Animal models of epilepsy

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Эпилепсия является распространённым хроническим неврологическим расстройством, которое характеризуется спонтанными рецидивирующими припадками, включающими аномальные изменения в электрической активности нейронов [1]. Общее определение слова «припадок» — период аномального синхронного возбуждения нейрональной популяции [2]. Приступы характеризуются короткими эпизодами непроизвольного встряхивания, которые могут затрагивать часть или всё тело, а иногда сопровождаются потерей сознания и потерей контроля над кишечником или мочевым пузырем. Классические фенотипы эпилепсии классифицируют на две основные группы: генерализованные, характеризующиеся приступами, возникающими одновременно в двух полушариях; фокальные (парциальные), имеющие очаговое начало. В последние годы выделяют также отдельную группу пациентов с комбинированным типом фокальной и генерализованной эпилепсии, у которых диагностированы приступы как с очаговым, так и с генерализованным началом [3, 4]. В некоторых случаях приступы нефокальной эпилепсии проходят бессудорожно. Такие приступы обозначаются термином «абсансы» и характеризуются эпизодами временного изменения сознания продолжительностью 3–30 с, сопровождающимися другими проявлениями, такими как замирание, пристальный взгляд и трепетание век [1].

Эпилепсия поражает ~1% населения мира в возрасте от 20 лет и 3% — в возрасте от 75 лет [3]. В настоящее время в мире насчитывается более 51 млн человек с эпилепсией, и каждый год более чем у 4,9 млн человек развиваются новые случаи заболевания [5]. Близнецовые исследования демонстрируют, что вероятность передачи эпилепсии по наследству составляет от 25 до 70% [1]. Приблизительно 75% случаев эпилепсии начинается в детстве, что отражает повышенную восприимчивость развивающегося мозга к судорогам [6].

Использование животных моделей имеет важное значение для изучения эпилепсии, поскольку процесс эпилептогенеза не может быть в полной мере исследован на людях по этическим причинам. Крысы и мыши наиболее часто используются в данных экспериментах из-за морфологической структуры их мозга, сходной с человеческой [7]. В настоящем обзоре представлена краткая информация о моделировании эпилепсии; классификации моделей, основанной на фенотипе эпилепсии; а также о модели фармакорезистентной эпилепсии. Особое внимание уделялось аспектам, важным для выбора наиболее релевантных моделей в зависимости от целей исследования и конкретного фенотипа патологии.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭПИЛЕПСИИ

Модели на животных позволяют понять потенциальные эпилептогенные механизмы, а также важны для разработки противоэпилептических препаратов и поиска новых методов лечения [8]. В настоящее время ни одна модель не может охватить все фенотипы припадков и идеально имитировать характеристики припадков у людей. Соответственно, выбор моделей может основываться на конкретных практических потребностях [9].

Почти все животные с центральной нервной системой, вероятно, страдают эпилепсией, поэтому спектр их модельных видов довольно широк. Последние несколько лет популярными становятся исследования, использующие в качестве модельных животных собак и кошек [10, 11]. Грызуны являются наиболее популярным видом для создания моделей эпилепсии, особенно тех, которые связаны с генными мутациями и генетическими модификациями, хотя другие животные, такие как приматы, также используются в подобных исследованиях [9].

При создании генетических моделей эпилепсии можно выделить два подхода. В первом случае используют уже известные гены, связанные с эпилепсией человека, и создаётся линия мышей, имеющих функционально идентичную мутацию. Вторая стратегия включает индукцию различных мутаций у мышей и последующее определение того, развивается ли в результате необходимый фенотип. С помощью таких моделей определяют конкретные гены-кандидаты, которые затем можно проверить на возможную причастность к эпилепсии у человека [12]. Одним из наиболее популярных способов получения таких мутаций является химический мутагенез, в частности индуцированный N-этил-N-нитрозомочевиной (ENU). ENU-мутагенез применяют, когда требуется высокоэффективная индукция случайным образом распределённых точечных мутаций. Кроме того, поскольку типичное мутагенное действие ENU представляет собой однонуклеотидные замены, оно способно вызывать все классы мутаций [13, 14]. Для последующего выявления новых генов, потенциально участвующих в патогенезе эпилепсии, в случае ENU-мутагенеза необходимы масштабный фенотипический скрининг; отбор особей, имеющих требуемый фенотип и закрепление признаков в ряду поколений. Отбор может проводиться с помощью классических для грызунов диагностических методик, таких как, например, оценка чувствительности к аудиогенной стимуляции. Созданные таким образом линии животных в дальнейшем используют непосредственно для картирования мутаций, а также для выявления и изучения потенциальных механизмов влияния повреждённого гена на развитие патологий [13].

За исключением некоторых ранних видов лечения, включая бромиды и фенобарбитал, противосудорожную активность всех клинически используемых препаратов определяют по большей части на моделях острых судорог у грызунов с использованием электростимуляции и подкожного введения пентилентетразола [15]. Однако в последние годы в центре внимания при тестировании эпилепсии оказались животные, не относящиеся к млекопитающим, в частности дрозофилы (Drosophila melanogaster), пиявки (Hirudo verbena), планарии (Schmidtea mediterranea), круглые черви (Caenorhabditis elegans), головастики (Xenopus laevis), данио рерио (взрослые и личинки). Этому способствовало множество факторов, в том числе повышенная экономическая эффективность, высокая генетическая корреляция с людьми и быстрое размножение, что в совокупности повышает эффективность изучения эпилепсии [7].

В исследованиях применяют как химические проконвульсанты (пилокарпин, каинат, пентилентетразол, никотин), так и электрическую индукцию эпилептогенеза. Кроме этого применяют депривацию сна, включение ответственных за эпилептический фенотип мутантных генов за счёт гомологичной рекомбинации (Drosophila melanogaster), высокие температуры (круглые черви) [7]. Головастиков (Xenopus laevis) используют в качестве животных моделей для изучения нарушений развития нервной системы и анализа гибели клеток, связанной с судорогами [16].

Дрозофил (особенно трансгенные и мутантные типы) широко использовали в качестве моделей для исследований генетически обусловленной эпилепсии. Судороги у дрозофил определяются как период кратких подёргиваний ног, за которым следует неспособность поддерживать стоячее положение с дрожанием ног, сокращениями мышц живота, взмахами и скрещиванием крыльев, а также разгибанием хоботка [16]. Помимо депривации сна и редактирования генома для моделирования эпилепсии применяют также индукцию судорог с помощью механического или температурного стресса, высокочастотной электрической стимуляции, воздействия на личинки импульсного синего света (470 нм) и магнитного поля [17].

Рыбки данио были признаны одной из наиболее широко используемых животных моделей и за последнее десятилетие завоевали репутацию альтернативы грызунам и другим животным моделям в исследованиях эпилепсии. Это обусловлено более простыми требованиями к их разведению и содержанию, а также более высокой плодовитостью по сравнению с грызунами [9]. Геном данио имеет 70% сходство с человеческим, а сами данио обладают сложной анатомией и поведением, что позволяет моделировать заболевания и проводить массовый скрининг лекарств. И взрослые данио, и личинки могут использоваться в качестве животных моделей для исследований эпилепсии, включая трансгенных рыбок данио [18].

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ, ОСНОВАННАЯ НА ФЕНОТИПЕ ЭПИЛЕПСИИ

Модели генерализованных тонико-клонических припадков

Киндлинг — это модель хронических припадков, которая включает в себя прогрессирующее усиление возбудимости мозга с помощью повторяющихся возбуждающих раздражителей (электрических или химических), которые в конечном итоге вызывают припадочное расстройство. При электрическом разжигании обычно стимулируется определённая область мозга, например миндалина или гиппокамп, с помощью хронически имплантированных глубинных электродов [19]. Химическое разжигание осуществляется с помощью инъекций хемоконвульсантов: пилокарпина, пентилентетразола (PTZ), флюротила, каиновой или N-метил-D-аспарагиновой кислоты (NMDA) [20]. В работе [21] показано, что эффект разжигания может быть также достигнут с помощью оптогенетической стимуляции. В оптогенетических моделях производятся искусственное включение светочувствительных белков в клеточные мембраны и оптический контроль нервной активности. В экспериментах используют вирусную трансдукцию, специфичную для типа клеток, экспрессию светочувствительных ионных каналов и интеграцию оптической стимуляции in vivo с методами внутриклеточной и внеклеточной регистрации. Модель разжигания также широко применяют в качестве модели височной эпилепсии, эпилептического статуса и миоклонических припадков [9].

Жидкостная перкуссионная травма способна вызывать у животных патологии, которые часто наблюдаются после черепно-мозговой травмы (ЧМТ) человека [22]. Такую травму применяли в исследованиях на нескольких моделях животных, включая кроликов, кошек, крыс, мышей и свиней. Травму производили путём подачи импульса жидкости (~20 мс) непосредственно на поверхность твёрдой мозговой оболочки через трепанацию черепа, вызывая кратковременную деформацию ткани головного мозга [23]. Процедура приводила к нелетальному фокальному повреждению коры у животных, эффективно создавала посттравматические судороги и регионарный глиоз. Исследования также подтвердили полезность модели жидкостной перкуссии при оценке эффективности потенциальных противоэпилептических препаратов [24].

Модель падения веса Мармару использует гравитационные силы свободно падающего груза, чтобы вызвать очаговое или диффузное повреждение головного мозга [25].

Для моделирования припадков, вызванных ЧМТ, также могут использоваться интракраниальные инъекции веществ, содержащих ионы железа. ЧМТ приводит к возникновению и развитию эпилепсии, которая может быть связана с распадом эритроцитов и гемоглобина в ЦНС и последующим образованием свободных радикалов. Текущие исследования показали, что инъекции гемоглобина или солей железа (хлорид железа, FeCl3) в кору головного мозга крыс могут вызывать хронические эпилептические припадки. Микроинъекции ионов трёхвалентного железа в мозг грызунов вызывают хронические повторяющиеся судороги и высвобождение глутамата в нервных волокнах, как у пациентов, страдающих эпилепсией [26].

Моделью для развития хронической посттравматической гипервозбудимости и эпилептогенеза является частично изолированный неокортикальный островок с интактным пиальным кровообращением («подрез») [27]. Модель создаётся путем хирургического разрезания участка серого вещества коры и белого вещества под ним, так что повреждённый участок в значительной степени изолирован от соседней коры и подкорковых структур. После этого эпилептиформные разряды могут быть зарегистрированы в срезах головного мозга in vitro, а электрические и поведенческие припадки могут наблюдаться in vivo у грызунов, а также кошек и обезьян [28].

Проникающее ранение головного мозга с высокой вероятностью приводит к развитию посттравматической эпилепсии. Наиболее релевантной моделью для такой патологии является модель проникающей баллистической травмы головного мозга. Взрослые крысы под анестезией получают проникающее ранение от дорсальной коры до вентрального гиппокампа с помощью высокоскоростной дрели с небольшим сверлом [29].

Широко применяется также модель аудиогенных судорог, в частности для исследований на животных, генетически склонных к припадкам. Аудиогенные приступы — это генерализованные припадки, вызванные высокоинтенсивной акустической стимуляцией. Ограничением модели аудиогенных приступов является отсутствие спонтанных рецидивов припадков без стимуляции [30].

Модели абсансной эпилепсии

Абсансная эпилепсия — это разновидность идиопатической эпилепсии, для которой характерны генерализованные бессудорожные припадки, связанные с эпизодами кратковременного помутнения сознания и отсутствием произвольных движений. Абсансная эилепсия встречается в основном у детей и имеет высокую степень фармакорезистентности: приблизительно в 30% случаев приступы резистентны к лекарственной терапии [31]. Существует несколько животных моделей абсансной эпилепсии, таких как электрическая стимуляция, химическая инъекция и генетические модели, в которых используются дрозофилы, мыши, крысы, бабуины и кошки [32–35]. Для химической индукции абсансной эпилепсии применяют пенициллин, низкие дозы пентилентетразола (L-PTZ), 4,5,6,7-тетрагидроизоксазоло(4,5,-c) пиридин-3-ол (THIP) и гамма-гидроксибутират (GHB), AY-9944 (транс-1,4-бис[2-хлорбензиламиноэтил]циклогексана дигидрохлорид) и (MAM)-AY-9944 (транс-1,4-бис[2-хлорбензиламиноэтил]циклогексана дигидрохлорида метилазоксиметанол ацетат) [33].

В последние десятилетия выявлено, что генетические модели наиболее релевантны для исследований абсансной эпилепсии, так как генетические факторы играют в патогенезе данного заболевания решающую роль. Наиболее важными преимуществами генетических моделей по сравнению с химическими является наличие спонтанных припадков и симптомов, хорошо соотносящихся с клинической картиной абсансов у людей [31, 33].

Пошатывающиеся мыши являются популярной моделью абсансных припадков человека. Миссенс-мутация расположена на восьмой хромосоме в гене, кодирующем субъединицу α1A потенциал-зависимого Ca2⁺ канала P/Q-типа. Мыши имеют характерный фенотип, состоящий из преходящих приступов дистонии, вызванных стрессом, кофеином или этанолом [36]. Припадки проявляются замиранием, принятием фиксированной позы и пристальном взглядом, что отражает симптомы, наблюдаемые у людей, а абсансные припадки подавляются антиабсансными препаратами [37].

Летаргические мыши имеют мутацию на 2-й хромосоме в гене CCHB4, кодирующем субъединицу β4, вспомогательную часть потенциал-зависимых кальциевых каналов, которые регулируют приток Ca²⁺. Мутанты демонстрируют сложный нейроповеденческий фенотип, который включает абсансные приступы с фокальными двигательными судорогами, хроническую атаксию и гипоактивность. Кроме того, присутствуют приступы тяжёлого дискинетического двигательного поведения. Эти приступы могут быть спровоцированы специфическими воздействиями окружающей среды и химическими веществами, особенно теми, которые стимулируют двигательную активность [37].

Мыши Stargazer имеют мутацию на 15-й хромосоме в гене, который кодирует белок старгазин, имеющий структурное сходство с гамма-субъединицей потенциал-зависимых кальциевых (Ca2⁺) каналов скелетных мышц. Этот белок играет модулирующую роль в потенциалзависимых кальциевых каналах. Кроме того, субъединица γ2 необходима AMPA-рецепторам для синаптического нацеливания на ионотропные рецепторы глутамата. Фенотип соответствует типичным абсансам с сопутствующими дефектами мозжечка и внутреннего уха, проявляется атаксией, пароксизмальной дискинезией и подбрасыванием головы [38].

Характеристика абсансов у мышей Mocha такая же, как у мышей Stargazer. Фенотип сопровождается атаксией, тонико-клоническими судорогами, увеличением времени кровотечения [33]. У этих мышей обнаружена мутация в гене, кодирующем белок AP-3δ на 10-й хромосоме. Комплекс AP-3 представляет собой гетеродимер, который регулирует транспортировку лизосом и других родственных органелл [39]. Мышей с медленно-волновой эпилепсией рассматривают как действующую модель абсансной эпилепсии из-за фенотипа судорог и реакции на лекарственные препараты против абсансов. Основная мутация происходит в гене, кодирующем натрий-водородный обменник на 4-й хромосоме. Этот обменник регулирует гемостаз, объём клеток и митогенные ответы на факторы роста. В дополнение к абсансным припадкам у этих мутантов также проявляются атаксия, тонико-клонические судороги и дегенерация мозжечка [33].

Фенотип «утиная мышь» характеризуется помимо абсансов такими признаками, как атаксия, дискинезия конечностей и дисгенезия развития некоторых областей головного мозга, таких как мозжечок, продолговатый мозг и спинной мозг [40]. Мутация была обнаружена в гене Cacna2d2, кодирующем субъединицу α2δ2 потенциал-зависимого кальциевого канала. Вспомогательные субъединицы α2δ модулируют ток через каналы и образование синапсов. Эти каналы чрезвычайно проницаемы для Ca2⁺ в возбудимых и невозбудимых клетках и играют решающую роль в генезе припадков [41].

100% крыс GAERS (генетическая абсансная эпилепсия крыс из Страсбурга) демонстрируют ЭЭГ и поведенческие характеристики абсансных припадков в трёхмесячном возрасте. В течение жизни тяжесть приступов (продолжительность и частота) постепенно нарастает [33]. Как электрофизиологические, так и поведенческие характеристики хорошо согласуются с теми, которые наблюдаются у людей с типичной абсансной эпилепсией. Кроме того, чувствительность к противоэпилептическим препаратам близко соответствует тому, что было описано в клинике. Данный факт делает эту модель одной из самых прогностических [42]. Причиной является миссенс-мутация в гене, кодирующем субъединицу Cav3.2 кальциевых каналов, которая приводит к повышенной поверхностной экспрессии канала и сопутствующему увеличению притока кальция [43].

У крыс линии WAG/Rij (инбредные крысы Wistar Albino Glaxo из Рейсвейка) и пациентов с детской абсансной эпилепсией было выявлено значительное сходство в клинической картине заболевания, включая сходство действия различных противоэпилептических препаратов. Фенотипические проявления припадков (миоклонические подёргивания лица, подёргивание глаз и наклоны головы) — такие же, как у крыс GAERS. Кроме того, у крыс WAG/Rij наблюдаются поведенческие изменения, которые связаны с психоневрологическими расстройствами, характерными для пациентов с эпилепсией, такие как тревога и депрессия [44].

Прогрессирующие миоклонические эпилепсии

Прогрессирующие миоклонические эпилепсии представляют собой группу необычных генетически и клинически гетерогенных неврологических заболеваний, характеризующихся возникновением эпилептических припадков, миоклонических судорог и прогрессирующим неврологическим ухудшением, включая поражение мозжечка и деменцию [45, 46].

Ген CLN3 кодирует баттенин — белок, участвующий в движении эндосом и лизосом с участием микротрубочек. При использовании модели мыши с дефицитом Cln3 продемонстрировано, что астроциты и микроглия являются ключевыми игроками в развитии одной из форм миоклонической эпилепсии — нейронального цероидного липофусциноза, болезни Баттена. Астроциты у Cln3–/– мышей демонстрируют повреждённый актин и цитоскелет из промежуточных филаментов, а также нарушенную способность распространять сигналы Ca2⁺ [47]. У них также наблюдается недостаточный захват глутамата из синаптической щели, что свидетельствует о нарушении связи между нейронами и глией в поражённом мозге [45].

Генетической моделью другой патологии — болезни Унверрихта–Лундборга — являются мыши, нокаутные по гену CSTB (Cstb–/–). Фенотип включает миоклонические судороги, атаксию и прогрессирующую потерю нейронов вместе с атрофией мозжечка и коры головного мозга, которая усугубляется с возрастом [45].

Эпилептический статус

Эпилептический статус (status epilepticus, SE) представляет собой тяжёлое неотложное состояние, сопровождающееся повреждением нейронов, аномальными нейронными сетями и высокой смертностью. Это состояние часто возникает вследствие инсульта, ЧМТ, инфекции, нарушения обмена веществ или как часть синдрома отмены при употреблении алкоголя/наркотиков. Ранее SE определяли либо как припадок, длящийся ≥30 мин, либо как два или более последовательных приступа с отсутствием полного восстановления сознания между ними. Модели SE в общем случае представляют собой модели электрического и химического разжигания [48].

Височная эпилепсия

Эпилепсию височной доли можно разделить на две категории в зависимости от анатомического происхождения эпилептического очага. Мезиальная височная эпилепсия затрагивает гиппокамп, парагиппокампальную извилину и миндалевидное тело. Это наиболее распространённая форма височной эпилепсии, обычно связанная со склерозом гиппокампа. Латеральная височная эпилепсия характеризуется приступами в неокортикальной области височной доли. Данная патология чаще всего вторична по отношению к генетическим или приобретённым структурным/анатомическим поражениям. Этиология височных судорог обширна и включает ЧМТ, гиппокампальный склероз, инфекции, опухоли и сосудистые аномалии, а также генетически обусловленные патологии [49]. Одной из наиболее популярных моделей височной эпилепсии является классическая химическая раскачка. Помимо распространённых хемоконвульсантов, таких как каинат и пентилентетразол, для моделирования височной эпилепсии используют инъекции столбнячного токсина или пенициллина [9].

Столбнячный токсин блокирует ГАМК-B-рецепторы, вызывая приступы судорог. Односторонняя интрагиппокампальная инъекция столбнячного токсина является установленной моделью височной эпилепсии. После латентного периода, составляющего около семи дней, могут регистрироваться периодические спонтанные приступы с более ранним возникновением в ипсилатеральном гиппокампе, которые затем способны генерализоваться. Приступы характеризуются эпизодами длительного пристального взгляда, клонусом передних конечностей, вертикальными стойками, падением и генерализованными тонико-клоническими судорогами [50].

Как классический эпилептогенный агент пенициллин широко используется при создании моделей эпилепсии на животных. Микроинъекции пенициллина в гиппокамп и сенсомоторную кору используют для создания моделей височной эпилепсии у грызунов и макак. Модель экспериментальной эпилепсии, индуцированной пенициллином, способствует возникновению острой фокальной эпилепсии в результате избыточных разрядов в нейронах коры, вызванных ингибированием тормозящего эффекта гамма-аминомасляной кислоты в результате взаимодействия пенициллина с системой ГАМК. Картина приступов при пенициллиновой модели сходна с височной эпилепсией в клинике: приступ начинается фокально и затем распространяется и генерализуется [51]. Заражение вирусом Тейлора (вирусом энцефаломиелита мышей) хронически повышает предрасположенность к судорогам. Интрацеребровентрикулярная инъекция вируса вызывает у грызунов острые генерализованные судороги, за которыми следует латентный период, и в дальнейшем развиваются хронические спонтанные судороги, имитирующие классическое течение височной эпилепсии. Кроме того, патологические изменения включают потерю пирамидных нейронов в областях СА1 и СА2 гиппокампа, активацию микроглии, астроглиоз, апоптоз и воспаление [9].

Точно так же инъекции тутина (coriaria lactone), антагониста ГАМК-рецепторов, вызывали у крыс и приматов парциальные припадки, кульминацией которых были вторично-генерализованные тонико-клонические судороги. Последовательность событий и особенности поведения, наблюдаемые в этой модели, имитировали наблюдаемые при височной эпилепсии человека [52, 53].

Для индукции приступов также применяется модель гипертермических припадков. Фебрильные судороги, т.е. судороги, возникающие во время лихорадки, не связанной с инфекцией ЦНС, являются распространённым расстройством, которым страдают до 5% детей в возрасте до 5 лет [54]. Исследования связывают случаи гипертермических судорог в детстве с развитием склероза гиппокампа и мезиальной височной эпилепсии в более позднем возрасте, особенно при наличии семейного анамнеза фебрильных судорог [55]. Для создания релевантной модели данного расстройства используют детёнышей грызунов, которых подвергают нагреванию до 40–42 °C потоком горячего воздуха в течение 30 мин, в результате чего развивается длительный гипертермический припадок. У животных, перенёсших фебрильные судороги, присутствуют спонтанные приступы во взрослом возрасте [30, 55].

Контролируемое корковое воздействие (CCI) является широко известной моделью травмы головного мозга, в которой используется поршень с пневматическим или электромагнитным управлением, чтобы вызвать воспроизводимое и хорошо контролируемое повреждение. Традиционно CCI представляет собой инвазивную модель, при которой открытая кора головного мозга подвергается травме после краниэктомии. Модели CCI были успешно созданы у хорьков, а затем применены также для мышей, крыс, свиней и обезьян [56].

Модель гипоксии/ишемии

Неонатальные судороги часто не поддаются лечению обычными противоэпилептическими препаратами и могут привести к эпилепсии в более позднем возрасте и когнитивному дефициту. Гипоксическая и/или ишемическая энцефалопатия является наиболее частой причиной судорог у новорождённых (составляет более двух третей всех случаев) [57].

В наиболее популярных моделях на грызунах для индукции неонатальных судорог используют воздействие только гипоксии на интактных животных или комбинацию гипоксии и окклюзии сонных артерий. Однако в таких моделях отсутствует системная гиперкапния, которая является фундаментальной составляющей асфиксии при рождении и оказывает большое влияние на возбудимость нейронов. Для моделирования родовой асфиксии детёнышей грызунов подвергают циклическому воздействию 9 и 5% O2 при постоянном уровне 20% CO2 [58].

Информация относительно наиболее распространённых моделей эпилепсии, доступных в настоящее время с учётом их трансляционной валидности и ограничений, представлена в табл. 1 [59–71].

 

Таблица 1. Преимущества и ограничения животных моделей эпилепсии

Table 1. Advantages and limitations of animal models of epilepsy

Модель	Моделируемая патология	Релевантность модели	Ограничения модели	Животные
Киндлинг	Модель генерализованных и вторично генерализующихся фокальных тонико-клонических припадков, височной эпилепсии, абсансной эпилепсии, эпилептического статуса и миоклонических припадков	Включает начальную травму и латентный период, после которого развиваются спонтанные рецидивирующие судороги, что соответствует клинической картине заболевания [9, 19]	Спонтанные припадки редки, их сложно зарегистрировать без длительной видеофиксации [9]	Грызуны, дрозофилы
Жидкостная перкуссионная травма	Посттравматическая эпилепсия	Легко воспроизводима и стандартизирована, параметры воздействия легко контролировать, клиническая картина соответствует наблюдаемой у пациентов [24, 59]	Редкие спонтанные припадки, требуется краниотомия [24, 59]	Млекопитающие
Модель падения веса Мармару	Посттравматическая эпилепсия	Адекватно имитирует диффузное повреждение при закрытой ЧМТ, включает кровоизлияние, нарушения сна, повышенную тревожность и когнитивные нарушения [60]	Редкие спонтанные припадки, высокая смертность, более лёгкие поведенческие и когнитивные нарушения, чем у людей [61]	Грызуны
Инъекции веществ, содержащих ионы железа	Посттравматическая эпилепсия, геморрагический инсульт	Имитирует гистологические повреждения, изменения ионных каналов и ионотропных рецепторов, отражает накопление в тканях железа, связанное с кровоизлиянием при проникающей ЧМТ [26, 62]	Плохо изучены сопутствующие осложнения [26]	Грызуны
Подрез	Хроническая посттравматическая гипервозбудимость после проникающего ранения	Является ценной для изучения деталей функциональных и структурных изменений неокортикальных ГАМК-ергических интернейронов и пирамидных нейронов, возникающих в месте очагового повреждения [63]	Отсутствуют спонтанные рецидивирующие приступы, значительные двигательные дефициты или когнитивные нарушения, повреждения не характерны для ЧМТ человека [9]	Грызуны, кошки
Модель проникающей баллистической травмы	Хроническая посттравматическая гипервозбудимость после проникающего ранения	Наиболее релевантная модель проникающего ранения головного мозга, включает механическое разрушение различных структур, а также возможность проникновения в ткани мозга инородных объектов, близко соответствует картине огнестрельного ранения [61]	Редкие спонтанные припадки, длительный латентный период, более ограниченный ущерб по сравнению с проникающей ЧМТ у человека [61]	Крысы
Модель аудиогенных судорог	Генерализованные тонико-клонические припадки, генетическая эпилепсия	Позволяет выявлять высокую предрасположенность к приступам без краниотомии, моделирует тонико-клонические судороги [30]	Отсутствие спонтанных припадков [30]	Грызуны
Пошатывающиеся мыши	Абсансная эпилепсия	Наиболее релевантная модель эпизодической атаксии отражает поведенческие симптомы, наблюдаемые у людей, приступы подавляются антиабсансными препаратами [64, 65]	Сложно оценить выраженность припадков без снятия ЭЭГ [64]	Мыши
Летаргические мыши	Абсансная эпилепсия	Судороги имеют поведенческие и электрографические профили, аналогичные абсансам у людей, модель подходит для оценки эффективности препаратов [66]	Сложно оценить выраженность припадков без снятия ЭЭГ [65]	Мыши
Мыши Stargazer	Абсансная эпилепсия	Демонстрирует сходный с человеческим фенотип приступов [65]	Сложно оценить выраженность припадков без снятия ЭЭГ, генетически модель не соответствует известным в клинике патологиям [9, 65]	Мыши
Мыши Mocha	Абсансная эпилепсия	Демонстрирует сходный с человеческим фенотип абсансных приступов [65]	Сложно оценить выраженность припадков без снятия ЭЭГ [65]	Мыши
Мыши с медленно-волновой эпилепсией	Абсансная эпилепсия	Демонстрирует сходный с человеческим фенотип приступов, подходит для оценки эффективности препаратов [9]	Сложно оценить выраженность припадков без снятия ЭЭГ [65]	Мыши
Утиная мышь	Абсансная эпилепсия	Имитирует абсансную эпилепсию, вызванную патологией кальциевых каналов [40, 41]	Модель демонстрирует нехарактерные для пациентов с абсансами проявления, такие как дискинезия конечностей и дисгенезия некоторых областей мозга [40, 41]	Мыши
Модель	Моделируемая патология	Релевантность модели	Ограничения модели	Животные
Крысы GAERS	Абсансная эпилепсия	Электрофизиологические и поведенческие характеристики хорошо согласуются с симптомами людей, чувствительность к противоэпилептическим препаратам соответствует клинике [33, 43]	Сложно оценить выраженность припадков без снятия ЭЭГ, высокая вариативность фенотипа в зависимости от пола и от факторов окружающей среды [33, 65]	Крысы
Крысы WAG/Rij	Детская абсансная эпилепсия	Много сходства в клинической картине заболевания, включая действие различных препаратов. У модельных животных наблюдаются тревога и депрессия, характерные для пациентов [44]	Сложно оценить выраженность припадков без снятия ЭЭГ, высокая вариативность фенотипа в зависимости от пола, возраста и от факторов окружающей среды [44, 65]	Крысы
Мыши с дефицитом Cln3	Болезнь Баттена	Имитирует наиболее частую мутацию человека, вызывающую ювенильную болезнь Баттена. Наблюдаются характерное снижение нейрокогнитивных функций, поведенческие изменения и двигательный дефицит [67]	Модель не отражает характерную прогрессирующую потерю зрения, особенности и выраженность симптомов зависят от пола животного [67]	Мыши
Мыши, нокаутные по гену CSTB	Болезнь Унверрихта–Лундборга	Имитирует дефект цистатина B (CSTB) — мутацию человека, вызывающую прогрессирующую миоклоническую эпилепсию, является перспективной для разработки генной терапии [45]	У нокаутных мышей экспрессия CSTB отсутствует, тогда как у пациентов около 10% белка продолжает экспрессироваться. Мыши демонстрируют более тяжёлую патологию, характеризующуюся ранней инфантильной энцефалопатией и смертью [45]	Мыши
Столбнячный токсин	Височная эпилепсия	Отражает ГАМК-связанные эпилептогенные механизмы с двусторонней эпилептической активностью гиппокампа. Наблюдаются атрофия и глиоз ткани, а также очаговая потеря пирамидных нейронов в области CA1 гиппокампа [50]	Отсутствие типичного склероза гиппокампа и потери нейронов, ограниченные спонтанные судороги [50]	Грызуны
Микроинъекции пенициллина	Височная эпилепсия	Картина приступов сходна с височной эпилепсией в клинике: приступ начинается фокально, затем распространяется и генерализуется, патологические изменения включают потерю нейронов, пролиферацию глиальных клеток, склероз гиппокампа, уменьшение количества синапсов в области CA1 [51]	Спонтанные приступы отсутствуют, требуются повторные инъекции, модель не отражает сложный механизм эпилептогенеза у людей [51]	Грызуны и макаки
Заражение вирусом Тейлора	Височная эпилепсия	Отражает механизмы индуцированного вирусом эпилептогенеза, включает такие сопутствующие симптомы, как склероз гиппокампа, прорастание мшистых волокон и клеточную смерть [9]	Отсутствие рецидивирующих приступов, длительный латентный период, требуется стереотаксическая операция [9]	Мыши
Инъекции тутина	Височная эпилепсия	Последовательность событий и клиническая картина приступов имитируют наблюдаемые при височной эпилепсии человека [9]	Не обнаружено характерных для эпилепсии структурных изменений [9]	Грызуны, макаки-резусы
Модель гипертермических припадков	Мезиальная височная эпилепсия	Релевантна для эпилепсии, развивающейся у детей после фебрильных судорог, включает склероз гиппокампа [54, 55]	Отсутствуют спонтанные приступы [54, 55]	Грызуны
Контролируемое корковое воздействие	Хроническая посттравматическая гипервозбудимость и височная эпилепсия	Включает прорастание мшистых волокон в зубчатой извилине гиппокампа, структурно-функциональные нейросетевые изменения, ранние судорожные приступы [56]	Требуется проведение краниотомии [56]	Хорёк, мышь, крыса, свинья, обезьяна
Модель гипоксии/ишемии	Гипоксическая и/или ишемическая энцефалопатия	Демонстрирует поведенческие изменения (агрессия, нарушения памяти, социальный дефицит). Наблюдается прорастание мшистых волокон, аномальная возбудимость и пластичность сетей гиппокампа [57, 58]	Отсутствует системная гиперкапния, высокая смертность, редкие спонтанные приступы [57, 58]	Грызуны
Фенитоин/ламотриджин-резистентный киндлинг	Фармакорезистентная эпилепсия	Сохраняет все особенности обычного киндлинга, фенотип не отличается от животных, реагирующих на препараты, при этом приступы не подавляются фенитоином и ламотриджином [68]	Нет спонтанных рецидивирующих припадков [68]	Грызуны
Внутригиппокампальная каинатная модель	Фармакорезистентная эпилепсия	Модель сохраняет все особенности обычного киндлинга [68–70]	Нет спонтанных рецидивирующих припадков [68–70]	Грызуны
Модель	Моделируемая патология	Релевантность модели	Ограничения модели	Животные
Модель фармакорезистентных фокальных судорог с частотой 6 Гц	Фармакорезистентная эпилепсия	Модель сохраняет все особенности обычного киндлинга [68–70]	Нет спонтанных рецидивирующих припадков [68–70]	Мыши
Дрозофилы с фенотипом bss	Фармакорезистентная эпилепсия	Судороги не подавляются препаратами [16]	Для приближения модели к эпилепсии человека требуются дополнительные модификации, например включение экспрессии человеческих генов [16]	Дрозофилы
Фармакорезистентная эпилепсия у собак	Фармакорезистентная эпилепсия	Не требует специфических манипуляций, в исследованиях участвуют животные, имеющие естественный фенотип фармакорезистентных судорог, присутствуют спонтанные припадки [71]	Менее удобная и более дорогостоящая для исследований [71]	Собаки

Примечание: ЧМТ — черепно-мозговая травма. Note: ЧМТ is a traumatic brain injury.

 

Модели фармакорезистентной эпилепсии

Несмотря на значительный прогресс в понимании молекулярных механизмов эпилептогенеза, более 30% пациентов остаются устойчивыми к доступным методам лечения [68].

Фармакорезистентная эпилепсия исследуется на различных модельных объектах. Особо распространены модели на грызунах, демонстрирующие различную степень фармакорезистентности. В эту группу входят фенитоин/ламотриджин-резистентный киндлинг, мышиная модель парциальных припадков, внутригиппокампальная каинатная модель, модель эпилептического статуса у крыс после химической или электрической стимуляции.

В 1986 году W. Löscher с соавт. [69] предложили киндлинг в качестве модели для исследования трудноизлечимой эпилепсии. Позже было показано, что данная модель лучше воспроизводит фокальную эпилепсию у человека. В этих исследованиях использовали ежедневную однократную электрическую стимуляцию базолатеральной миндалины до тех пор, пока все крысы не проявят одинаковую максимальную реакцию. В итоге были сделаны выводы, что крысы с резистентностью к фенитоину являются уникальным объектом для исследования механизмов лекарственной устойчивости при эпилепсии. В частности, патофизиологические процессы у резистентных к фенитоину крыс могут быть сопоставлены с таковыми у крыс в модели киндлинга, которые реагируют на этот препарат [70].

Кроме того, модели эпилепсии с лекарственной устойчивостью были успешно созданы у собак [71], и доказано, что они подходят для оценки терапевтического эффекта противоэпилептических препаратов [9].

Среди различных моделей мышиная модель фармакорезистентных фокальных судорог с частотой 6 Гц в настоящее время наиболее широко используется в доклинических исследованиях противосудорожных препаратов, но несколько других моделей полезны как для идентификации, так и для дифференциации исследуемых соединений [68]. Развитие данных моделей имеет важное значение для изучения патогенеза рефрактерной эпилепсии, а также разработки принципиально новых противосудорожных препаратов [15].

Мутанты дрозофилы с натрий-ионными каналопатиями, например с фенотипом bss, потенциально могут стать моделью фармакорезистентной эпилепсии человека. Такие мухи более склонны к судорожным приступам, которые, как правило, очень трудно подавить с помощью супрессорных мутаций или препаратов. Возможно также смоделировать человеческую рефрактерную эпилепсию у дрозофилы, вызывая у мутантных мух bss сверхэкспрессию MRP1 человека (белок, ассоциированный с рефрактерной эпилепсией) [16].

Идеальная модель фармакорезистентной эпилепсии должна иметь фармакологический профиль, устойчивый как минимум к двум из существующих противосудорожных препаратов [72]. Ни одна животная модель не может передать все особенности состояния человека, однако именно совокупность фармакорезистентных моделей фиксирует многие процессы, наблюдаемые при судорогах [68]. В настоящее время существует острая необходимость в более простых моделях фармакорезистентной эпилепсии, подходящих для скрининга различных соединений с целью обнаружения эффективных препаратов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Модели на животных жизненно необходимы для исследований патофизиологии эпилепсии, потенциальных механизмов эпилептогенеза, для разработки и выбора препаратов, а также оценки их побочных эффектов. Учитывая сложность и высокую гетерогенность фенотипов и сопутствующих заболеваний, животные модели не могут полностью воссоздать реальную клиническую картину судорог у человека. Важное значение для исследований имеет подбор максимально релевантных моделей, учитывающих особенности конкретного фенотипа. Кроме того, для будущих исследований необходимы постоянное совершенствование существующих моделей и разработка новых.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Вклад авторов. Н.Н. Митина — поиск литературных источников, обзор литературы, подготовка и написание текста статьи; Е.В. Кондакова — поиск литературных источников, обзор литературы, правка и финальное редактирование; В.С. Тарабыкин — концептуализация и редактирование статьи; А.А. Бабаев — формулирование идеи и основных элементов статьи, финальное редактирование и правка. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Источник финансирования. Научное исследование проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FSWR-2023-0029).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. N.N. Mitina — search for literary sources, literature review, preparation and writing the text of the article; E.V. Kondakova — search for literary sources, final editing and correcting the article; V.S. Tarabykin — editing the article; A.A. Babaev — final editing and correcting the article. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors have made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).

Funding source. This work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (project N FSWR-2023-0029).

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

About the authors

Natalia N. Mitina

Institute of Neuroscience, National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod; Research Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: turyginanatasha@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7364-9914
SPIN-code: 2493-7797
Russian Federation, Nizhny Novgorod; Tomsk

Elena V. Kondakova

Institute of Neuroscience, National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod; Research Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: elen_kondakova@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-6123-8181
SPIN-code: 1417-5710

Cand. Sci. (Biol.)

Russian Federation, Nizhny Novgorod; Tomsk

Victor S. Tarabykin

Institute of Cell Biology and Neurobiology, Charité Medical University

Email: tarabykinvictor@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8931-7263
SPIN-code: 2111-8748

Dr. Sci. (Biol.)

Germany, Berlin

Alexey A. Babaev

Institute of Neuroscience, National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Author for correspondence.
Email: alexisbabaev@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-8150-6649
SPIN-code: 5705-7846

Cand. Sci. (Biol.)

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

Supplementary files