育过程中暴露于某些神经毒性物质后引起的神经系统结构和功能的异常改变，进而引起个体的感觉、运动及各种认知功能改变，表现为个体发育产生某些缺陷。常见的有行为改变、智力低下、精神失常、孤僻症等。神经毒性药物评价通常与生殖发育毒性研究相结合，以母体染毒对仔代或在仔代实验中进行神经行为学测试。目前常用的研究动物为大鼠。但是，非人灵长类因与人的行为活动最为相似，是研究发育神经毒性最适合的动物。非人灵长类神经行为学的测试方法包括学习能力、记忆能力、计划控制行为、情绪行为能力、信息处理能力、社会行为、感知功能、视动协调能力以及视觉空间定位能力等测试。其中使用照片、幻灯片、计算机化图象及视频学习行为被越来越多地用在非人灵长类动物发育研究中。然而，由于这些介质都被设计来模拟自然色彩，鉴于人类与非灵长类动物不同物种之间和内部存在的色彩感觉的差异，有必要考虑识别这些介质的适用性变化，使用的摄影和录像的刺激应该在复制自然的颜色接近该物种的视觉感官。研究药物对灵长类动物的发育毒性行为变化可以为人类精神发育病理学提供独特的见解。 3 结语 由于神经行为学对于内部和外界环境的变异性的敏感程度不同，不同模型间、不同动物间和动物个体间的结果存在很大差异，因此采取适当的实验方法才能对神经毒物的行为作用作出恰当的评价。而且，神经行为学评价需要与其他先进研究如神经电生理技术和脑成像技术相结合，进行综合评价。目前，神经行为学方法大多均建立在啮齿类动物基础上。由于人类的神经精神活性与社会群体活动密切相关，因此开发针对在此方面更接近人类的非人灵长类动物模型和评价方法是未来的研究方向。此外，随着药物新机制和新靶点的不断出现，不断建立和完善规范的动物模型和行为学评价方法，对于促进神经精神系统创新药物的开发具有重要意义。