利用小鼠和斑马鱼构建自闭症谱系障碍（ASD）与注意缺陷多动障碍（ADHD）的模型

题目：Modelling Autism Spectrum Disorder (ASD) and Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) Using Mice and Zebrafish

原文链:https://www.mdpi.com/1422-0067/23/14/7550

期刊:International Journal of Molecular Sciences

摘要

孤独症谱系障碍（ASD）和注意缺陷多动障碍（ADHD）是两种严重的神经发育障碍。前者与社交功能受损相关，而后者则与注意力不集中、多动和冲动有关。近期有证据表明，这两种疾病存在一定关联，且基因可能在其中发挥重要作用。尽管相关的人体和动物研究不断增多，但孤独症谱系障碍和注意缺陷多动障碍背后的神经通路仍未被充分阐明。科学家通过在遗传和行为上与人类高度相似的动物模型来研究神经发育障碍。小鼠长期以来一直是神经科学研究中广泛使用的优秀动物模型；而斑马鱼近年来则备受关注，越来越多的研究开始采用这一模型。本综述首先从整体角度探讨孤独症谱系障碍和注意缺陷多动障碍的病因、特征及治疗方法。同时，对比小鼠与斑马鱼的相似之处，并分析二者在神经科学研究中的优势与局限性。最后，总结目前关于孤独症谱系障碍和注意缺陷多动障碍的斑马鱼与小鼠模型的最新及已有研究。我们认为，本综述将成为一份独特的文献，系统呈现这些模型迄今的相关研究成果，从而推动孤独症谱系障碍和注意缺陷多动障碍的研究进展。

关键词：斑马鱼；小鼠；孤独症谱系障碍；注意缺陷多动障碍；神经发育障碍

引言

孤独症谱系障碍（ASD）和注意缺陷多动障碍（ADHD）是两种不同的神经发育障碍，二者存在共同症状和基因，这使得对它们的识别与区分颇具难度。常见症状包括注意力难以集中、专注力、活动能力及人际关系方面存在问题。不过，尽管同一患者可能同时患有这两种疾病，二者在患病率、病因、诊断方法及治疗手段上存在关键差异。孤独症谱系障碍（简称孤独症）是一类以重复性行为为特征，且在社交技能、语言及非语言沟通方面存在障碍的综合性疾病。孤独症的多种亚型由遗传与环境因素共同作用引发，而注意缺陷多动障碍（亦称ADD）并非谱系障碍。此外，这两种障碍在不同患者身上引发的症状程度与类型各不相同。在研究这些障碍的治疗方法时，研究人员常采用动物模型，尤其是小鼠和斑马鱼模型。本综述首先对这两种障碍进行介绍，随后阐述现有的小鼠与斑马鱼孤独症谱系障碍及注意缺陷多动障碍模型。

孤独症谱系障碍（ASD）概述与流行病学

概述

孤独症（ASD）是一种神经发育障碍，会影响个体生活的多个方面，包括社交互动、沟通、学习和社会行为。症状通常在生命早期（约2岁）被发现，根据《精神疾病诊断与统计手册（第五版）》（DSM-5），若个体出现以下表现，则被诊断为孤独症谱系障碍：

l 与他人沟通和互动存在困难。若个体出现以下表现，则可被诊断为自闭症谱系障碍（ASD）：

l 兴趣有限且行为重复。与他人沟通和互动存在困难。

l 在学校、工作和社会中出现功能障碍。兴趣有限且存在重复行为。

尽管目前尚无治愈自闭症谱系障碍（ASD）的方法，但相关治疗和服务可以改善患者的症状，帮助他们更好地适应学校、工作和社会生活。

患病率

据估计，自闭症谱系障碍（ASD）的全球患病率接近1.5%。ASD 的患病率因年份和国家数据集的不同而存在差异。图 1 基于现有 ASD 数据集的结果绘制（数据来源：https://data.cdc.gov/Public-Health-Surveillance/autism-prevalence-studies/9mw4-6adp，检索日期：2022 年 4 月 20 日）。图 1A 显示，总体而言，澳大利亚的患病率最高（每 1000 人中有 39 例），其次是瑞典（每 1000 人 21 例）和日本（每 1000 人 19 例），而中国台湾地区的患病率较低（每 1000 人 2.21 例）。图 1B 可见，部分国家的患病率近年来呈上升趋势，例如：澳大利亚（从 2002 年的每 1000 人 3.92 例升至 2014 年的 39 例）、日本（从 1983 年的每 1000 人 1.55 例升至 2015 年的 19 例）、美国（从 1985 年的每 1000 人 0.33 例升至 2019 年的 15 例）、丹麦（从 1962 年的每 1000 人 0.43 例升至 2011 年的 11.4 例）。这些数据表明，生活方式、工业化程度等外部因素可能影响个体行为，并在 ASD 的发生中发挥作用。不过，患病率的差异也可能源于不同国家、地区及不同时期在诊断标准、诊断流程与信度上的不一致。

图1. 全球自闭症谱系障碍（ASD）患病率（每1000人估算值）。(A) 部分国家的患病率趋势；(B) 历年全球患病率。由 Mapchart.net 制作。

孤独症谱系障碍的体征与症状

孤独症谱系障碍（ASD）患者通常在社交生活方面存在困难，兴趣受限，且表现出重复行为。不过，他们也可能拥有优于普通神经类型人群的优势。表1列出了孤独症谱系障碍患者常见的行为表现。

表1.在自闭症谱系障碍（ASD）患者中，不同表型会呈现出不同的行为表现。表 1 ASD 患者常见行为表现本表展示了 ASD 患者依据不同表型所呈现出的常见行为。

成因与危险因素 

绝大多数自闭症谱系障碍（ASD）病例主要与遗传因素相关。然而，非遗传或“环境”因素可能会增加遗传易感个体患ASD的风险。了解ASD的风险因素有助于更好地理解该疾病的生物学基础。研究表明，父母年龄偏大也会导致孩子患ASD的概率升高。同样，兄弟姐妹中患有ASD会使个体患ASD的概率增加2%至18%。研究显示，在同卵双胞胎中，若其中一名儿童被诊断为ASD，另一名儿童患病的概率超过36%至95%；而异卵双胞胎中，患病概率约为31%。此外，患有唐氏综合征、脆性X综合征等特定遗传疾病的个体，患ASD的概率也更高。这些数据表明，ASD可能是产前发育过程中遗传因素紊乱所致。此外，随着新冠疫情（COVID-19）的发生，人们开始担忧儿童疫苗接种与ASD发病之间可能存在关联。不过，相关研究似乎驳斥了疫苗接种与自闭症之间的任何关联。

自闭症谱系障碍诊断

孤独症谱系障碍通过评估行为和发育情况进行诊断。尽管诊断可在任何年龄进行，但最好在两岁前完成孤独症谱系障碍的诊断，且尽早开展治疗能取得更好的疗效。图2展示了依据发育阶段划分的孤独症谱系障碍诊断总结。

图2. 孤独症谱系障碍的诊断。在幼儿中，诊断分两个不同阶段进行（全面发育筛查和额外评估）。然而，在青少年和成人中，诊断难度更大，症状是通过学业表现或社交行为表现被发现的。

孤独症谱系障碍的治疗

一旦确诊，自闭症谱系障碍（ASD）的治疗应立即启动，因为治疗时机可能会影响治疗效果。自闭症谱系障碍治疗的难点在于没有公认的最佳治疗方案，因为患者面临着多种多样且复杂的症状。另有研究报道了适用于自闭症谱系障碍的主要药物，这类药物主要可缓解易怒、攻击性、多动、注意力问题以及重复行为等症状。此外，有研究表明，由专业人员、护理人员和可信赖的家庭成员共同参与的行为、心理及教育干预方案，有助于提升患者的社交、沟通及语言能力。这些疗法还能减少异常行为，提升患者克服该疾病所需的生活技能。值得关注的是，根据患者的年龄和个体情况调整的认知行为疗法（CBT）改良版可发挥辅助作用。认知行为疗法旨在教导患者感知和调节自身的情绪与认知，同时针对认知（思维）和行为（行动）进行干预，是治疗焦虑症和抑郁症患者的一种治疗手段。

注意缺陷/多动障碍（ADHD）概述与流行病学

概述

注意缺陷多动障碍（ADHD）是一种以注意力不集中和/或多动-冲动症状交替出现为特征的特定障碍，这些症状会对个体的功能或发展造成干扰。ADHD 患者会持续出现以下表现：

l 注意力不集中：完成任务、保持专注和条理清晰存在困难

l 多动：持续活动，包括在不适宜的场合，或表现出过度的坐立不安、轻敲或多话。在成年人中，多动表现为极度焦躁或话多。

l 冲动性：不经思考就行动或难以自控。重要的是，这种特质可表现为渴望即时回报，或是无法等待满足感的到来。

患病率

注意缺陷多动障碍（ADHD）的患病率可分为儿童青少年期和成年期两类。全球范围内，儿童青少年ADHD的总体平均患病率约为2.2%（范围0.1%-8.1%）(aged <18 years)。在亚洲、欧洲、美洲和中东多个国家的研究中，其总体患病率约为2.8%（范围0.6%-7.3%）。全球范围内儿童ADHD的患病率数据较为匮乏，但针对不同国家的患病率研究已在全球范围内开展。如图3所示，2017年患病率最高的国家为美国（8.1%），最低的则为伊拉克（0.1%）、波兰（0.3%）和罗马尼亚（0.4%）。同样，在成年人群中，患病率最低的国家为伊拉克和罗马尼亚（均为0.6%），最高的为法国（7.3%）。与孤独症谱系障碍（ASD）患病率的特点相似，ADHD患病率数据的差异性可能与诊断流程以及遗传、环境因素有关。

注意缺陷/多动障碍的体征与症状

ADHD的症状表现为注意力不集中或多动-冲动。然而，同一患者可能同时出现这两种类型的症状。这些症状可能很严重，会阻碍患者在学校、工作或日常生活中的社交活动。表2描述了ADHD患者的症状及其不同组成部分。

图3. 2017年部分国家儿童与成人多动症的总体患病率。患病率因国家而异。

注意缺陷多动障碍（ADHD）的体征与症状表2 注意缺陷多动障碍（ADHD）表型及其表现本表按 ADHD 表型列出患者身上可观察到的主要症状。

注意缺陷多动障碍的诊断

在不恰当的时间奔跑、四处乱窜或攀爬 一般而言，与中枢神经系统（CNS）相关的疾病，如压力、睡眠障碍、焦虑和抑郁，可能会引发与注意缺陷多动障碍（ADHD）相似的症状。因此，必须通过患者存在慢性或长期的注意力不集中和/或多动-冲动症状来确诊注意缺陷多动障碍。此外，这些症状必须给患者的生活带来困扰，并导致其在同龄人的正常发育进程中落后。 过度交谈且始终处于多动状态 无法安静地玩耍或进行某项活动 无法轮到自己时等待 经常打断或打扰他人症状首次出现在3至6岁，可能贯穿青春期和成年期，也可能随个体成长而变化。多动-冲动症状在儿童期最为突出，随着年龄增长，注意力不集中症状可能变得更为明显。相反，在青春期，多动症状开始减轻，但注意力不集中和冲动症状可能依然存在。有研究表明，注意力不集中、烦躁不安和冲动症状会持续到成年期。

风险因素

与孤独症谱系障碍（ASD）一样，注意缺陷多动障碍（ADHD）的病因目前尚未被完全阐明。不过，遗传因素似乎在其中发挥着主要作用。此外，强刺激、脑损伤、营养状况以及社会因素等环境因素也可能对注意缺陷多动障碍的发生产生影响。需要注意的是，注意缺陷多动障碍在男孩中的发病率高于女孩，而女孩更易表现出注意力不集中的症状。学习障碍、焦虑症、品行障碍、抑郁症、物质滥用，以及生命早期接触铅或烟草中的尼古丁等化学物质，通常与注意缺陷多动障碍相关。

注意缺陷多动障碍的治疗

截至目前，多动症尚无治愈方法，但通过适当的治疗可以控制其症状。现有治疗方法包括药物治疗、心理治疗、教育干预，或多种治疗方式的联合应用。药物治疗包括使用能提高大脑中多巴胺和去甲肾上腺素水平的兴奋剂，以及同样能改善注意力、专注力和冲动行为的非兴奋剂类药物。抗抑郁药有时会单独使用，或与兴奋剂联合使用来治疗多动症。

据报道，仅包含与儿童进行个别治疗会谈（无家长参与）的心理疗法，对注意缺陷多动障碍（ADHD）症状和行为的管理并无效果。这表明，除心理疗法外，家长和家庭成员的参与同样至关重要。家长必须对积极行为予以奖励、鼓励行为改变，并改善与注意缺陷多动障碍患者的互动。同样，忽视或纠正儿童的不当行为也有助于改善症状。

自闭症谱系障碍与注意缺陷多动障碍的关键差异、相似点及易混淆病症

如表3所示，自闭症谱系障碍（ASD）与注意缺陷多动障碍（ADHD）存在若干相似点与不同点。同样，有多种病症可能与ASD或ADHD相混淆，或伴随ASD、ADHD出现。对这些病症进行鉴别以开展恰当的治疗至关重要。此外，正如3.1节中进一步阐述的那样，研究人员在利用动物模型研究ASD或ADHD时需格外谨慎，因为这些模型必须明确证明其具有表面效度、结构效度和预测效度，才能被学界认可。

自闭症谱系障碍与注意缺陷多动障碍的分子生物学及潜在机制

自闭症

多巴胺能系统主要与自闭症谱系障碍的神经病理学相关。在控制运动、情绪、认知和内分泌功能的大脑边缘系统与皮质区中，多巴胺D3受体第一外显子的rs6280 (C>T)单核苷酸多态性会导致丝氨酸被甘氨酸取代（ser9Gly），进而引发精神障碍。此外，代谢型谷氨酸受体7（GRM7）在大脑皮质、小脑和海马体中具有时空表达特性，而rs779867 (T>G)是GRM7的内含子多态性，与儿童自闭症谱系障碍存在强相关性。同样，近期研究证据表明，位于非酪氨酸激酶型细胞表面糖蛋白神经纤毛蛋白-2第10外显子的rs849563（T>G）多态性，可能与自闭症谱系障碍的发生相关。

此外，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）氧化酶活性被认为与自闭症谱系障碍（ASD）的病理机制有关。事实上，有研究报道，自闭症谱系障碍患儿的淋巴细胞线粒体中NADH水平降低，而血浆丙酮酸水平升高。

表3 孤独症谱系障碍与注意缺陷多动障碍的特征。文中阐述了孤独症谱系障碍与注意缺陷多动障碍之间的异同点。此外，还纳入了与孤独症谱系障碍或注意缺陷多动障碍相似的病症。

肿瘤坏死因子（TNF-α）是由巨噬细胞和单核细胞产生的一种炎性细胞因子，在急性炎症期间被募集，以介导细胞增殖、分化和凋亡。研究发现，自闭症谱系障碍（ASD）患者体内的TNF-α、白介素-6（IL-6）和白介素-17（IL-17）水平更高，而白介素-2（IL-2）水平更低。

此外，囊泡单胺转运体1（VMAT1）参与将胞质单胺类物质转运至突触囊泡的过程，并与焦虑症、情感障碍及酒精成瘾疾病的发病机制相关。研究表明，VMAT1 的 rs1390938 G/A 基因型多态性与孤独症谱系障碍（ASD）存在显著关联。

此外，有研究表明孕期和幼儿期维生素D3缺乏与自闭症谱系障碍（ASD）的进展有关。此外，据报道，GTP结合蛋白RIT2的rs16976358 T>C多态性与自闭症谱系障碍、阿尔茨海默病、精神分裂症以及双相情感障碍的发生发展相关。

注意缺陷多动障碍

目前针对多动症的分子生物学机制，已提出两种主要研究路径：多巴胺能-额纹状体通路功能异常以及昼夜节律改变。有充分证据表明多巴胺能系统与多动症的病理生理学相关。尽管去甲肾上腺素等神经递质也参与其中，但目前仅对多巴胺能系统进行了广泛研究。事实上，哌甲酯作为一种强效的选择性多巴胺再摄取抑制剂，是多动症治疗中常用的药物。神经生物学和影像学研究试图阐明多动症的发病机制，但多动症的行为表现在多种疾病中均有体现，这使得对其机制的明确阐释面临困难。近年来，分子成像技术被认为有助于理解多动症的分子病理生理学。多巴胺纹状体中的多巴胺转运体（DAT）是哌甲酯的作用位点，可降低多巴胺的突触浓度。通过分子成像技术，科学家提出，遗传或环境因素导致纹状体中多巴胺转运体蛋白表达增加，可能是引发注意缺陷多动障碍的主要原因。然而，存在相互矛盾的研究结果反驳这一假说，这再次证实了现有研究在解释注意缺陷多动障碍分子病理生理学方面的结果具有变异性和不一致性。此外，有研究报道，有围产期脑缺血病史且伴有注意缺陷多动障碍症状的患者，其体内存在高水平的D2和D3受体。突触后D2/D3受体的上调机制可由缺血导致的多巴胺神经元丢失或突触前多巴胺重摄取增加来解释。尽管眶下前额叶皮层的功能异常与注意缺陷多动障碍相关，但其分子生物学机制仍不明确。

紊乱的昼夜节律和睡眠改变也是注意缺陷多动障碍（ADHD）的关键特征。昼夜节律由昼夜运动输出周期 kaput（CLOCK）基因驱动，该基因调控体重、情绪等多种因素，当这些基因发生改变时，会出现肥胖、情绪障碍以及中枢神经系统相关疾病，这一点已得到证实。同样，已知ADHD药物能够改善睡眠效率并改变CLOCK基因的表达。在分子水平上，昼夜节律由多个调控CLOCK基因表达的转录-翻译反馈环路所保障。近年来，越来越多的证据表明昼夜节律参与了ADHD的分子机制。例如，CLOCK基因中的芳香烃受体核转运蛋白样蛋白1（BMAL1）和周期节律调节因子2（PER2）在健康对照组受试者体内呈现昼夜节律性，而ADHD患者不仅表现出节律不一致，皮质醇节律还出现显著的相位延迟。尽管有证据表明多巴胺系统和昼夜节律均与ADHD密切相关，但仍需更多研究资源来全面阐明该疾病。

研究中自闭症谱系障碍与注意缺陷多动障碍的当前行为测试

长期以来，小鼠一直是行为神经科学研究中使用最广泛的动物模型。事实上，小鼠属于哺乳动物物种，能够表现出多种与人类疾病相似的行为。此外，直接基因组编辑工具的出现让科学家能够轻松研究基因对发育和行为的影响。然而近年来，斑马鱼（即斑马拟丽鱼，一种栖息在亚洲多个地区河流中的淡水鱼）逐渐引起了科学家的关注。事实上，斑马鱼已成为研究多种人类疾病（包括发育相关疾病）、胚胎发生、再生及行为学的首选体内模式生物之一。在神经科学领域，斑马鱼尤其具有诸多优势，例如易处理性、基因操作简便以及适用于高通量筛选。此外，斑马鱼胚胎和幼体通体透明，使其成为体内分析发育过程和神经信号传导的绝佳系统。

小鼠和斑马鱼均存在一定的优势与局限性，在神经科学领域中考虑这些因素至关重要。在表4中，我们对这两种与人类亲缘关系较近的物种进行了详细对比。

任何人类疾病（包括自闭症谱系障碍或注意缺陷多动障碍）的有效模型都应具备以下能力：

l 与人类表型高度相似。

l 导致人类患病的相同生物学现象。

l 对人类潜在治疗方法具有相似的反应。

小鼠和斑马鱼已彰显其作为神经科学动物模型的重要性。多项研究将它们作为动物模型应用于自闭症谱系障碍（ASD）和注意缺陷多动障碍（ADHD）患者的核心受累区域，这验证了有效模型在评估这两种疾病时的要求。表5总结了用于研究自闭症谱系障碍和注意缺陷多动障碍的小鼠与斑马鱼的重要行为学实验。

表4. 小鼠与斑马鱼作为神经科学动物模型的比较。该表格展示了小鼠（哺乳动物）与斑马鱼（硬骨鱼）之间的具体差异。

伦理局限性 灵活性、预测性和转化能力中等 伦理局限性 灵活性、预测性和转化能力中等 自闭症谱系障碍患者受影响的三个核心领域是社交能力、非社交行为模式（重复行为、运动异常和活动受限） 实验周期长 实验周期长 多动症患者受影响的核心领域则包括多动或冲动行为、注意力与记忆缺陷以及攻击性。 任何人类疾病（包括自闭症谱系障碍或多动症）的有效模型都应具备以下能力： 与人类表型高度相似。 与人类表型高度相似。 自闭症谱系障碍与多动症的重叠症状主要包括社交问题、注意力障碍以及言语/语言发育迟缓，且均涉及社交与沟通领域。

l 与人类致病的生物学机制相同。

l 对人类所用的潜在治疗手段产生相似反应。

表 5 用于检测小鼠和斑马鱼中类自闭症（ASD）或类注意缺陷多动障碍（ADHD）改变的行为学任务与 ASD 和 ADHD 相关的小鼠及斑马鱼行为学测试汇总

小鼠行为学测试

社交趋近测试

社交偏好测试用于评估小鼠的社交能力及对新社交对象的偏好，该测试经改良可用于检测小鼠模型中自闭症谱系障碍（ASD）的行为特征。如图4所示，实验装置通常由有机玻璃制成，包含三个隔间（每个隔间约20×40厘米）。测试分为三个阶段进行。第一阶段，将三个隔间分隔开，把一只小鼠M1放置在中间隔间，使其适应实验装置。5分钟后，将一只对M1而言陌生的新小鼠M2放入小型金属笼中，并置于两个侧隔间中的一个内。在相邻的另一个侧隔间旁放置一个相同的空小型金属笼，随后移除隔间的分隔板。第二阶段，让小鼠M1自由活动10分钟，记录其停留在放置小鼠M2的隔间内的时长，以及其头部朝向笼子且鼻尖距离笼子小于2厘米的时长。第三阶段，将一只新小鼠M3放入此前空置的笼子中，让小鼠M1自由探索实验装置10分钟，记录其与放置小鼠M3的新笼子接触或朝向该笼子的时长，并与朝向放置小鼠M2的笼子的时长进行对比。社交时间的减少与自闭症谱系障碍（ASD）的表型相关。

图4. 社交趋近测试。在社交性测试（A）中，实验小鼠M1需在待有陌生小鼠M2的一侧和空置侧之间选择停留时间。在社交新异偏好测试（B）中，实验小鼠M1需在首次出现的小鼠M2和新引入的陌生小鼠M3之间做出偏好选择。由Biorender.com制作。

双向社交互动测试

在适应实验房间环境30分钟后，将一只小鼠放入装有新鲜垫料的笼中。适应15分钟后，向笼中加入一只新小鼠，让两只动物自由互动20分钟。记录嗅探、跟随、梳理毛发、爬跨、挤在一起和摔跤等行为事件。对于自闭症谱系障碍（ASD）表型，可观察到社交互动减少。

幼鼠玩耍行为

在正式测试前一天，将小鼠带入测试环境以进行适应。随后将每只测试对象转移至独立笼中，禁食禁水1小时。接着将每只小鼠放入社交测试场地，进行10分钟的适应期。待所有小鼠均完成适应后，将其放回原笼并与同笼伙伴共处。正式测试中，记录社交互动相关参数的单次行为发生次数及持续时间，包括跟随、挤过、攀爬、鼻对鼻嗅闻、肛生殖器嗅闻以及社交理毛等行为。自闭症谱系障碍表型中，社交互动相关参数会出现减少的情况。

重复梳理毛发测试

这是一项简单的测试，首先将小鼠单独放置在配备视频设备的笼中适应10分钟。适应期结束后，梳理行为的次数以及梳理行为所花费的总时间通过在10、15和20分钟时的视频监控来确定。梳理行为次数的增加与自闭症谱系障碍（ASD）相关行为有关。

重复新物体测试

在重复性 novel object 测试中（图5），对小鼠进行重复接触新物体频率的评估。测试第1天，将小鼠放入实验环境，使其安静适应30分钟。次日，将每只动物单独放置在一个干净的相同笼子里，笼内铺有新鲜木屑垫料，四个角落各约4厘米处放置四个新物体（小型儿童玩具）。在10分钟的测试期间，记录小鼠与新物体的近距离接触或掩埋行为。统计小鼠与三个和四个玩具重复接触的次数、掩埋每个物体的次数、与每个玩具接触的总次数以及掩埋行为的总次数。重复行为的减少和增加是自闭症谱系障碍（ASD）的核心特征。

图5. 玩具/物品被用于评估小鼠的重复行为。由Biorender.com制作。 图5：一只小鼠在重复接触新物品任务中接触四个新物品的场景。小型玩具/物品被用于评估小鼠的重复行为。由Biorender.com制作。

食物偏好的社会传递

食物偏好的社会传递测试用于探究通过社交互动获取信息的传递方式。如图6所示，小鼠可以通过嗅闻另一只小鼠的嘴、脸和胡须来进行交流，并克服对新型陌生食物的回避。第一步，为小鼠M1提供新食物。第二步，另一只小鼠M2通过与该小鼠进行社交互动，获取关于该食物的信息；第三步，第一只小鼠禁食过夜，并被给予不同风味的新食物。随后将两只小鼠共同放置10分钟。之后，第二只小鼠禁食过夜，在偏好选择测试中被提供两种风味的食物供其选择。

图6. 食物偏好的社会传递。用于评估两只小鼠之间食物偏好社会传递的经典实验；小鼠M1接触食物并将信息传递给小鼠M2。由Biorender.com制作。

居住者-入侵者范式

该测试在五个不同的日子进行，以评估小鼠的领地攻击性。在每个测试日，一只陌生的入侵者小鼠会被随机分配给一只小鼠（居住者）进行互动。居住者小鼠的饲养笼作为互动区域。在笼子中间放置一个透明的有机玻璃隔板，该隔板可实现视觉、听觉和嗅觉感知，以防止动物之间直接接触。入侵者小鼠被放置在塑料隔板的另一侧，时长为5分钟。随后移除隔板，记录5分钟的互动过程。分析所有互动日的攻击和咬击频率、首次攻击潜伏期、横向威胁次数以及尾部甩动次数。

Y-Maze自发交替试验，同行评审

该行为学测试用于评估工作记忆（图7）。可通过将动物单独放置在由不透明黑色亚克力壁构成的对称Y型迷宫的一个臂部，并在8分钟的测试时段内记录其进入各臂的顺序以及总进入次数，来评估自发交替行为。该测试评估小鼠选择与此前不同路径的倾向（称为自发交替），因此需要记忆其先前的选择。自发交替能力受损是注意缺陷多动障碍（ADHD）表型的特征之一。不过，该测试不如巴恩斯迷宫及其他更具针对性的学习/记忆测试结论明确。

图7. 小鼠Y型迷宫自发实验。工作记忆的评估方式与巴恩斯迷宫实验相同。

巴恩斯迷宫测试

巴恩斯迷宫测试是一种空间学习任务，可让小鼠利用空间线索在轻度厌恶性环境中找到逃生路径。在该测试中（图8），可在巴恩斯迷宫装置中对小鼠进行9天的评估，以检测其学习逃生箱位置的能力。逃生孔在5天的训练期内对每只小鼠保持固定，随后每只小鼠每天接受三次测试，持续4天；接着是2天不测试，第7天重新测试。注意力缺陷和记忆损伤通常出现在注意缺陷多动障碍（ADHD）表型中。

发声障碍测试

在使用雄性实验对象并给予雌性尿液刺激的实验后，会对小鼠的超声发声进行记录。简要来说，会记录雌性尿液刺激5分钟期间的发声情况和声学数据，并由观察者统计该5分钟内小鼠发出的超声发声次数。此外，还会测定雌性尿液刺激前3分钟内的超声发声次数以及每10秒时间窗内的发声数量，以此评估超声发声反应的时间进程。具有自闭症谱系障碍（ASD）表型的小鼠会出现超声发声减少的现象。

图8. 斑马鱼的行为学测试 小鼠的巴恩斯迷宫测试。图8中为小鼠提供了不同线索以寻找逃生出口。

斑马鱼行为测试

社交偏好测试

与小鼠社交偏好测试类似，该测试评估斑马鱼的社交行为和 locomotor 活动（图9）。简而言之，将一条目标同种鱼引入一个同种隔间，通过透明滑动门与装置的其余部分隔开。将斑马鱼单独引入中央区域，该区域通过滑动门与走廊的两个臂隔开。短暂时间后，移除滑动门，允许斑马鱼自由探索装置6分钟。记录它们的行为，特别是进入中央区的次数、在中央区花费的时间、进入“同种”臂的次数、进入“非同种”（空）臂的次数、总臂进入次数以及在装置各个区域花费的时间。与小鼠测试一样，社交偏好减少表明ASD表型。

图9. 斑马鱼中的社交偏好测试装置。该测试是研究斑马鱼社交行为的理想选择。使用Biorender.com创建。

集群测试

斑马鱼是群聚动物，其群聚行为表现为成群活动。在本实验中，观察20分钟后记录群体中每条斑马鱼与平均鱼群间距之间的距离（单位：厘米）（图10）。群聚行为的减弱通常被类比为自闭症谱系障碍（ASD）表型中社交互动的改变。

图10 斑马鱼群聚测试。(A) 正常群聚行为；(B) 紊乱的群聚行为。斑马鱼群聚测试。(A) 正常群聚行为；(B) 紊乱的群聚

五选一连续反应时任务（5-CSRTT）

该测试通过测量斑马鱼对五种感知上相同的刺激之一做出反应的能力来探究其冲动性和注意力，这些刺激会在可变的试间间隔后随机施加。该测试改编自啮齿动物（通常是大鼠或小鼠）的5项连续反应时间任务测试，要求动物准确识别五个孔道中哪一个被短暂照亮，以获得奖励。斑马鱼在该测试中的结果被证明与哺乳动物的结果相似（图11）。

图 11. 五选串行反应时任务（5CSRTT）装置示意图。该测试由啮齿类动物版本改良而来。

新型水槽测试

通常可观察到不动时间的变化。这是评估运动能力和焦虑样表型的最常用测试方法，因为记录的参数可用于评估多动情况。在烧杯中进行预处理后，斑马鱼被放入新环境中，它们通常会在底部区域游动，并逐渐增加在鱼缸上部区域的游动活动。总游动距离、平均速度、绝对转向角度和不动时间是6分钟测试期间记录的重要参数（图12）。在多动症（ADHD）表型中，通常可观察到游动距离增加和不动时间减少。

图12. 新型水箱潜水测试。斑马鱼先置于预处理烧杯中，随后被移入新型水箱中进行行为观察和表型分析。由 render.com 制作。生物渲染图（Biorender.com）。

镜像攻击测试

将斑马鱼放入实验水箱（长30厘米×高15厘米×宽10厘米），并在水箱侧面放置一面镜子（图13）。测试前，将斑马鱼放入水箱，使其适应60秒。随后记录斑马鱼对镜中镜像的攻击行为，时长为5分钟。将水箱均分为四个区域，记录斑马鱼进入每个区域的次数及停留时间。具有ADHD表型的斑马鱼会出现行为更激进的阶段，例如对着镜子攻击自己的影像。

13. 斑马鱼中的镜像攻击测试。斑马鱼攻击自己的影像，在ADHD个体中观察到攻击行为。

小鼠与斑马鱼共有的行为学测试

旷场实验

旷场实验是一种用于探究运动活性的公认实验。该实验在有机玻璃箱中进行，记录小鼠在固定时间段（5-60分钟）内的活动轨迹（图14A）。针对小鼠的旷场实验存在多种变体，其差异取决于实验操作者设定的检测指标。在斑马鱼中，可将幼体斑马鱼置于多孔板中，记录5-10分钟的活动情况，以此评估其运动活性。实验会测定斑马鱼的游泳频次、持续时间、游泳速度、主动游泳时间以及总游泳距离（图14B）。

图14. 旷场实验。(A) 小鼠实验；(B) 斑马鱼实验。运动/探索行为的增加是注意缺陷多动障碍表型的特征。由 Biorender.com 制作。

捕食者回避测试

在本实验中，将斑马鱼或小鼠的天然捕食者放入受试动物所在的水箱 / 笼舍中，记录以下与回避和恐惧相关的指标：捕食者与受试动物之间的距离、捕食者接近时间、趋地性、自主运动 / 游泳活动量、转向角度、僵直发作次数以及僵直持续时间（图 15）。在自闭症谱系障碍（ASD）模型中，这些指标会发生改变，提示动物对天然捕食者的回避行为增强。

图15. 捕食者回避测试。(A) 小鼠中的测试；(B) 斑马鱼中的测试。由 Biorender.com 制作。

T型迷宫测试

斑马鱼或小鼠的自发探索行为也可在T型迷宫装置中进行评估。在斑马鱼实验中，该装置是一个装满水的透明亚克力T形箱。将斑马鱼或小鼠单独放入T型迷宫的底部臂（面朝墙壁），持续6分钟。记录中心穿过次数、总臂进入次数、僵立发作次数及僵立持续时间（图16）。刻板行为和探索活动减少是自闭症谱系障碍（ASD）的典型表型。

图16. T型迷宫测试。(A) 小鼠测试；(B) 斑马鱼测试。图16 T型迷宫测试。(A) 小鼠测试；(B) 斑马鱼测试。图16 T型迷宫测试。(A) 小鼠测试；(B) 3. 自闭症谱系障碍与注意缺陷多动障碍研究的小鼠模型 3. 自闭症谱系障碍与注意缺陷多动障碍研究的小鼠模型

孤独症谱系障碍与注意缺陷多动障碍的小鼠模型研究

动物模型的构建是研究特定疾病或障碍发病机制的常用方法。鉴于孤独症谱系障碍和注意缺陷多动障碍的复杂性及其病因，研究中主要采用遗传模型或药理模型。随着CRISPR/Cas9基因编辑技术等新型遗传工具的出现，遗传模型的相关研究也逐步展开。这些工具可模拟孤独症谱系障碍或注意缺陷多动障碍的症状，并反映动物体内的神经生物学特征。总体而言，动物模型应尽可能模拟临床疾病，在症状、治疗反应和病理生理学方面保持一致。更具体地说，一个合格的孤独症谱系障碍或注意缺陷多动障碍模型应具备三类有效性：

表面效度：模仿ASD或ADHD个体中发现的基本行为缺陷；

构念效度：符合ASD或ADHD的拟议病理生理学或已知治疗方法；

预测效度：预测ASD或ADHD的未知方面，如遗传学、神经生物学或治疗方法

自闭症谱系障碍的遗传小鼠模型

有多种遗传小鼠模型可以模仿人类中ASD样表型，现有的大多数遗传模型是通过反向遗传学（改变小鼠中与ASD相关的直系同源基因）获得的。根据SFARI基因数据库，迄今为止，已有超过281个基因被用于探索小鼠模型中的ASD表型。我们首先讨论一些最重要或最常报道的模型。ASD候选基因的小鼠模型及观察到的主要表型的 comprehensive list 见表6。

黑色和棕褐色Brachyury（BTBR）T+tf/J小鼠

该小鼠品系表现出社交行为受损，如互动减少、厌恶正面互动；交流障碍，如模式改变；重复行为水平较高，如自我梳理行为增多、持续的掩埋行为；以及在学习相关任务中存在困难。BTBR T+ tf/J 小鼠还表现出大脑发育异常，且已发现该品系中多个与自闭症谱系障碍相关的基因存在异常。

Shank3 基因敲除小鼠

SH3和多个锚蛋白重复结构域3（Shank3）是一种突触后密度蛋白，在树突棘和突触连接的结构与功能组织中发挥作用。Shank3包含一个锚蛋白重复结构域、一个PDZ结构域和一个Homer结合结构域。可在不同结构域中发生突变，导致与自闭症谱系障碍（ASD）表型相关的不同功能损伤。例如，锚蛋白结构域发生突变的小鼠表现出兴奋性神经传递和长时程增强功能损伤，但社交能力未受影响，超声发声和重复行为仅存在轻微差异。PDZ结构域发生突变的小鼠则表现出严重得多的表型，如持续的自我梳理行为导致皮肤损伤、社交能力受损以及皮质纹状体兴奋性传递降低。当突变发生在Homer结合位点时，Shank3基因敲除（KO）小鼠表现出更强的攻击性、长时程增强功能减弱以及长时程抑制增强。由于同一基因在不同位点发生的多样突变会导致不同类型的行为表现，该类研究模型具有重要的研究价值。

脆性X综合征

脆性X综合征是智力障碍最常见的遗传病因之一，超过30%的脆性X综合征患者符合自闭症的诊断标准。X染色体末端的缢缩与CGG三核苷酸重复序列的显著扩增相关，这会使脆性X信使核糖核蛋白1（Fmr1）基因在转录上沉默。Fmr1是一种与多聚核糖体相关的多功能RNA结合蛋白，通过调控部分mRNA的可变剪接、mRNA稳定性、mRNA树突运输以及突触后局部蛋白质合成，在神经元发育和突触可塑性中发挥核心作用。Fmr1基因突变的小鼠会出现长时程增强障碍，以及社交、认知和焦虑相关行为异常。Fmr1基因突变还与代谢型谷氨酸受体（mGluRS）的上调有关。有趣的是，将代谢型谷氨酸受体敲除小鼠与Fmr1基因敲除小鼠进行杂交，可挽救长时程抑制并减轻癫痫发作。

E3泛素连接酶（Ube3a）基因与15q11-13重复的母系/父系遗传

15q11-13突变与基因重复或缺失相关。例如，15q11.2-13位点母源基因组信息的缺失会导致安格尔曼综合征，而父源遗传物质的异常则会引发普拉德-威利综合征。在自闭症（ASD）患者中，15q11-13位点的母源基因重复和三倍体现象较为常见。值得注意的是，Ube3a是成熟神经元中仅由母源等位基因表达的唯一基因，其缺失或突变是导致安格尔曼综合征的原因。该基因编码一种E3泛素蛋白连接酶，可通过硫酯键形式从E2泛素结合酶获取泛素，并将其转移至底物。

接触蛋白相关蛋白样2（Cntnap2）基因

Cntnap2 参与形成功能各异的结构域，这对有髓神经纤维中神经冲动的跳跃式传导至关重要，其突变会导致一种综合征型自闭症谱系障碍、脑皮质发育异常以及局灶性癫痫综合征。该疾病的症状型表现为癫痫发作、语言退化、智力障碍和多动。该突变的基因敲除小鼠表现出自闭症特征、中间神经元减少以及神经元网络活动异常。然而，利培酮给药后异常行为得到了改善。值得一提的是，研究还在C58/J基因内不同区域的另一种小鼠近交系中发现了Cntnap2。

综合征Rett

甲基-CpG结合蛋白2（Mecp2）是一种结合甲基化DNA的染色体蛋白。雷特综合征由Mecp2基因突变引起，因与X染色体相关，仅影响女性。该综合征以智力障碍、运动功能障碍、癫痫、早逝和自闭症为特征。有趣的是，雄性小鼠的Mecp2基因敲除会导致功能完全丧失，而雌性小鼠则出现明显的自闭症谱系障碍（ASD）相关行为。此外，γ-氨基丁酸能神经元中Mecp2的缺失会重现多种表型，如雷特综合征和自闭症谱系障碍的特征性重复行为。进一步研究发现，Mecp2缺乏会导致谷氨酸脱羧酶（Gad）1和2的水平降低，这表明Mecp2在γ-氨基丁酸能神经元功能中的作用至关重要，其突变可能改变γ-氨基丁酸神经元的功能，进而促成自闭症谱系障碍的发生。值得注意的是，构建Mecp2过表达小鼠模型或采用反义寡核苷酸策略，成功恢复了Mecp2重复扩增成年小鼠的正常Mecp2水平和表型。

表6 自闭症谱系障碍小鼠模型及观察到的表型。本文展示了自闭症谱系障碍小鼠模型中的主要基因及对应的表型。

自闭症谱系障碍的药理学小鼠模型

丙戊酸（VPA）是一种抗癫痫药物，也可用于治疗双相情感障碍、偏头痛、头痛以及神经性疼痛。丙戊酸具有致畸作用，包括神经管缺陷、心血管异常、肢体异常以及神经发育障碍等。延迟。这是在小鼠中诱导自闭症谱系障碍（ASD）的主要化学物质，行为异常与自闭症患者中观察到的情况相似，这一点已得到证实。此外，在暴露于丙戊酸钠（VPA）的啮齿动物中，也观察到了与人类自闭症谱系障碍相似的神经解剖学和细胞变化[208]。其他抗精神病药物也已被使用，例如谷氨酸能拮抗剂苯环己哌啶（PCP；表7）。

表7. 用于在小鼠模型中诱导自闭症谱系障碍（ASD）的主要化学物质。这些化学物质用于诱导小鼠出现自闭症谱系障碍相关行为。

多动症的遗传小鼠模型

多巴胺转运蛋白敲除小鼠（DAT-KO）

多巴胺转运体（DAT）是一种存在于多巴胺能神经末梢的突触前血浆蛋白，它能快速摄取释放到突触间隙中的多巴胺，从而终止多巴胺信号传导。DAT基因敲除（DAT-KO）小鼠表现出多动症（ADHD）的行为特征，如自发性多动和空间记忆缺陷。DAT的敲低会导致多巴胺含量下降；然而，高香草酸（HVA）等多巴胺代谢物的水平会升高，而3,4-二羟基苯乙酸（DOPAC）的浓度则无变化。此前有研究报道，DAT基因敲除小鼠的基底神经节中D1和D2受体减少，其mRNA和蛋白水平均下降约50%。DAT-KO小鼠在八臂放射迷宫（一种空间学习能力测试）中也表现出明显的认知障碍。值得注意的是，苯丙胺、哌甲酯和可卡因等兴奋剂能够抑制DAT-KO小鼠的多动行为，但给小鼠使用这些药物后，新纹状体中的多巴胺水平并未升高。芬氟拉明、喹哌嗪（5-羟色胺激动剂）以及氟西汀（选择性5-羟色胺再摄取抑制剂类抗抑郁药）也能拮抗DAT-KO小鼠的多动现象。需要重点指出的是，该小鼠模型还存在早亡或生长迟缓等异常，因此其实用价值有限。事实上，到第10周时，纯合子小鼠的存活率不超过68%，且雌性小鼠还表现出母性行为缺陷。

裂腭突变小鼠

小眼突变体（Cm）小鼠是通过应用中子辐照技术培育而成的辐射，而杂合子Cm{+/-}小鼠是唯一存活的品系，其表现出多种类似ADHD核心特征的缺陷。例如，该小鼠存在神经发育延迟以及多动、冲动等行为缺陷。低剂量右旋安非他命（2-4毫克/千克）治疗可减轻其多动症状，而哌甲酯（2-32毫克/千克）则会使其多动症状加重。此外，该小鼠模型的突触体相关蛋白25（SNAP25）基因存在突变，且研究人员认为，裂眼畸形小鼠的行为表现可能与SNAP25功能异常有关。还需要进一步研究以更好地理解其相关机制。

无胼胝体小鼠品系I/LnJ

I/LnJ 小鼠表现出完全外显率的全胼胝体发育不全，存在学习缺陷、多动等行为，在旷场实验中短暂停留次数减少且习惯化程度降低。该胼胝体发育不全模型中的多动行为被证实与胼胝体连接缺失导致的右侧半球功能优势相关。然而，该模型中的神经递质活性尚未得到研究。

甲状腺激素受体β1（Thrb1）转基因小鼠

这种多动症模型携带一种突变的人类甲状腺激素受体β1（Thrb1）基因，该基因与人类甲状腺激素抵抗（RTH）综合征相关。Thrb1是一种对甲状腺激素具有高亲和力的核激素受体，可作为转录的抑制因子或激活因子。Thrb1转基因小鼠表现出多动症状，但未表现出冲动行为或注意力不集中的迹象。不过，有研究利用Thrb1基因的启动子证实了这些小鼠存在冲动、注意力不集中和多动的表现。研究人员还提出，这些小鼠体内多巴胺的更新率升高可能与儿茶酚胺能系统有关。已有研究表明，甲状腺激素水平异常会对大脑发育和认知功能产生不利影响。但需要强调的是，甲状腺系统在多动症（ADHD）中的作用目前仍不明确。

α-突触核蛋白缺陷型小鼠

突触核蛋白家族由三种蛋白质组成（alpha, beta, gamma），主要存在于突触前终末。α-突触核蛋白被证实与帕金森病的发病机制相关，这表明α-突触核蛋白在多巴胺的调节中发挥重要作用。值得注意的是，缺乏(a-)和γ-突触核蛋白的小鼠表现出活动亢进的迹象，这与多巴胺释放量的增加相关。

注意缺陷多动障碍的药理学与环境学小鼠模型

新生期6-羟基多巴胺诱导脑损伤的幼年小鼠

D4受体的一种多态性与注意缺陷多动障碍（ADHD）相关[242-245]。为研究D4受体在注意缺陷多动障碍中的作用，新生6-羟基多巴胺（6-OHDA）损伤小鼠具有研究价值，因为这类小鼠体内D4受体活性缺失。但与野生型小鼠相比，它们并未表现出多动行为。

化学物质暴露

接触铅、多氯联苯（PCBs）等环境毒素或尼古丁等药理物质可能会导致注意缺陷多动障碍（ADHD）。从出生起接触铅的小鼠表现出显著的自发运动活性，而苯丙胺和哌甲酯治疗可降低这一活性。对幼年期接触铅的小鼠前脑组织进行分析发现，其L-酪氨酸的高亲和力转运增强，而胆碱和多巴胺的摄取减少。但乙酰胆碱和多巴胺的组织水平并未升高。同样，接触尼古丁的小鼠出现了与ADHD相关的各类行为表型，包括工作记忆缺陷、注意力缺陷和类冲动行为。不过，相关的机制和基因尚未得到充分研究。

母体应激小鼠

研究表明，孕期受到束缚应激处理的小鼠，其成年后代会表现出多动行为。此外，这些小鼠即使经过三天的适应期，其转轮运动活动仍会增加，且多巴胺拮抗剂可降低该活动。同时，研究显示孕期应激与注意缺陷多动障碍（ADHD）之间存在关联。不过，相关机制目前仍未得到阐明。

研究中自闭症谱系障碍与注意缺陷多动障碍的斑马鱼模型

自闭症谱系障碍的遗传斑马鱼模型

斑马鱼的一个实用优势是其胚胎和幼鱼的基因操作较为简便。最常用的斑马鱼模型基于吗啉代（MO）技术实现基因表达沉默。吗啉代是经过修饰的小型寡核苷酸，可通过互补结合特定靶点来敲低基因功能，且不会改变基因序列。针对自闭症谱系障碍（ASD）候选基因的吗啉代相关研究有多个实例，详见表8。然而，吗啉代的作用具有时效性，仅能维持至受精后4天，无法用于研究斑马鱼生命早期之后的基因功能。此外，该技术可能引发脱靶效应，导致研究基因出现非特异性表型。 此外，基因组靶向诱导局部突变技术（TILLING）也已得到应用。该技术基于乙基亚硝基脲（ENU）处理，乙基亚硝基脲是一种烷基化诱变剂，可诱导易出错的复制过程，进而导致基因组中出现随机点突变。随后通过测序筛选出功能丧失型突变。目前已有多种基于ENU敲除技术的斑马鱼自闭症谱系障碍模型，同样列于表8中。 最后，核酸酶相关技术也逐步发展，以助力新型斑马鱼品系的构建，例如转录激活子样效应物核酸酶（TALEN）和锌指核酸酶（ZFN），相关研究成果见表8。转录激活子样效应物核酸酶的靶点选择范围更广，但仅适用于简单突变的编辑。近年来，CRISPR/Cas9技术更是为构建优质斑马鱼模型提供了新途径，相关模型信息见表8。

表8 斑马鱼自闭症谱系障碍（ASD）主要模型及观察到的表型。该表格列出了文献中主要的斑马鱼模型以及已报道的表型。ENU：N-乙基-N-亚硝基脲；MO：吗啉代寡核苷酸；TALEN：转录激活子样效应物核酸酶；ZFN：锌指核酸酶。

利用突变斑马鱼研究基因功能是一项具有挑战性的工作，因为基因功能缺失操作可能会使靶基因产生大量的信使核糖核酸（mRNA）。为了给研究人员提供便利，西蒙斯基金会自闭症研究倡议（SFARI）整理了携带自闭症谱系障碍（ASD）风险基因突变的斑马鱼品系（https://www.sfari.org/resource/zebrafish-models/，2022年5月10日访问）。截至目前，已有8个经验证的功能缺失品系可供分发（arid1b、chd8、dync1h1、fmr1、mecp2、mef2c、pten和scn1a/scn2a）。这些功能缺失品系通过直接检测靶mRNA或蛋白质水平得到了验证[295]。值得注意的是，6个功能缺失基因（cntnap2、dyrk1a、grin2b、nrxn1、shank3和syngap1）已完成验证，但尚未在斑马鱼国际研究中心（ZIRC）提供。此外，基于各基因与自闭症发病率的关联，SFARI建立了基因评分系统，将ASD基因分为一个“综合征型”类别和三个“特发性”类别：1类（高置信度）、2类（强候选）或3类（提示性证据）（https://gene.sfari.org/database/gene-scoring/，2022年5月10日访问）。表9汇总了这些基因及其分类评分。由于本综述也介绍了注意缺陷多动障碍（ADHD），当某基因与ADHD存在关联时，我们也会一并提及。

表9 基于SFARI的部分自闭症谱系障碍基因分类。列出了自闭症谱系障碍基因的分类及其与注意缺陷多动障碍的关联。

自闭症谱系障碍的药理学斑马鱼模型

丙戊酸

报道最多的药理学模型是丙戊酸（VPA），这种药物已知会在动物模型中诱发类自闭症症状。丙戊酸最初被用作抗惊厥药物来治疗癫痫发作，研究表明，胚胎期接触丙戊酸会导致儿童患上自闭症谱系障碍（ASD）。通过大鼠、小鼠和草原田鼠等多种动物模型，研究证实丙戊酸与自闭症谱系障碍存在关联。幼体斑马鱼接触丙戊酸后，会出现端脑神经细胞增殖减少、运动能力下降等表型变化。

其他药物

非竞争性谷氨酸N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体拮抗剂地佐西平（MK-801）会导致斑马鱼出现群游行为受损和攻击性增强的现象。催产素和卡贝催产素可逆转这些异常行为，但催产素受体拮抗剂L-368,899则无此效果。急性尼古丁给药会降低斑马鱼的群游行为（对群游极化的影响较小），而急性乙醇则会轻微降低群游凝聚力并影响极化。此外，研究发现D1受体拮抗剂SCH23390会降低斑马鱼AB品系的社交偏好，但未出现运动功能或视觉改变的迹象。铅污染物也被用于构建自闭症谱系障碍（ASD）斑马鱼模型，这类污染物会降低斑马鱼的群游凝聚力，增加类似焦虑的僵滞行为和边缘偏好。原油的水溶性组分还会显著提高斑马鱼幼鱼的焦虑水平和运动活性，减少重复行为，并降低其血清素含量。斑马鱼发育阶段暴露于有机磷农药毒死蜱，会导致其直至成年期的多巴胺水平下降。

注意缺陷多动障碍的遗传斑马鱼模型

已开发出多种遗传模型用于研究幼鱼和成鱼斑马鱼的ADHD。Latrophilin 3（lphn3）是一种属于粘附亚家族的G蛋白偶联受体，它在介导运动活性、注意力以及位置和路径记忆的脑区中，是突触功能与维持的调节因子。lphn3基因同源物lphn3.1的下调会导致斑马鱼出现多动和冲动行为，这与ADHD患者的表现一致。神经介素U（nmu）基因参与疼痛、应激、免疫介导的炎症性疾病以及进食调节，其突变体则表现出低活性表型。此外，参与昼夜节律调控的CLOCK基因period1b（per1b）敲除（KO）会导致多动、冲动及昼夜节律紊乱等表型，与注意缺陷多动障碍（ADHD）相似。与孤独症谱系障碍（ASD）的研究结果类似，cntnap2突变体也表现出ADHD样表型，如前脑多动和γ-氨基丁酸能系统功能缺陷。编码蛋白质的基因DEP结构域包含5、GATOR1亚复合物亚基（depdc5）被敲低后，其突变体会表现出多动和认知缺陷。同样，在斑马鱼中敲低micall2b同源基因会导致动物出现多动/冲动行为，而阿立哌唑给药可纠正这些行为。此外，在斑马鱼胚胎中用吗啉代寡核苷酸敲低外泌体组分3（exosc3）会引发小头畸形、运动能力差等异常。还有，细胞周期蛋白K（ccnk）敲低会损害大脑和脊髓发育。TAF1基因突变相关的X连锁遗传综合征会导致发育迟缓。被认为参与转录调控的溴结构域PHD指转录因子基因（bptf）敲除后，会造成头部尺寸减小和颅面畸形。超过90%的雷特综合征患者存在转录因子MECP2基因突变，这类患者也表现出智力发育迟缓症状。值得注意的是，MECP2敲除斑马鱼的游泳活动减少，且神经营养因子（bdnf）基因表达存在缺陷。斑马鱼中per1b同源基因敲除会产生多动的幼鱼，且攻击性增强，这类突变体斑马鱼的大脑多巴胺水平也会下降。在5-羟色胺（5-HT）系统方面，5-HT合成酶TPH1和TPH2以及编码整合膜蛋白的转运基因5-羟色胺转运体（SerT）/溶质载体家族6成员4（slc6a4）（该蛋白可将神经递质5-羟色胺从突触间隙转运至突触前神经元），也被证实会影响ADHD表型。多个多巴胺能系统相关基因与ADHD表型相关，例如编码多巴胺能D4受体的DRD4基因、多巴胺能D5受体DRD5基因，以及多巴胺能转运体（DAT）/溶质载体家族6成员3（slc6a3）基因。

注意力缺陷多动障碍的斑马鱼药理模型

利用斑马鱼构建多动症的药理学模型较为少见。暴露于1%酒精的斑马鱼表现出运动亢进，其涉及的机制与多巴胺能神经元刺激相关。同样，胚胎期暴露于酒精的斑马鱼联想学习能力受损，且少量酒精进入胚胎会导致其出现持续性认知缺陷。此外，斑马鱼神经发育阶段暴露于乙醇会引发学习与记忆障碍。尼古丁是导致人类患多动症的一种有毒物质，但目前针对尼古丁对多动症表型影响的研究较少。

同样有研究表明，环境铅（Pb）暴露可引发神经功能改变，进而导致注意缺陷多动障碍（ADHD）相关表型。例如，铅暴露会降低斑马鱼中脑和前脑的轴突束密度，这与两个基因分别在受精后14小时（hpf）和16小时（hpf）的表达下调有关。研究人员在受精后7天（dpf）的斑马鱼幼体中评估了商用多氯联苯（PCB）混合物Aroclor 1254暴露对视觉回避行为的影响，结果显示，与对照组相比，暴露组幼体的趋触性水平升高，僵立行为也更为显著。研究人员还在早期生命暴露实验中评估了ADHD治疗药物哌甲酯的作用，发现其会导致斑马鱼体内多巴胺、去甲肾上腺素和5-羟色胺出现暂时性升高，同时会造成幼体捕食回避反应和空间学习能力的长期损伤。环境污染物全氟辛烷磺酸（PFOS）会在大脑中蓄积，并具有潜在的神经毒性。此前研究已证实，全氟辛烷磺酸可诱导斑马鱼幼体出现行为改变，如自发性活动亢进，而给予右旋安非他命可纠正这一表型。

结论

总之，斑马鱼和小鼠是研究自闭症谱系障碍（ASD）或注意缺陷多动障碍（ADHD）等神经发育障碍的有用模型。利用小鼠或斑马鱼实验开展这些疾病相关研究的数量正不断增加。然而，正如我们所述，小鼠和斑马鱼模型均各有优势与局限性，因此针对疾病某一特定方面的研究，其模型选择需要结合具体考量。研究疾病的遗传和神经化学机制，需与利用动物模型探究疾病行为学特征的研究相结合。最重要的是需考量拟开展的研究对科学界的影响。正如本综述所示，结合斑马鱼模型的优势，从斑马鱼实验中获得的结果可进一步外推至小鼠模型，最终应用于人类研究，从而为揭示疾病不同方面的特征提供丰富的信息。