脑声常谈丨动物癫痫发作模型的构建方法总结

癫痫是一种常见的疾病和神经症状，发病率约为5%。临床表现为突然短暂发作的脑功能异常。癫痫动物模型在研究癫痫发生机制和确定潜在治疗药物等方面都起着至关重要的作用。点燃是通过重复不变的亚抽搐剂量电刺激，癫痫活性强度逐渐增加，最终出现全身性癫痫。

Fig1 动物癫痫发作

难治性癫痫动物模型合理的选择标准为：①癫痫发作类型应与人类癫痫发作的临床表现相似；②动物模型的癫痫发作与脑电图的发作性活动相关；③标准的AEDs对阻止癫痫发作无效或者作用弱。理想情况下，相同的动物模型应包括对标准药物不同反应（有反应组vs.无反应组）的动物亚组。在难治性癫痫动物模型中，容易被AEDs抑制的癫痫发作模型发现比标准药物效果更好新药的可能性小；④使用动物模型可对抗惊厥药物疗效进行长期研究，即动物应在癫痫发作时存活并在慢性治疗期间维持有效的药物浓度。

化学点燃方式

1

戊四唑（Pentetrazol，PTZ）急性癫痫动物模型

以80mg/kg戊四唑腹腔注射建立戊四唑急性癫痫动物模型，生理盐水组在注射戊四唑前30min腹腔注射生理盐水作为阴性对照；苯妥英钠组以50mg/kg的剂量腹腔注射；丙戊酸钠组以300mg/kg的剂量腹腔注射；卡马西平组以80mg/kg的剂量灌胃；托吡酯组以50mg/kg的剂量腹腔注射，在给药30min后以80mg/kg戊四唑腹腔注射。录像观察60min癫痫行为，按Racine分级标准进行评分。

2

青霉素（Penicillin，PNC）急性癫痫动物模型

以800万U/kg青霉素腹腔注射建立青霉素急性癫痫动物模型，生理盐水组在注射青霉素前30min注射生理盐水作为阴性对照，给药组给药方式同戊四唑模型。录像观察60min癫痫行为，按Racine分级标准进行评分。

3

匹罗卡品（Pilocarpine，PILO）急性癫痫动物模型

以1mg/kg盐酸消旋山莨菪碱腹腔注射拮抗外周胆碱能反应，15min后以350mg/kg匹罗卡品腹腔注射建立匹罗卡品急性癫痫动物模型。生理盐水组在注射盐酸消旋山莨菪碱前15min注射生理盐水作为阴性对照。给药组给药方式同戊四唑模型。录像观察60min癫痫行为，按Racine分级标准进行评分。可分为急性期、潜伏期和慢性期。急性期在给予实验动物匹罗卡品后立即发生。潜伏期为SE后的4～44天，这段期间实验动物无任何癫痫发作。再次出现癫痫行为并伴有自发性反复发作则表明进入慢性期。脑电图发作时频率≥30Hz，波幅为100～1000μV，急性期表现为棘波、尖波等具有癫痫特征的波形；慢性期表现为高波幅多棘波、多尖波等具有癫痫特征的波形。该模型具有制作简便，成功率高，SE时间长、频率高，自发率高的优点。但因严重破坏实验动物脑组织，其死亡率高

4

海人酸（Kainicacid，KA）急性癫痫动物模型

以20mg/kg海人酸腹腔注射建立海人酸急性癫痫动物模型。生理盐水组在注射海人酸前30min注射生理盐水作为阴性对照，给药组给药方式同戊四唑模型。录像观察60min癫痫行为，按Racine分级标准进行评分。脑电图可见阵发性爆发节律、发作间期尖波和25～30Hz的γ震荡。急性期可见多相棘波（海马模型）或尖波发作性节律（杏仁核模型）；潜伏期可见接近正常的棘波或尖波；慢性期可见较多的高幅尖波或棘波。

5

金属

通过损伤皮层制备癫痫模型应用最为广泛的便是植入金属，其中最具有代表性的是涂抹铝乳膏的动物模型。该模型发作间期和发作期脑电图与临床局灶性癫痫相似，偶尔会进展为继发性全面强直阵挛性发作，且该模型对标准AEDs的反应也与局灶性癫痫患者相同。虽然植入金属模型是慢性局灶性癫痫的良好模型，但制备难度大、成本高。另外，铁离子导入蛛网膜下腔动物模型与皮层或杏仁核注射相比，虽不适合作为人类难治性癫痫的药物及发病机制研究，但其早期诱发出癫痫强烈，成功率高(95%)，且能模拟人类蛛网膜下腔出血所产生的癫痫，操作起来也相对容易。

6

AY-9944

AY-9944是一种抑制7-脱氢胆固醇降解为胆固醇的化合物，是目前唯一永久性的不典型失神模型，其诱导机制尚不完全清楚，不过为胆固醇在抑制癫痫发生的作用提供思路。另外AY结合抗有丝分裂剂(MAM)可模拟伴有脑发育不全的难治性不典型失神发作。该模型在可靠性、自发性、复发性和诱发癫痫的慢性发作方面比遗传模型相更具优势，但在识别和量化实验性失神发作所需脑电图监测方面要求更高。

7

γ羟基丁酸盐(γ-hydroxybutyrate，GHB)模型

该模型是公认的失神发作模型，可观察到双侧同步的与行为停止、面部肌阵挛和颤动抽搐有关的SWDs。使用有生物活性的GHB前体(GBL)可产生与GHB完全相同的脑电图和行为效应，但其效应相对更持续和迅速。

物理方法

1

最大电休克动物模型（maximal electroshock seizure model，MES）

采用S48型药理生理实验多用仪进行电刺激，参数设定为：刺激类型：触发延时：0.00ms，波数：60Hz，电压：110V，限流：110.00mA。然后用生理盐水浸湿鳄鱼夹，夹住小鼠双耳，按下输出钮，以小鼠后肢强直为阳性指标。苯妥英钠50mg/kg的剂量腹腔注射，丙戊酸钠300mg/kg的剂量腹腔注射，卡马西平80mg/kg的剂量灌胃；托吡酯50mg/kg的剂量腹腔注射，给药30min后，给予电刺激，记录实验中未强直性惊厥的小鼠数量和死亡数量，计算药物最大电休克保护率（未强直性惊厥的小鼠数量/每组动物数量）和死亡率。

2

杏仁核电点燃模型

将实验动物（以大鼠为例）用浓度为0.3ml/100g的10%水合氯醛麻醉后置于立体定向装置上。向大鼠杏仁核植入双极电极。根据大鼠脑图谱，杏仁核的立体定位为前囱后侧2.8mm、旁开4.9mm、硬膜下8.6mm。用强力胶将电极固定在颅骨表面。杏仁核模型易因颅内感染而失败，所以应连续3天向腹腔注射40000U/kg青霉素预防感染。电极植入7天后，初始电流强度设定为0.02mA，每次增加20%的电流强度，间隔时间为5min，直至放电持续3s甚至更长，此时的电流强度被称为放电后阈值（ADT）。当连续观察到3次全身阵挛发作，则可认为点燃成功。有实验证明，刺激参数设置为频率16Hz、波宽1.0ms、强度0.5mA、串长10个时，模型效果最佳。该模型能较好地模拟人类难治性癫痫的发病机制，但制作困难，成功率较化学点燃模型低。

3

海马腹侧模型和海马背侧模型

啮齿类动物的海马腹侧动物模型对应人类大脑的前海马，而海马背侧模型对应的是后海马。海马腹侧模型的病理特征与海马背侧模型相似，且可研究难治性癫痫的情感障碍如抑郁症。③Wistar大鼠和GAERS大鼠：这两种大鼠均可作为KA癫痫模型的材料。但GAERS大鼠比Wistar大鼠出现惊厥发作的时间长，且GAERS大鼠CA1区易发生神经退行性变

4

6Hz角膜点燃模型

麻醉剂和生理盐水局部麻醉实验动物（国内常用C57BL/6J和ICR小鼠）的眼部后，用角膜刺激电极以固定频率6Hz、脉冲宽度0.2ms、持续时间3s的参数进行角膜刺激。刺激需连续3周，每日两次，每次间隔至少4h。6Hz刺激角膜后，实验动物脑组织的不同区域对葡萄糖等能源物质的利用情况有差异，对中枢神经系统的代谢造成影响，从而引起癫痫发作。此外，6Hz的刺激导致中枢神经系统中GABA、多巴胺、去甲肾上腺素等抑制性神经递质减少，而增加了谷氨酸的含量，从而引起癫痫发作。该模型制作简便、所用时间少，但死亡率高且造模方法不完善。

遗传性癫痫动物模型

大多数的遗传性癫痫动物模型适用于研究难治性癫痫的发病机制。常用的动物有Krushinsky Molodkina大鼠、遗传性癫痫易感大鼠、P77PMC癫痫大鼠、WAG/Rij大鼠、Wistar大鼠等等。它们主要应用于研究难治性癫痫中TLE共患病、行为学改变和脑电图改变。近年来研究发现了一种新型的模型-Sema3F敲除模型。Zhu等研究表明，Sema3F敲除小鼠对氧化应激、炎症和活化的小胶质细胞反应性增强，并且Sema3F信号通路参与调节大脑皮层和海马的GABA能。该模型可能是研究TLE的潜在模型。

表1 Racine分级

SeizureScan作为癫痫发作识别软件，自动识别肌阵挛性发作（P5）、失神发作（P4）、全面强直-肌阵挛发作（P3）等不同级别的癫痫发作状况，并生成相关记录。除此之外，有研究通过使用机器学习辅助的三维（3D）视频分析的方法，证明了无需通过观测以往的罕见的癫痫发作行为学症状，仅通过自动化的评估记录的一小时视频，通过构建癫痫行为“指纹”（Fingerprint）的方式，将常规方法难以评估的隐藏的癫痫行为表型特征筛选出来。由此表明，机器分析比训练有素的人类观察员更能区分癫痫与非癫痫小鼠，该工具可用于快速、自动的抗癫痫药物测试，并且做到加速发现症状的同时能够降低成本。

Fig3 机器学习辅助的三维（3D）视频分析动物癫痫

文献引用：

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3.Esculetin alleviates pentylenetetrazole-induced seizures, cognitive impairment and pro-inflammatory cytokines and suppresses penicillin-induced epileptiform activity in rats[J]. Danis Aysegul;Baranoglu Kilinc Yasemin;Torun Ibrahim Ethem;Hanci Fatma;Kilinc Erkan;Ankarali Handan.Life Sciences,2023

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