根據(jù)研究目的不同，可以應(yīng)用不同的化學(xué)或遺傳模型。戊四唑(Pentylenetetrazole, PTZ)是最早用于動物模型誘導(dǎo)癲癇發(fā)作的前驚厥藥物之一。PTZ是一種GABAA受體拮抗劑，它與電離層的跨膜結(jié)構(gòu)域結(jié)合，增加通道的封閉狀態(tài)。這一特性可以解釋通過增強(qiáng)神經(jīng)元興奮而產(chǎn)生的前驚厥活性。在過去的70年里，嚙齒動物的皮下 PTZ癲癇發(fā)作試驗(yàn)已經(jīng)成為發(fā)現(xiàn)ASD最廣泛使用的模型之一。最近，癲癇研究的重點(diǎn)是利用斑馬魚等更簡單的脊椎動物開發(fā)新的PTZ誘發(fā)癲癇模型，用于高通量藥物篩選。

2005年，Baraban及其合作者首次描述了斑馬魚的PTZ模型，隨后的研究證實(shí)了斑馬魚幼魚在受精后7天(dpf)表現(xiàn)出與嚙齒動物PTZ模型相似的行為、電生理和分子變化。將斑馬魚幼魚浸泡在小體積的PTZ溶液中會引發(fā)類似癲癇的行為，該溶液可能被皮膚、腸道或鰓吸收，最終到達(dá)大腦。運(yùn)動行為的變化在幾秒到幾分鐘內(nèi)觀察到，其特征是一系列事件，從沿著行為室外圍的快速運(yùn)動開始(階段Ⅰ)，然后是“漩渦狀”運(yùn)動(階段Ⅱ)，在PTZ濃度較高的情況下，癲癇樣行為以短暫停頓和快速，突然的動作以及偶爾的身體僵硬和姿勢喪失(階段Ⅲ)。這種PTZ誘導(dǎo)的運(yùn)動行為與腦電圖確定的腦電活動相關(guān)，其特征是自發(fā)性癲癇樣放電，其幅度、頻率和持續(xù)時間隨PTZ暴露時間的變化而變化。重要的是，痙攣行為和癲癇樣放電可被標(biāo)準(zhǔn)的ASD如丙戊酸和地西泮所抵消。

圖2 斑馬魚幼魚癲癇行為評分標(biāo)準(zhǔn)

圖3 7dpf突變體幼魚的代表性腦電圖記錄

成年斑馬魚亦可通過PTZ誘發(fā)急性癲癇發(fā)作。在水中暴露PTZ后不久，或通過腹腔注射PTZ觀察到行為變化。暴露后會發(fā)生一系列依賴于PTZ濃度和暴露時間的事件，通常從多動樣行為和圓周運(yùn)動開始，然后是以痙攣/收縮和姿勢喪失為特征的強(qiáng)直-陣攣樣癲癇發(fā)作)。成年斑馬魚的腦電圖記錄證實(shí)了PTZ的前驚厥活性，顯示出與嚙齒動物和人類類似的癲癇樣放電。

此外，在斑馬魚幼魚中觀察到，c-fos在成年斑馬魚大腦中的表達(dá)增加，并且在嚙齒動物和斑馬魚幼魚模型中有效的ASD，如安定和丙戊酸，在成年斑馬魚癲癇模型中也顯示出活性。此外，Kundap等在成年斑馬魚中開發(fā)了第一個PTZ誘導(dǎo)的點(diǎn)燃模型。在該研究中，PTZ以每天80 mg/kg的劑量(i.p.輸注)連續(xù)10天。作者發(fā)現(xiàn)，從給藥第4天開始，小劑量PTZ逐漸增加癲癇發(fā)作評分。得分從第5天的1.5分到第10天的5分不等?？紤]到這是第一次報道成年斑馬魚的PTZ點(diǎn)燃模型，需要進(jìn)一步的研究來確定其優(yōu)勢和局限性。

PTZ誘導(dǎo)的斑馬魚幼魚和成魚急性癲癇發(fā)作模型已被用于不同的目的。PTZ斑馬魚幼魚模型主要用于篩選和鑒定具有潛在抗癲癇活性的小分子和天然化合物。重要的是，其中一些化合物在小鼠癲癇模型中也顯示出活性，從而證實(shí)了斑馬魚作為一種快速可靠的原發(fā)性ASD篩選模型的有效性。此外，由于斑馬魚的遺傳易變性，PTZ幼魚模型允許快速篩選和鑒定癲癇調(diào)節(jié)基因，使用遺傳突變的斑馬魚系和反義MOs敲除基因。另一方面，成年斑馬魚PTZ模型已被證明在揭示和描述難以在幼魚中評估的復(fù)雜癲癇樣行為表型方面具有實(shí)用性。此外，它也適用于與癲癇相關(guān)的行為相關(guān)合并癥的研究，如學(xué)習(xí)障礙，以及與癲癇活動相關(guān)的細(xì)胞/分子變化的研究。

(D,L)-烯丙基甘氨酸(AG)通過不可逆地抑制谷氨酸脫羧酶(GAD)作為GABA合成抑制劑。其作用被認(rèn)為是由其主要活性代謝物2-酮-4-戊烯酸(KPA)介導(dǎo)的。在7-dpf的斑馬魚幼魚中，AG濃度在50 - 300 mM之間的孵育會導(dǎo)致運(yùn)動活動增加，表現(xiàn)為行為階段I至III的癲癇樣事件，正如Baraban等人先前對PTZ誘發(fā)的癲癇發(fā)作的描述。這種AG誘導(dǎo)的癲癇模型被用來表征斑馬魚幼魚對五種不同作用機(jī)制的ASD的藥理學(xué)反應(yīng)性：300 mM AG與地西泮、丙戊酸鈉或托吡酯共同服用2小時，可顯著降低運(yùn)動反應(yīng)，而左乙拉西坦和苯妥英則沒有抑制作用。同樣，通過腦內(nèi)記錄測量，地西泮、丙戊酸鈉、托吡酯和苯妥英(在較小程度上)的聯(lián)合用藥可減少AG誘導(dǎo)的癲癇樣事件的次數(shù)和累積持續(xù)時間。相反，只有左乙拉西坦不能減少癲癇發(fā)作。

圖4 AG和PTZ動物模型對常用ASD的藥理作用觀察

最近，利用銀衍生物酮戊烯酸乙酯(EKP)提出了一種新的耐藥癲癇斑馬魚模型。EKP是一種KPA的親脂性乙酯，是AG的體內(nèi)去核代謝產(chǎn)物。與AG類似，EKP是GAD的抑制劑。體內(nèi)研究表明，與AG相比，EKP對GAD具有更強(qiáng)的抑制作用。在小鼠實(shí)驗(yàn)中，先前的研究表明，與AG相比，腦室內(nèi)給藥KPA可使誘發(fā)癲癇發(fā)作的閾值降低至少26倍。雖然EKP似乎是一種有前途的斑馬魚耐藥癲癇模型，但它需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

Kainic acid (KA)是一種有效的AMPA/KA谷氨酸受體激動劑，已知可誘導(dǎo)大腦各區(qū)域的興奮毒性、神經(jīng)元死亡和網(wǎng)絡(luò)重組。因此，KA仍然是最廣泛使用的前驚厥藥物之一，用于誘導(dǎo)急性癲癇發(fā)作(通過全身注射)和作為顳葉癲癇慢性模型的復(fù)發(fā)性癲癇發(fā)作(通過腦內(nèi)注射))。研究表明，KA可用于斑馬魚誘導(dǎo)幼魚和成魚的癲癇發(fā)作。然而，癲癇發(fā)作的結(jié)果和行為表現(xiàn)似乎高度依賴于暴露時間，限制了該模型用于高通量藥物篩選的潛力。此外，只有很少的藥理學(xué)數(shù)據(jù)可用，需要進(jìn)一步發(fā)展，以更好地表征這些KA誘發(fā)的癲癇發(fā)作對常用ASD的反應(yīng)性。

除上述幾種藥物誘導(dǎo)模型外，還有Picrotoxin、Pilocarpine、微毒素、咖啡因等誘導(dǎo)模型也已有相關(guān)研究及報道。由于這些化合物通過不同的途徑誘發(fā)癲癇發(fā)作，潛在的ASD在更多模型中的療效將會引人關(guān)注。

在目前有關(guān)癲癇發(fā)生機(jī)制的假設(shè)中(即從正常大腦到癲癇大腦的過渡過程)，最普遍的假設(shè)是從抑制性(即GABA)向興奮性(即谷氨酸)神經(jīng)傳遞的轉(zhuǎn)變。GABA敏感性的變化，特別是在海馬中，已被提出作為癲癇發(fā)生的潛在機(jī)制。此外，其他潛在的機(jī)制已經(jīng)出現(xiàn)，如星形膠質(zhì)細(xì)胞形成、炎癥、神經(jīng)元細(xì)胞凋亡或mTOR(雷帕霉素的機(jī)制靶點(diǎn))失調(diào)。然而，支持這些機(jī)制的大量數(shù)據(jù)是從化學(xué)誘導(dǎo)癲癇的健康動物身上獲得的，而沒有在具有特定基因突變的動物模型中進(jìn)行研究。

雖然已經(jīng)建立和研究了各種嚙齒動物癲癇的遺傳模型，但由于成熟周期較長，很難在短時間間隔內(nèi)追蹤嚙齒動物大腦的變化，從而找到最佳的藥物干預(yù)時間?？紤]到這一點(diǎn)，斑馬魚癲癇模型可能對研究與基因突變有關(guān)的癲癇發(fā)生過程非常有用。由于大多數(shù)具有遺傳來源的癲癇綜合征的癥狀在兒童早期開始顯現(xiàn)，使用斑馬魚幼魚已被證明對監(jiān)測這一發(fā)育時期的大腦變化非常有用。對于大腦變化的藥理調(diào)節(jié)和監(jiān)測，斑馬魚的快速體外發(fā)育和光學(xué)透明性對于確定正確的時間窗口非常有益。值得注意的是，通過共聚焦顯微鏡對斑馬魚大腦中的神經(jīng)元分支進(jìn)行3D可視化，可以非常快速有效地追蹤斑馬魚大腦的動態(tài)變化，并檢測潛伏期發(fā)展為自發(fā)癲癇發(fā)作的時間窗口。

圖5 遺傳斑馬魚癲癇模型

如圖所示，除了在更廣泛的藥理學(xué)模型中進(jìn)行藥物發(fā)現(xiàn)篩選外，特定的遺傳模型也值得研究。穩(wěn)定的遺傳模型可用于Dravet綜合征、與突觸囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的罕見綜合征、gabra1a相關(guān)的全身性癲癇、與Angelman綜合征相關(guān)的癲癇、depdc5相關(guān)的局灶性癲癇、PDE和TSC。此外，還有EAST/SeSAME、Lennox-Gastaut和ADPEAF/ADLTE使用反義MOs敲除的瞬態(tài)模型。這些模型可能對潛在藥物治療策略的識別有價值。