嬰兒痙攣癥（Infantile spasm，IS）是一種嬰幼兒期難治性癲癇性腦病，臨床表現是點頭抱團樣痙攣發作，腦電圖（EEG）呈發作間期高度失律以及精神運動發育落后。大多數患兒促腎上腺皮質激素（Adrenocorticotropic Hormone，ACTH）和氨己烯酸（Vigabatrin，VGB）治療有效，對普通抗癲癇藥物效果不佳。嬰兒痙攣癥的病因有 200 多種，但至今發病機制不明。本文總結了 7 個有關嬰兒痙攣癥典型的動物模型。ARX 基因突變小鼠模型對雌二醇治療有效，且提出了中間神經元致病學說。唐氏綜合癥小鼠模型由氨基丁酸 B 受體（GABABR）激動劑誘發痙攣，對托肽品 Q 治療有效。N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）可以誘導大、小鼠痙攣發作，在產前給予倍他米松或是產前游泳模擬產前壓力解釋了 ACTH 治療有效性的原理。多重打擊大鼠模型模擬大腦皮層受損導致的癲癇，做出了耐藥模型。河豚毒大鼠模型是唯一有 EEG 發作間期高度失律的模型，并且和“發作不同步學說”相一致。本文回顧學習 7 個嬰兒痙攣癥不同動物模型的特點和局限性，探討嬰兒痙攣癥的發病機制，以及部分模型的新藥研究。
引用本文： 劉雨田, 鄒麗萍. 嬰兒痙攣癥動物模型研究進展及其評價. 癲癇雜志, 2019, 5(2): 125-129. doi: 10.7507/2096-0247.20190023 復制
嬰兒痙攣癥（Infantile spasm，IS）是比較常見的災難性癲癇性腦病，其發病率是 1/3 225。很多文獻描述過該疾病的臨床表現[1-5]，但至今沒有文獻明確指出其發病機制。患兒發病年齡約在 3～12 月齡，高發年齡是 6 月齡。痙攣有年齡依賴性，之后轉為其他難治性癲癇—比如部分性發作或是 Lennox-Gastaut 綜合癥。IS 臨床表現是非常簡短的對稱性四肢、頸部或軀干屈曲或是外展樣的肌肉收縮。痙攣可以單次發作，但是常見的是成串發作，醒睡轉換期易發生。
IS 的腦電圖（EEG）有別于其他形式的癲癇。發作期 EEG 為廣泛的慢波之后電衰減，接著是快速棘波。然而這也是經常變化的，有時候會缺如。這種情況可以發生在不同患者之間或是同一患者不同時間段[6]。發作間期 EEG 是高度失律，由非同步高電壓慢波和頻繁的多灶棘波組成，在非快速動眼睡眠易記錄到。
IS 明確的病因大概有 200 多種[3, 7]。最新的癲癇病因分為六大類，分別是：① 基因突變；② 結構異常；③ 代謝障礙；④ 免疫性相關；⑤ 感染后遺癥；⑥ 病因不明[8]。此分類科學且全面，同樣適用于 IS。IS 不同的病因導致一樣的臨床發作和 EEG 異常，因此患者應該存在一個共同的發病機制[3]。常見的基因異常是單基因突變、微缺失和微重復，這些基因編碼的蛋白質在大腦功能中并不一樣，進一步驗證了 IS 病因的多樣性。
IS 發病機制的另一個潛在線索是其獨特的藥理反應性。IS 對常規抗癲癇藥物（AEDs）反應差，Sorel 等[9]于 1958 年首次報道促腎上腺皮質激素（ACTH）治療 IS 有效，是其一線用藥，約 42%～87% 的患兒接受 ACTH 治療后臨床無發作和 EEG 高度失律消失[10-13]，但是至今其藥理機制依然不明。
IS 的臨床表現和 EEG 都非常獨特，為了研究其發病機制，合格的動物模型至關重要。但是發作表現如同人類的幼年動物模型一直沒有建立成功。比如，研究多年大量的新生兒缺氧缺血性腦病（Hypoxic-ischemic encephalopaghy，HIE）動物模型發現，盡管有癲癇發作，但是從未有 IS 的臨床表現。這樣的結果也是可以解釋的，因為并不是所有 HIE 的患兒都患 IS。基因突變導致的結節性硬化（Tuberous sclerosis，TSC）其患兒發生 IS 有 40%～50%[14]，但是 TSC 的動物模型有嚴重性癲癇，卻沒有類似 IS 的臨床表現[15, 16]。近幾年的研究中，多個實驗室做出了類似 IS 的大鼠或是小鼠動物模型。
回顧這幾例動物實驗之前，非常有必要探討一下 IS 動物模型的標準。1996 年，美國國立衛生研究院國家神經性疾病和卒中研究所（NIH/NINDS）工作小組制定了“理想的嬰兒痙攣癥模型”[17]的標準：① 出生后早期自發性成串痙攣；② 發作期 EEG（包括電衰減）；③ 發作間期 EEG 高度失律；④ ACTH 或是氨己烯酸（VGB）有效；⑤ 行為認知落后。包含上述所有標準的動物模型是非常困難的，至今未成功，因此這只是個“理想”的動物模型標準，但這并未阻止對 IS 發病機制的探索[18]。其實有效的最低動物標準也是可以探討的，低于這個標準就不是 IS 動物模型。最近提出的一個最低動物標準是：① 異常 EEG；② 出生后自發性癲癇發作，但不一定是痙攣發作；③ 認知障礙[19]。還有一個版本的標準是：① 嬰兒期癇性發作；② ACTH 治療有效[20]。很難想象 IS 動物模型沒有要求有痙攣發作和發作期 EEG，當然如果嬰兒期有痙攣發作就更好了。不過，檢驗動物模型是否有效，還是要看是否能回答 IS 發病的病理生理機制這個問題。
1 基因異常導致嬰兒痙攣癥的動物模型
1.1 ARX 基因敲入小鼠模型
ARX（Aristaless-related homeobox）基因編碼一種在神經元前體和成熟抑制性中間神經元中選擇性表達的轉錄因子，影響細胞遷移，是導致 X-連鎖 IS 的主要遺傳亞型。ARX 中的 GCG 三聯體重復擴增，導致 ARX 蛋白多聚丙氨酸區中增加 7 個丙氨酸，是最常見的遺傳錯誤[21, 22]。Olivetti 等[23]用 7-Ala 擴增工程改造的基因敲入小鼠，稱為 Arx（GCG）10+7 小鼠。在小鼠出生后早期發育時短暫的進行雌二醇（Estradiol，E2）給藥可預防嬰兒期的痙攣發作和成年期的癲癇發作，并減少 EEG 異常放電。在青春期后或出生后 30 d 給藥 E2 則無效。早期皮下注射 E2 治療改變 ARX 三個下游靶點（Shox2，Ebf3 和 Lgi1）的 mRNA 水平，并恢復丟失的中間神經元，而不增加 γ-氨基丁酸（γ－aminobutyric acid，GABA）能突觸密度。
評價：Arx（GCG）10+7 小鼠是基因突變的動物模型，表現出與人類類似的 IS，自發性發作時 EEG 具有頻繁間歇性尖峰放電，認知和行為障礙，不足之處是 EEG 沒有高度失律，未評估 ACTH 的療效。早期 E2 治療可能會導致持久的轉錄變化從而導致持久的疾病修復，并可能潛在地作為遺傳性中間神經元病變的療法。這一模型讓大家對中間神經元的缺失對癲癇的病理生理，尤其是 IS 的影響有了更多的了解。
1.2 唐氏綜合征小鼠模型
唐氏綜合征（Down syndrome，DS）是人類 21 號染色體三倍體變異導致的，是智力障礙最常見的遺傳病因。DS 患兒癲癇發病率高于一般人群，而且易患 IS[24, 25]。DS 的 Ts65Dn（Ts）小鼠模型是 16 號染色體末端局部三倍體，其中有 132 個基因與人類 21 號染色體類似。Ts 小鼠和人 DS 中共同三倍體基因之一是 Kcnj6，是 DS 關鍵區域的核心基因，其編碼 G 蛋白偶聯內向整流鉀（K1）通道亞基 2（Channel subunit 2，GIRK2），其在突觸前和突觸后神經元中與 γ-氨基丁酸 B 受體（GABABR）功能性連接。Ts 小鼠對 GABABR 激動劑誘導的 IS 是非常敏感的。GABABR 激動劑誘導痙攣，表現為成串的伸肌痙攣發作，同期 EEG 有電衰減，發作間期有高度失律，有學習認知障礙，對 ACTH 及 VGB 治療有效。Joshi 等[26]研究發現 GABABR 激動劑（c-Butyrolactone，GBL）誘導 Ts 小鼠。與 GIRK2 三倍體 Ts 小鼠比，GIRK2 二倍體 Ts 小鼠海馬神經元中的 Kcnj6 已被從三倍體敲低到二倍體。Ts 小鼠中 Kcnj6 的拷貝數的減少解救了 GBL 誘發的 IS。以 GIRK2 二倍體 Ts 小鼠為標準，GIRK2 三倍體 Ts 小鼠海馬神經元中 GABABR 介導的 GIRK2 電流增加。類似地，用 GIRK 拮抗劑托肽品 Q（tertiapin-Q）藥理學敲低 Ts 小鼠腦中的 GIRK2 通道也解救了 Ts 突變小鼠由 GBL 誘導的 IS。GABABR 偶聯的 GIRK2 通道對于 Ts 小鼠中 GBL 誘導的 IS 是必需的，并且可以用于 DS 導致的 IS 的新型靶點治療。
評價： TS 小鼠是基因異常的動物模型，需要 GABABR 激動劑誘導痙攣，對 GABABR 激動劑敏感。表現為成串的伸肌痙攣發作，同期 EEG 有電衰減，有認知障礙，對 ACTH 治療有效。不足之處是沒有痙攣發作年齡的描述及痙攣發作是 GBL 誘導的，沒用仔細描述發作間期的高度失律。此動物模型測試了 GIRK2 對于 Ts 中 GABABR 激動劑誘發的 IS 所必需的假說，評估了 Ts 腦中 GIRK2 通道遺傳學或藥理學上敲低對 GABABR 激動劑誘導 Ts 小鼠的 IS 的效果。
2 N-甲基-D-天冬氨酸受體誘發癲癇動物模型
2.1 倍他米松-N-甲基-D-天冬氨酸受體誘發癲癇大鼠模型
孕 15 d 母鼠倍他米松處理，大鼠出生后從第 10 天（Postnatal day10，P10）至 P15 腹腔注射 N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）誘發痙攣。這一實驗基本原理沒有完全闡明，似乎是試圖模仿產前壓力，孕期經過倍他米松處理后的新生大鼠對 NMDA 更敏感。NMDA 可以誘發早期痙攣發作，NMDA 誘發的癲癇發作類型在大鼠發育成熟期轉變，大鼠模型有類似人類 IS 的 EEG，對 ACTH 和 VGB 治療有效[27, 28]。這個模型已經被獨立證實有效[29]，再一次驗證了 ACTH 對 IS 治療的有效性。因給予 ARX 基因敲入的新生小鼠［Arx（GCG）10+7］E2 治療，可以增加其皮層 GABA 能神經元數量[30]。借用這個思路，Chachua [31] 在 NMDA 誘發痙攣之前，給予新生大鼠（P3）E2 治療，雖然未減少 NMDA 誘發的痙攣，但是其皮層 GABA 能神經元增加，且雄性大鼠行為有改善。提示 E2 也許可以治療因 GABA 能缺乏導致的 IS 患兒，但對其他誘因導致的 IS 無效。
評價：NMDA 是興奮性神經遞質，可以誘發新生大鼠痙攣發作，有類似人 IS 的發作形式和年齡依賴性，對 ACTH 和 VGB 治療有效。孕期給予大鼠倍他米松模擬產前壓力，大鼠對 NMDA 更敏感。此動物模型不足之處是癲癇不是自發的，是由 NMDA 誘發的，而且 EEG 沒有明確描述。
2.2 N-甲基-D-天冬氨酸受體誘發癲癇小鼠模型
由于 IS 的病因有一大類是基因突變，基因工程小鼠在以后研究 IS 病因中會越發重要。雖然 NMDA 誘導痙攣癥模型大鼠嬰兒早已被研究，但是 Shi 等[32]首次研究出 IS 的小鼠模型。分別在 C57 和 Balbc 小鼠出生 P11、P12、P13 腹腔注射 NMDA（7、15、30 mg/kg），發現 C57 小鼠在 P13 注射 NMDA（15 mg/kg） 既能誘導癲癇，又能低死亡率。小鼠在注射 NMDA 后有成串的屈曲樣癇性發作，而且有年齡依賴性，提前電極埋入式 EEG 小鼠死亡率高，未能記錄 NMDA 給藥時 EEG，給予 NMDA 后 6 d（P19）EEG 沒用高度失律，小鼠記憶力下降、運動協調受損而且易焦慮，ACTH 治療減少癲癇發作次數和幅度。該實驗為研究 IS 發病機制增加了一個新的動物模型。
評價：NMDA 誘發癲癇的小鼠模型，有成串的屈曲樣癇性發作和年齡依賴性，ACTH 治療部分有效，有認知障礙。因幼鼠太小埋入式 EEG 小鼠死亡率過高未能記錄 EEG，且痙攣是 NMDA 誘發的。未在孕期給予小鼠倍他米松。此研究拓展了 NMDA 誘導 IS 的動物模型，為日后基因小鼠模型做好準備。
2.3 N-甲基-D-天冬氨酸受體誘發癲癇產前壓力大鼠模型
產前壓力學說（鄒氏學說）是在臨床工作中發現的，Shi 團隊[33]使懷孕大鼠從懷孕第一天到生產，每天在 4℃ 水中游泳 5 min，新生大鼠 P13 腹腔注射 NMDA 誘發癲癇。產前游泳的實驗組大鼠對 NMDA 更敏感。NMDA 可以誘發屈曲樣痙攣發作，沒有 EEG 描述，ACTH 治療減少痙攣發作和大鼠死亡率。與對照組比，實驗組大鼠血清皮質醇、血清 ACTH 低，腦組織中 GABA 減少，海馬、大腦皮層、下丘腦和腦干中 NMDA 受體 1（NMDAR1） 和 NMDA 受體 2B （NMDAR2B）增多，海馬中 NMDA 受體 2A （NMDAR2A）增多。實驗組大鼠腦組織線粒體腫脹，嵴減少，嵴斷裂消失。皮質醇和 ACTH 是下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸（Hypothalamic-pituitary-adrenocortical axis，HPA 軸）重要的激素，母體壓力導致后代的這些激素減少。此外，這種效果持續出生后 4 周，可能的機制是，母體產生的糖皮質激素和兒茶酚胺太多會導致子宮胎盤的血液減少，進一步導致胎兒缺乏營養，從而影響其 HPA 軸[34]。胎兒的糖皮質激素循環能力有限，因此，即使少量流入胎兒血液的糖皮質激素也會引起糖皮質激素濃度的顯著變化，特別是影響胎兒 HPA 軸的功能[35]。Brunson 等[36]認為與產前應激暴露相關的過量促腎上腺皮質激素釋放激素（Corticotropin-releasing hormone，CRH）對 IS 的發生至關重要。此實驗組大鼠對 NMDA 誘導癲癇和對 ACTH 的治療都更敏感。鄒氏學說認為所有 IS 的病因都會導致 NMDA 受體的過表達，進而誘發癲癇。腦發育不良，遺傳性代謝疾病等因素可能導致 NMDA 受體過度表達，并根據妊娠期不良事件觸發 IS。
評價：NMDA 誘導產前游泳的新生大鼠癲癇發作，表現為屈曲樣痙攣發作，ACTH 治療減少痙攣發作和死亡率。沒有 EEG、癲癇年齡依賴性和認知障礙的描述。產前游泳使大鼠對 NMDA 更敏感，模擬產前壓力。該動物模型提出了誘導疾病的機制并建立了一個新模型，可用于解釋流行的 3 個假說（CRH 假說、NMDA 假說和 5-羥色胺酸假說）。還為 IS 的發作提供了依據，并闡明了 ACTH 是該疾病最有效治療方法的原因。
3 結構異常導致嬰兒痙攣癥的動物模型
3.1 多重打擊大鼠模型
建立大腦皮層和皮層下網絡相互異常作用，尤其是和腦干網絡異常作用導致的 IS 的動物模型。多重打擊大鼠是同時導致大鼠大腦皮層和皮層下病理損傷。給 P3 大鼠腦室內注射多柔比星，大腦皮層注射脂多糖。多柔比星是一種蒽環類化學劑，通過氧化應激損傷和殺死神經元，而脂多糖是從革蘭氏陰性菌釋放的毒素，能夠損傷腦白質并在炎癥細胞中活化。2 d 后用對氯苯丙氨酸注射大鼠，通過阻斷色氨酸羥化酶來消耗腦中的 5-羥色胺，增加神經元的興奮性誘導痙攣發作。大鼠 P4～P13 d 有成串的屈曲外展樣痙攣，P9 d 現邊緣系統動作性癇樣發作。同期 EEG 與人類相似，49% 的痙攣發作有相關 EEG，其中 27% 的痙攣發作 EEG 電衰減，73% 痙攣發作有棘尖波放電。發作間期 EEG 高幅棘慢波;有學習記憶困難和社交困難;行為呆板類似孤獨癥。ACTH 無效，VGB 控制發作只能持續到 P5 d。這些大鼠的腦神經解剖顯示右皮質厚度的減少和胼胝體、紋狀體、海馬、丘腦以及其他結構中彌漫性損傷[37]。Galanopoulou 等[38]研究發現盡管在別的 IS 動物模型中有效的藥物，比如半胱天冬酶 1 抑制劑 VX-765（50～200 mg/kg，腹腔內注射）和 GABABR 抑制劑 CGP35348（12.5～100 mg/kg，腹腔內注射）或是 17β-E2（40 ng/g·d，皮下注射），沒有一種治療表現出對此動物模型痙攣發作有急性或延遲作用，但都具有良好的耐受性。
評價：化學損傷大鼠大腦皮層及皮層下組織，臨床表現為成串的屈曲外展樣痙攣發作，有年齡依賴性，發作期 EEG 有電衰減，發作間期 EEG 沒用高度失律，只有棘慢波，有認知障礙，ACTH 治療無效。建立了耐藥難治性痙攣動物模型，這和人類有明顯病灶的 IS 更耐藥的情況相符[39]，可以用于新藥的篩選。
3.2 河豚毒大鼠模型
河豚毒（Tetrodotoxin，TTX）大鼠模型最初用于研究神經元電活動在海馬發育中的作用，但是發現其可誘導癲癇發作，而且很像 IS 的臨床表現[40]。Lee 等[41]在大鼠出 P10～P12 開始， TTX10 μM 長期（28 d）注入其海馬或大腦皮層。晚幾天，同樣的劑量就不會發生痙攣和癲癇。雙脫氧葡萄糖研究顯示，以輸注套管尖端為中心產生一個直徑為 2.5 cm 的神經元失活區域。這種處理可能模擬 IS 患者的頭顱 PET 報告中的區域性低代謝。大鼠 P21 之前，其軀干或前肢短暫屈曲或外展，成串發作，約 50 次/串，醒睡轉換期多見。痙攣持續 2 個月，6 個月的時候轉為邊緣系統動作性癲癇。VEEG 顯示有和人類相似的發作期 EEG，與人類對比，發作期 EEG 是大量慢波后電衰減，隨后是大量棘波。此外，發作間期還有類似人類的高度失律。Frost 等[42]研究發現 VGB 在 TTX 模型中有效抑制痙攣發作和高度失律。VGB 也似乎優先抑制 EEG 記錄中的異常高頻振幅（High frequency oscillations，HFO）的產生，HFO 反應了顳葉和新皮層發生局灶癲癇，從而暗示新皮層 HFO 在 IS 的地位。
評價：慢性損傷動物模型，有成串的痙攣發作，醒睡轉換期多見，發作期 EEG 有電衰減，發作間期 EEG 有高度失律，多在非快速動眼睡眠出現，這是至今唯一的 IS 動物模型中 EEG 有高度失律，對 IS 動物模型 EEG 高度失律的評估做出了重大貢獻，不足之處在于沒有評估認知障礙和 ACTH 的療效。
因此，Frost 等[3]提出“發展不同步學說”：腦損傷或對神經元發育重要的基因突變等原因，導致兩個或多個中樞神經系統發育過程中特殊時間不同步是 IS 發病的主要機制。某些腦系統功能失調導致發育狀態不同，因此腦組織成熟度不同步。腦功能失調繼發于多種誘因，這和 IS 患者病因學多樣性相一致。TTX 模型的特征與發育不同步的概念一致，眾所周知，神經元電活動在神經元網絡成熟正常過程中起重要作用。通過 TTX 在局部大腦皮層中抑制神經元活性，可以預測該區域中神經元的成熟將被改變并且可能延遲其在遠端位點的突觸配對。因此，TTX 暴露細胞的發育應該與未暴露細胞不同步。目前尚不清楚不同步如何導致 IS，但由不同病因引起不同類型的不同步就不得不融合在一個“關鍵系統”上，這將引發導致 IS 共同通路的病理生理機制。
綜上所述，目前 IS 發病基本機制的動物模型還在探索階段。現有的幾種動物模型也驗證一些發病機制的假說，近年也有一些新的動物模型（產前壓力模型、NMDA 小鼠模型），但理想動物模型并未出現，更多是在原有模型上做進一步藥物篩選的研究。技術改進對于研究嚙齒類動物幼崽的癲癇發作而言是非常重要的，有效的動物模型一旦驗證，便有機會研究造成這種災難性癲癇的發病機制，為其有效治療提供新途徑。
嬰兒痙攣癥（Infantile spasm，IS）是比較常見的災難性癲癇性腦病，其發病率是 1/3 225。很多文獻描述過該疾病的臨床表現[1-5]，但至今沒有文獻明確指出其發病機制。患兒發病年齡約在 3～12 月齡，高發年齡是 6 月齡。痙攣有年齡依賴性，之后轉為其他難治性癲癇—比如部分性發作或是 Lennox-Gastaut 綜合癥。IS 臨床表現是非常簡短的對稱性四肢、頸部或軀干屈曲或是外展樣的肌肉收縮。痙攣可以單次發作，但是常見的是成串發作，醒睡轉換期易發生。
IS 的腦電圖（EEG）有別于其他形式的癲癇。發作期 EEG 為廣泛的慢波之后電衰減，接著是快速棘波。然而這也是經常變化的，有時候會缺如。這種情況可以發生在不同患者之間或是同一患者不同時間段[6]。發作間期 EEG 是高度失律，由非同步高電壓慢波和頻繁的多灶棘波組成，在非快速動眼睡眠易記錄到。
IS 明確的病因大概有 200 多種[3, 7]。最新的癲癇病因分為六大類，分別是：① 基因突變；② 結構異常；③ 代謝障礙；④ 免疫性相關；⑤ 感染后遺癥；⑥ 病因不明[8]。此分類科學且全面，同樣適用于 IS。IS 不同的病因導致一樣的臨床發作和 EEG 異常，因此患者應該存在一個共同的發病機制[3]。常見的基因異常是單基因突變、微缺失和微重復，這些基因編碼的蛋白質在大腦功能中并不一樣，進一步驗證了 IS 病因的多樣性。
IS 發病機制的另一個潛在線索是其獨特的藥理反應性。IS 對常規抗癲癇藥物（AEDs）反應差，Sorel 等[9]于 1958 年首次報道促腎上腺皮質激素（ACTH）治療 IS 有效，是其一線用藥，約 42%～87% 的患兒接受 ACTH 治療后臨床無發作和 EEG 高度失律消失[10-13]，但是至今其藥理機制依然不明。
IS 的臨床表現和 EEG 都非常獨特，為了研究其發病機制，合格的動物模型至關重要。但是發作表現如同人類的幼年動物模型一直沒有建立成功。比如，研究多年大量的新生兒缺氧缺血性腦病（Hypoxic-ischemic encephalopaghy，HIE）動物模型發現，盡管有癲癇發作，但是從未有 IS 的臨床表現。這樣的結果也是可以解釋的，因為并不是所有 HIE 的患兒都患 IS。基因突變導致的結節性硬化（Tuberous sclerosis，TSC）其患兒發生 IS 有 40%～50%[14]，但是 TSC 的動物模型有嚴重性癲癇，卻沒有類似 IS 的臨床表現[15, 16]。近幾年的研究中，多個實驗室做出了類似 IS 的大鼠或是小鼠動物模型。
回顧這幾例動物實驗之前，非常有必要探討一下 IS 動物模型的標準。1996 年，美國國立衛生研究院國家神經性疾病和卒中研究所（NIH/NINDS）工作小組制定了“理想的嬰兒痙攣癥模型”[17]的標準：① 出生后早期自發性成串痙攣；② 發作期 EEG（包括電衰減）；③ 發作間期 EEG 高度失律；④ ACTH 或是氨己烯酸（VGB）有效；⑤ 行為認知落后。包含上述所有標準的動物模型是非常困難的，至今未成功，因此這只是個“理想”的動物模型標準，但這并未阻止對 IS 發病機制的探索[18]。其實有效的最低動物標準也是可以探討的，低于這個標準就不是 IS 動物模型。最近提出的一個最低動物標準是：① 異常 EEG；② 出生后自發性癲癇發作，但不一定是痙攣發作；③ 認知障礙[19]。還有一個版本的標準是：① 嬰兒期癇性發作；② ACTH 治療有效[20]。很難想象 IS 動物模型沒有要求有痙攣發作和發作期 EEG，當然如果嬰兒期有痙攣發作就更好了。不過，檢驗動物模型是否有效，還是要看是否能回答 IS 發病的病理生理機制這個問題。
1 基因異常導致嬰兒痙攣癥的動物模型
1.1 ARX 基因敲入小鼠模型
ARX（Aristaless-related homeobox）基因編碼一種在神經元前體和成熟抑制性中間神經元中選擇性表達的轉錄因子，影響細胞遷移，是導致 X-連鎖 IS 的主要遺傳亞型。ARX 中的 GCG 三聯體重復擴增，導致 ARX 蛋白多聚丙氨酸區中增加 7 個丙氨酸，是最常見的遺傳錯誤[21, 22]。Olivetti 等[23]用 7-Ala 擴增工程改造的基因敲入小鼠，稱為 Arx（GCG）10+7 小鼠。在小鼠出生后早期發育時短暫的進行雌二醇（Estradiol，E2）給藥可預防嬰兒期的痙攣發作和成年期的癲癇發作，并減少 EEG 異常放電。在青春期后或出生后 30 d 給藥 E2 則無效。早期皮下注射 E2 治療改變 ARX 三個下游靶點（Shox2，Ebf3 和 Lgi1）的 mRNA 水平，并恢復丟失的中間神經元，而不增加 γ-氨基丁酸（γ－aminobutyric acid，GABA）能突觸密度。
評價：Arx（GCG）10+7 小鼠是基因突變的動物模型，表現出與人類類似的 IS，自發性發作時 EEG 具有頻繁間歇性尖峰放電，認知和行為障礙，不足之處是 EEG 沒有高度失律，未評估 ACTH 的療效。早期 E2 治療可能會導致持久的轉錄變化從而導致持久的疾病修復，并可能潛在地作為遺傳性中間神經元病變的療法。這一模型讓大家對中間神經元的缺失對癲癇的病理生理，尤其是 IS 的影響有了更多的了解。
1.2 唐氏綜合征小鼠模型
唐氏綜合征（Down syndrome，DS）是人類 21 號染色體三倍體變異導致的，是智力障礙最常見的遺傳病因。DS 患兒癲癇發病率高于一般人群，而且易患 IS[24, 25]。DS 的 Ts65Dn（Ts）小鼠模型是 16 號染色體末端局部三倍體，其中有 132 個基因與人類 21 號染色體類似。Ts 小鼠和人 DS 中共同三倍體基因之一是 Kcnj6，是 DS 關鍵區域的核心基因，其編碼 G 蛋白偶聯內向整流鉀（K1）通道亞基 2（Channel subunit 2，GIRK2），其在突觸前和突觸后神經元中與 γ-氨基丁酸 B 受體（GABABR）功能性連接。Ts 小鼠對 GABABR 激動劑誘導的 IS 是非常敏感的。GABABR 激動劑誘導痙攣，表現為成串的伸肌痙攣發作，同期 EEG 有電衰減，發作間期有高度失律，有學習認知障礙，對 ACTH 及 VGB 治療有效。Joshi 等[26]研究發現 GABABR 激動劑（c-Butyrolactone，GBL）誘導 Ts 小鼠。與 GIRK2 三倍體 Ts 小鼠比，GIRK2 二倍體 Ts 小鼠海馬神經元中的 Kcnj6 已被從三倍體敲低到二倍體。Ts 小鼠中 Kcnj6 的拷貝數的減少解救了 GBL 誘發的 IS。以 GIRK2 二倍體 Ts 小鼠為標準，GIRK2 三倍體 Ts 小鼠海馬神經元中 GABABR 介導的 GIRK2 電流增加。類似地，用 GIRK 拮抗劑托肽品 Q（tertiapin-Q）藥理學敲低 Ts 小鼠腦中的 GIRK2 通道也解救了 Ts 突變小鼠由 GBL 誘導的 IS。GABABR 偶聯的 GIRK2 通道對于 Ts 小鼠中 GBL 誘導的 IS 是必需的，并且可以用于 DS 導致的 IS 的新型靶點治療。
評價： TS 小鼠是基因異常的動物模型，需要 GABABR 激動劑誘導痙攣，對 GABABR 激動劑敏感。表現為成串的伸肌痙攣發作，同期 EEG 有電衰減，有認知障礙，對 ACTH 治療有效。不足之處是沒有痙攣發作年齡的描述及痙攣發作是 GBL 誘導的，沒用仔細描述發作間期的高度失律。此動物模型測試了 GIRK2 對于 Ts 中 GABABR 激動劑誘發的 IS 所必需的假說，評估了 Ts 腦中 GIRK2 通道遺傳學或藥理學上敲低對 GABABR 激動劑誘導 Ts 小鼠的 IS 的效果。
2 N-甲基-D-天冬氨酸受體誘發癲癇動物模型
2.1 倍他米松-N-甲基-D-天冬氨酸受體誘發癲癇大鼠模型
孕 15 d 母鼠倍他米松處理，大鼠出生后從第 10 天（Postnatal day10，P10）至 P15 腹腔注射 N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）誘發痙攣。這一實驗基本原理沒有完全闡明，似乎是試圖模仿產前壓力，孕期經過倍他米松處理后的新生大鼠對 NMDA 更敏感。NMDA 可以誘發早期痙攣發作，NMDA 誘發的癲癇發作類型在大鼠發育成熟期轉變，大鼠模型有類似人類 IS 的 EEG，對 ACTH 和 VGB 治療有效[27, 28]。這個模型已經被獨立證實有效[29]，再一次驗證了 ACTH 對 IS 治療的有效性。因給予 ARX 基因敲入的新生小鼠［Arx（GCG）10+7］E2 治療，可以增加其皮層 GABA 能神經元數量[30]。借用這個思路，Chachua [31] 在 NMDA 誘發痙攣之前，給予新生大鼠（P3）E2 治療，雖然未減少 NMDA 誘發的痙攣，但是其皮層 GABA 能神經元增加，且雄性大鼠行為有改善。提示 E2 也許可以治療因 GABA 能缺乏導致的 IS 患兒，但對其他誘因導致的 IS 無效。
評價：NMDA 是興奮性神經遞質，可以誘發新生大鼠痙攣發作，有類似人 IS 的發作形式和年齡依賴性，對 ACTH 和 VGB 治療有效。孕期給予大鼠倍他米松模擬產前壓力，大鼠對 NMDA 更敏感。此動物模型不足之處是癲癇不是自發的，是由 NMDA 誘發的，而且 EEG 沒有明確描述。
2.2 N-甲基-D-天冬氨酸受體誘發癲癇小鼠模型
由于 IS 的病因有一大類是基因突變，基因工程小鼠在以后研究 IS 病因中會越發重要。雖然 NMDA 誘導痙攣癥模型大鼠嬰兒早已被研究，但是 Shi 等[32]首次研究出 IS 的小鼠模型。分別在 C57 和 Balbc 小鼠出生 P11、P12、P13 腹腔注射 NMDA（7、15、30 mg/kg），發現 C57 小鼠在 P13 注射 NMDA（15 mg/kg） 既能誘導癲癇，又能低死亡率。小鼠在注射 NMDA 后有成串的屈曲樣癇性發作，而且有年齡依賴性，提前電極埋入式 EEG 小鼠死亡率高，未能記錄 NMDA 給藥時 EEG，給予 NMDA 后 6 d（P19）EEG 沒用高度失律，小鼠記憶力下降、運動協調受損而且易焦慮，ACTH 治療減少癲癇發作次數和幅度。該實驗為研究 IS 發病機制增加了一個新的動物模型。
評價：NMDA 誘發癲癇的小鼠模型，有成串的屈曲樣癇性發作和年齡依賴性，ACTH 治療部分有效，有認知障礙。因幼鼠太小埋入式 EEG 小鼠死亡率過高未能記錄 EEG，且痙攣是 NMDA 誘發的。未在孕期給予小鼠倍他米松。此研究拓展了 NMDA 誘導 IS 的動物模型，為日后基因小鼠模型做好準備。
2.3 N-甲基-D-天冬氨酸受體誘發癲癇產前壓力大鼠模型
產前壓力學說（鄒氏學說）是在臨床工作中發現的，Shi 團隊[33]使懷孕大鼠從懷孕第一天到生產，每天在 4℃ 水中游泳 5 min，新生大鼠 P13 腹腔注射 NMDA 誘發癲癇。產前游泳的實驗組大鼠對 NMDA 更敏感。NMDA 可以誘發屈曲樣痙攣發作，沒有 EEG 描述，ACTH 治療減少痙攣發作和大鼠死亡率。與對照組比，實驗組大鼠血清皮質醇、血清 ACTH 低，腦組織中 GABA 減少，海馬、大腦皮層、下丘腦和腦干中 NMDA 受體 1（NMDAR1） 和 NMDA 受體 2B （NMDAR2B）增多，海馬中 NMDA 受體 2A （NMDAR2A）增多。實驗組大鼠腦組織線粒體腫脹，嵴減少，嵴斷裂消失。皮質醇和 ACTH 是下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸（Hypothalamic-pituitary-adrenocortical axis，HPA 軸）重要的激素，母體壓力導致后代的這些激素減少。此外，這種效果持續出生后 4 周，可能的機制是，母體產生的糖皮質激素和兒茶酚胺太多會導致子宮胎盤的血液減少，進一步導致胎兒缺乏營養，從而影響其 HPA 軸[34]。胎兒的糖皮質激素循環能力有限，因此，即使少量流入胎兒血液的糖皮質激素也會引起糖皮質激素濃度的顯著變化，特別是影響胎兒 HPA 軸的功能[35]。Brunson 等[36]認為與產前應激暴露相關的過量促腎上腺皮質激素釋放激素（Corticotropin-releasing hormone，CRH）對 IS 的發生至關重要。此實驗組大鼠對 NMDA 誘導癲癇和對 ACTH 的治療都更敏感。鄒氏學說認為所有 IS 的病因都會導致 NMDA 受體的過表達，進而誘發癲癇。腦發育不良，遺傳性代謝疾病等因素可能導致 NMDA 受體過度表達，并根據妊娠期不良事件觸發 IS。
評價：NMDA 誘導產前游泳的新生大鼠癲癇發作，表現為屈曲樣痙攣發作，ACTH 治療減少痙攣發作和死亡率。沒有 EEG、癲癇年齡依賴性和認知障礙的描述。產前游泳使大鼠對 NMDA 更敏感，模擬產前壓力。該動物模型提出了誘導疾病的機制并建立了一個新模型，可用于解釋流行的 3 個假說（CRH 假說、NMDA 假說和 5-羥色胺酸假說）。還為 IS 的發作提供了依據，并闡明了 ACTH 是該疾病最有效治療方法的原因。
3 結構異常導致嬰兒痙攣癥的動物模型
3.1 多重打擊大鼠模型
建立大腦皮層和皮層下網絡相互異常作用，尤其是和腦干網絡異常作用導致的 IS 的動物模型。多重打擊大鼠是同時導致大鼠大腦皮層和皮層下病理損傷。給 P3 大鼠腦室內注射多柔比星，大腦皮層注射脂多糖。多柔比星是一種蒽環類化學劑，通過氧化應激損傷和殺死神經元，而脂多糖是從革蘭氏陰性菌釋放的毒素，能夠損傷腦白質并在炎癥細胞中活化。2 d 后用對氯苯丙氨酸注射大鼠，通過阻斷色氨酸羥化酶來消耗腦中的 5-羥色胺，增加神經元的興奮性誘導痙攣發作。大鼠 P4～P13 d 有成串的屈曲外展樣痙攣，P9 d 現邊緣系統動作性癇樣發作。同期 EEG 與人類相似，49% 的痙攣發作有相關 EEG，其中 27% 的痙攣發作 EEG 電衰減，73% 痙攣發作有棘尖波放電。發作間期 EEG 高幅棘慢波;有學習記憶困難和社交困難;行為呆板類似孤獨癥。ACTH 無效，VGB 控制發作只能持續到 P5 d。這些大鼠的腦神經解剖顯示右皮質厚度的減少和胼胝體、紋狀體、海馬、丘腦以及其他結構中彌漫性損傷[37]。Galanopoulou 等[38]研究發現盡管在別的 IS 動物模型中有效的藥物，比如半胱天冬酶 1 抑制劑 VX-765（50～200 mg/kg，腹腔內注射）和 GABABR 抑制劑 CGP35348（12.5～100 mg/kg，腹腔內注射）或是 17β-E2（40 ng/g·d，皮下注射），沒有一種治療表現出對此動物模型痙攣發作有急性或延遲作用，但都具有良好的耐受性。
評價：化學損傷大鼠大腦皮層及皮層下組織，臨床表現為成串的屈曲外展樣痙攣發作，有年齡依賴性，發作期 EEG 有電衰減，發作間期 EEG 沒用高度失律，只有棘慢波，有認知障礙，ACTH 治療無效。建立了耐藥難治性痙攣動物模型，這和人類有明顯病灶的 IS 更耐藥的情況相符[39]，可以用于新藥的篩選。
3.2 河豚毒大鼠模型
河豚毒（Tetrodotoxin，TTX）大鼠模型最初用于研究神經元電活動在海馬發育中的作用，但是發現其可誘導癲癇發作，而且很像 IS 的臨床表現[40]。Lee 等[41]在大鼠出 P10～P12 開始， TTX10 μM 長期（28 d）注入其海馬或大腦皮層。晚幾天，同樣的劑量就不會發生痙攣和癲癇。雙脫氧葡萄糖研究顯示，以輸注套管尖端為中心產生一個直徑為 2.5 cm 的神經元失活區域。這種處理可能模擬 IS 患者的頭顱 PET 報告中的區域性低代謝。大鼠 P21 之前，其軀干或前肢短暫屈曲或外展，成串發作，約 50 次/串，醒睡轉換期多見。痙攣持續 2 個月，6 個月的時候轉為邊緣系統動作性癲癇。VEEG 顯示有和人類相似的發作期 EEG，與人類對比，發作期 EEG 是大量慢波后電衰減，隨后是大量棘波。此外，發作間期還有類似人類的高度失律。Frost 等[42]研究發現 VGB 在 TTX 模型中有效抑制痙攣發作和高度失律。VGB 也似乎優先抑制 EEG 記錄中的異常高頻振幅（High frequency oscillations，HFO）的產生，HFO 反應了顳葉和新皮層發生局灶癲癇，從而暗示新皮層 HFO 在 IS 的地位。
評價：慢性損傷動物模型，有成串的痙攣發作，醒睡轉換期多見，發作期 EEG 有電衰減，發作間期 EEG 有高度失律，多在非快速動眼睡眠出現，這是至今唯一的 IS 動物模型中 EEG 有高度失律，對 IS 動物模型 EEG 高度失律的評估做出了重大貢獻，不足之處在于沒有評估認知障礙和 ACTH 的療效。
因此，Frost 等[3]提出“發展不同步學說”：腦損傷或對神經元發育重要的基因突變等原因，導致兩個或多個中樞神經系統發育過程中特殊時間不同步是 IS 發病的主要機制。某些腦系統功能失調導致發育狀態不同，因此腦組織成熟度不同步。腦功能失調繼發于多種誘因，這和 IS 患者病因學多樣性相一致。TTX 模型的特征與發育不同步的概念一致，眾所周知，神經元電活動在神經元網絡成熟正常過程中起重要作用。通過 TTX 在局部大腦皮層中抑制神經元活性，可以預測該區域中神經元的成熟將被改變并且可能延遲其在遠端位點的突觸配對。因此，TTX 暴露細胞的發育應該與未暴露細胞不同步。目前尚不清楚不同步如何導致 IS，但由不同病因引起不同類型的不同步就不得不融合在一個“關鍵系統”上，這將引發導致 IS 共同通路的病理生理機制。
綜上所述，目前 IS 發病基本機制的動物模型還在探索階段。現有的幾種動物模型也驗證一些發病機制的假說，近年也有一些新的動物模型（產前壓力模型、NMDA 小鼠模型），但理想動物模型并未出現，更多是在原有模型上做進一步藥物篩選的研究。技術改進對于研究嚙齒類動物幼崽的癲癇發作而言是非常重要的，有效的動物模型一旦驗證，便有機會研究造成這種災難性癲癇的發病機制，為其有效治療提供新途徑。