Summary
다양한 성선외 조직과 장기의 난포 자극 호르몬(FSH)은 여러 질병의 발병과 관련이 있습니다. 난소 절제술 및 난포자극호르몬 처리 마우스 모델(OVF)을 사용하여 난포자극호르몬의 성선외 작용을 탐색할 수 있습니다.
Abstract
생식기에서 비생식기(폐경기)로 넘어가는 동안 많은 여성이 골량 감소, 혈중 지질 증가, 내장 지방 증가 등 상당한 생리학적 및 병리학적 변화를 경험합니다. 난포 자극 호르몬(FSH) 수치는 폐경기 전환기에 상승합니다. 많은 학문은 각종 extragonadal 조직 및 기관에 있는 FSH가 다수 질병의 발병기전과 관련된다는 것을 보여주었습니다. 따라서 생체 내 FSH의 독립적인 효과를 연구하는 데 도움이 될 수 있는 동물 모델을 구축하는 것이 특히 중요합니다. 이 연구에서는 C57BL/6 암컷 마우스를 난소 절제술하고 에스트라디올 발레레이트(OVX + E2)를 보충하여 시상하부-뇌하수체-생식선 축의 효과를 제거했습니다. OVX + E2 마우스는 복강내 주입을 통해 용매(N.S.) 또는 다양한 용량의 재조합 FSH를 투여하여 비교적 안정적인 에스트로겐 및 FSH 수치 상승을 특징으로 하는 마우스 모델(OVF)을 생성했습니다. 따라서 우리는 혈청 FSH 수치가 상승하는 폐경 전환의 초기 단계를 모방하는 실험용 마우스 모델을 성공적으로 생성했습니다. OVF 모델은 안정적이고 비용이 저렴하며 작동이 쉽다는 장점이 있어 FSH의 성선 외 작용을 탐색하기 위한 연구에 적합합니다. 여기서는 마우스 OVF 모델에 대한 자세한 프로토콜에 대해 설명합니다.
Introduction
폐경기 전환기 동안 난포 자극 호르몬(FSH) 수치가 상승합니다(폐경 전환이라는 용어는 2011년 생식 노화 작업장(STRAW) + 10 시스템 단계에서 정의됨)1. 난포자극호르몬(FSH) 수치가 상승하고 에스트로겐1이 비교적 안정된 것이 특징인 갱년기 전환기에 여성은 생리 주기의 변화와 다양한 세포와 조직과 관련된 중요한 생리적 변화를 경험합니다. 이러한 변화는 여성의 삶의 질과 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 난포자극호르몬(FSH)의 효과를 연구하면 여성의 삶의 질과 건강을 개선할 수 있습니다.
난포자극호르몬(FSH)은 뇌하수체 앞쪽의 생식선 자극 세포에서 분비되며 생식선 기능과 생식을 조절하는 데 중요한 역할을 한다2. 난포자극호르몬(FSH)의 기능은 G 단백질 결합 수용체(GPCR)에 속하는 난포자극호르몬 수용체(FSHR)를 통해 매개됩니다.3. FSHR은 일반적으로 생식선, 즉 난소와 고환에서 발현됩니다. FSHR은 간4, 해마5, 파골세포6, 지방세포7, 내피세포8를 포함한 여러 성선외 세포와 조직에서 보편적으로 발현된다는 것이 입증되었습니다. 새로운 연구에서는 FSH의 추가적인 생식선 작용과 이상지질혈증4, 알츠하이머병5, 골다공증 9,10, 죽상동맥경화증11, 비만9 및 암12에 대한 잠재적인 임상적 관련성을 밝혔다. 따라서 생체 내에서 FSH의 독립적인 효과를 연구하는 데 도움이 될 수 있는 동물 모델을 구축하는 것은 FSH 단독의 작용을 탐구하는 데 특히 중요합니다.
프로토콜에서는 비교적 안정적인 에스트로겐과 FSH 수치13 상승을 가진 마우스 모델을 확립하는 절차를 소개했습니다. 마우스 모델은 난소 절제술 수술을 통해 폐경 전환을 모방한 다음 에스트라디올 발레레이트와 재조합 FSH를 보충합니다. 난소 절제술을 받은 마우스에 외인성 에스트로겐을 보충하여 가짜 조작 마우스와 유사한 에스트로겐 수준을 유지함에 따라, 내인성 FSH의 수치는 뇌하수체의 에스트로겐 피드백으로 인해 안정적이었습니다. 이 상태에서는, 그것은 에스트로겐 수준을 바꾸기 없이 외인성 FSH를 투여해서 FSH 수준을 통제할 수 있었습니다. 따라서, OVF 마우스 모델은 에스트로겐의 영향을 배제하고 FSH의 성선외 생리학적 및 병리학적 효과를 관찰할 수 있다. 상세하고 시각화된 절차는 연구자들이 실험실에서 OVF 마우스 모델을 확립하고 필요에 따라 폐경 전환 중 생리학적 및 병리학적 변화를 조사하는 데 적용하는 데 유용하다고 생각합니다.
Protocol
다음 프로토콜은 연구 동물 사용에 관한 모든 기관 윤리 지침을 준수했으며 중국 산둥성 병원 동물 윤리 위원회의 승인을 받았습니다. 모든 수술적 조작은 깊은 마취 하에 수행되었으며, 동물들은 수술 중 어떤 단계에서도 통증을 느끼지 않았다.
1. 수술 전 준비
- 기구 멸균
- 수술 전에 오토클레이브(121°C에서 15분)에서 수술 기구를 증기 멸균합니다. 일회용 봉합사와 바늘을 충분히 준비하십시오.
- 수술 플랫폼 설정
- 수술 전용 방에서 수술을 실시합니다. 작업을 위해 최소 60cm x 60cm의 벤치 영역을 할당하십시오. 75% 알코올로 해당 부위의 표면을 청소하고 일회용 의료용 수건으로 덮은 다음 30분 전에 자외선으로 소독합니다(그림 1A).
- 동물 준비
- 모든 동물을 온도 조절이 가능한 방(20-25°C)에 12시간 조명, 12시간 어두운 주기로 수용합니다. 수술 전 1주일 동안 8주 된 암컷 C57BL/6 마우스를 수용 시설에 적응시킵니다.
- 수술 전에 쥐의 무게를 잰다. 생후 9주 된 모든 암컷 마우스에게 트리브로모에탄올(280mg/kg)을 복강내 주사하여 전신 마취를 투여하여 시술 중 모든 단계에서 통증이 없는 상태를 달성합니다. 멜록시캠(2mg/kg)을 수술 약 1시간 전에 피하주사하여 통증을 완화합니다.
- 수술 중 각막 건조를 방지하기 위해 눈 연고를 바르십시오.
- 깨끗한 면봉을 사용하여 뒷면에 제모 로션을 바릅니다. 로션을 마우스에 3-5분 동안 그대로 둔 다음 거즈와 면봉을 사용하여 머리카락을 제거합니다. 마우스 뒷면에서 머리카락이 모두 제거될 때까지 이 단계를 반복합니다.
- 거즈와 면봉을 사용하여 75% 알코올로 피부를 청소하십시오. 고무 스트립이나 면봉을 사용하여 수술 플랫폼에 마우스를 고정하고(그림 1B) 요오드포 용액을 도포하여 등을 청소합니다.
알림: 난소 절제술 전에 발가락 꼬집을 통해 마취 깊이를 확인하십시오.
2. 난소 절제술
참고: 트리브로모에탄올은 약 30분 동안 유지하여 수술을 최대한 완료할 수 있습니다.
- 일회용 메스를 사용하여 허벅지 기저부에서 위쪽으로 ~1.0cm의 등쪽을 세로로 절개하여 피부와 피하 근막만 절개하고 이때 후복막이 절단되지 않도록 합니다.
- 절개 부위를 왼쪽으로 당기면 하얀 지방이 보입니다. 흰색 지방 패드를 따라 ~0.5cm를 잘라 미세 집게와 가위를 사용하여 복강내 공동을 노출시킵니다.
- 후복막을 절단한 후 마이크로 집게로 복강내 지방패드를 천천히 부드럽게 제거합니다. 즉시 적신 거즈 외부의 0.9% 멸균 식염수로 백색 지방 조직을 적십니다. 노출된 조직은 복강 밖에 있는 동안 항상 촉촉하게 유지하십시오.
- 분홍색 과립 물질, 즉 난소는 백색 지방 패드의 아래쪽 부분에 부착되어 있습니다(그림 2A). 난소는 가느다란 관, 즉 자궁에 연결되어 있습니다. 5-0 흡수성 봉합사를 사용하여 자궁의 난소 끝을 결찰하고 왼쪽 난소를 제거합니다(그림 2B).
- 난소를 제거할 때는 주변 지방 조직을 최대한 보존해야 합니다. 수술 기구와 난소 사이의 직접적인 접촉을 피하고 난소 조직의 복강 내 착상을 방지합니다.
- 흰색 지방 패드를 복강내 구멍에 조심스럽게 다시 놓습니다. 5-0 흡수성 봉합사로 후방 복막에 간단한 간헐적 봉합을 수행합니다(그림 2C). 봉합이 완료되면 0.9% 멸균 식염수에 적신 거즈로 출혈을 청소합니다.
- 피부 절개 부위를 오른쪽으로 당기고 같은 방법으로 오른쪽 난소를 제거합니다.
- 4-0 비흡수성 봉합사로 간헐적 봉합사를 수행하고 0.9% 멸균 식염수에 적신 거즈로 출혈을 청소합니다(그림 2D).
- 두 봉합사를 모두 마친 후 요오드화 용액으로 상처를 청소하십시오. 복강내 광범위 항생제를 주사합니다.
3. 수술 후 관찰
- 수술 후 쥐를 37°C 항온의 담요로 옮깁니다. 쥐가 자유롭게 움직일 수 있을 때까지 동물을 개별 우리에 가두십시오. 흉골 누움을 유지하기에 충분한 의식을 회복할 때까지 동물을 방치하지 마십시오.
- 수술 후 24시간 후에 멜록시캠(2mg/kg)을 피하주사하여 통증을 완화시킵니다.
- 매일 쥐를 모니터링하여 수술 상처가 합병증(탈구)의 징후 없이 제대로 치유되고 있는지 확인합니다.
4. 에스트라디올 보충제
- 에스트라디올 발레레이트가 보충된 사료를 준비하십시오. 사료 1kg당 2.6mg의 베타-에스트라디올 17-발레레이트를 보충하여 사용하십시오.
- 수술 완료 후 3일이 지나면 쥐에게 에스트라디올 발레레이트를 먹입니다.
5. FSH 주입
- 재조합 인간 FSH 용액을 준비합니다. 재조합 인간 FSH 분말을 0.9% 멸균 식염수로 100IU/mL로 용해시켜 주입합니다.
- 실험 계획에 따라 마우스를 그룹화하고 2주 동안 복강 내 주사를 통해 용매 또는 다른 용량의 재조합 FSH를 투여합니다. 재조합 FSH의 생물학적 활성에 따라 폐경기 이행기 동안 여성의 혈청 FSH 수치와 동일한 마우스에서 FSH 주사량을 사용합니다.
참고: 다양한 치료에 따라 난소 절제술을 받은 에스트로겐 보충 마우스는 100μL/일 용매를 투여받은 용매(NS) 그룹, 하루 15IU/kg 체중을 투여받은 저용량 FSH(L-FSH) 그룹, 하루 체중 30IU/kg을 투여받은 고용량 FSH(H-FSH) 그룹의 세 그룹으로 무작위로 나눴습니다.
Representative Results
OVF 마우스 모델은 비교적 안정적인 에스트로겐과 FSH 수치 상승으로 폐경 전환의 초기 단계를 모방합니다13. 먼저, 난소 제거 수술을 위해 9주 된 암컷 C57BL/6 마우스에 전신 마취를 실시하고 가짜 수술(Sham) 또는 양측 난소 절제술(OVX)을 시행했습니다. Papanicolaou 염색 세포의 도말 이미지에서 발정 주기의 발정기, 발정기, 중발정 및 발정 단계를 명확하게 식별함에 따라 OVX 마우스는 발정 주기를 잃었고(그림 3A), ELISA 방법은 혈청 에스트라디올(E2) 수치의 현저한 감소를 보여주었습니다(그림 3B). 둘째, OVX 마우스에 베타-에스트라디올 17-발레레이트(OVX + E2)를 보충하여 혈청 에스트로겐을 샴 그룹과 동일한 수준으로 유지했습니다. 셋째, OVX + E2 마우스는 복강 내 주입을 통해 용매(N.S.) 또는 다른 용량의 재조합 FSH를 투여하여 상대적으로 안정적인 에스트로겐과 FSH 수치 상승을 특징으로 하는 마우스 모델(OVF)을 만들었습니다(그림 4).
그림 1. 수술 환경 및 마우스 자세. (A) 작업을 위한 최소 60cm x 60cm의 벤치 영역. 75% 알코올로 해당 부위의 표면을 청소하고 일회용 의료용 수건으로 덮은 후 30분 전에 자외선으로 소독합니다. (B) 고무줄이나 면봉을 사용하여 수술 플랫폼에 마우스를 고정합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2. 외과 수술의 주요 단계. (A) 난소 위치, (B) 난소 절제술, (C) 봉합사 복막 및 (D) 봉합사 피부 절개. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3. 질 세포학. 질 세포학은 난소 절제술을 받은 마우스(OVX)와 가짜 수술된 마우스(Sham; Sham 그룹의 경우 n=12, OVX 그룹당 n=10)에서 발정 주기와 내인성 에스트로겐의 단계를 나타냅니다. (A) 질 세포학은 백혈구, 각질 상피 세포 및 유핵 상피 세포의 상대적 존재에 따라 발정 주기의 단계를 나타냅니다. 발정의 단계에는 유핵 상피 세포의 우세인 발정기가 포함됩니다. 발정기, 적출된 각질 세포의 우세; metestrus, 백혈구의 존재, 각질 및 핵 상피 세포; Diestrus, 백혈구의 우세. 척도 막대 = 100μm. (B) 난소 절제술을 받은 마우스(OVX)와 가짜 수술된 마우스(Sham)의 내인성 에스트로겐. 데이터는 SEM± 평균으로 표시됩니다. 스튜던트 t-검정은 통계 분석에 사용됩니다. 피< 0.001. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4. OVF 모델 및 혈청 호르몬 수치. (A) 순서도 OVF 모델. (B) 혈청 에스트로겐(E2) 및 FSH 농도의 ELISA 분석. 데이터는 SEM± 평균으로 표시되며, 통계 분석에는 일원 분산 분석이 사용되었습니다. * p< 0.05 및 ** p< 0.01. 이 수치는4에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
생식기에서 비생식기(폐경기)로 넘어가는 동안 많은 여성들이 상당한 생리적, 병리학적 변화를 경험합니다. 폐경기 전환기 동안 FSH 수치 상승1. 새로운 연구에 따르면 다양한 성선 외 조직 및 장기의 FSH는 이상지질혈증4, 알츠하이머병5, 골다공증 9,10, 죽상 경화증11, 비만9 및 암12을 포함한 여러 질병의 발병에 중요합니다. 따라서 생체 내 FSH의 독립적인 효과를 연구하는 데 도움이 될 수 있는 동물 모델을 구축하는 것이 특히 중요합니다. OVF 마우스 모델은 비교적 안정적인 에스트로겐과 FSH 수치 상승으로 폐경 전환의 초기 단계를 모방하며, 특히 FSH의 성선 외 작용을 탐구하기 위한 연구에 적합합니다.
이 방법에서 난소 절제술은 허벅지 기저부에서 위쪽으로 약 1cm 떨어진 곳에 단일 등쪽 등을 절개하여 이루어졌습니다(그림 1B). 날카로운 해부 가위를 사용하여 피부를 등쪽 근육과 거의 함께 잘라 복막강에 접근했습니다. 수술 후 근육 절개는 봉합이 필요하지 않았으며 피부 상처는 하나의 고양이 창자 봉합사로 양측으로 봉합되었습니다(그림 2). 수술은 기술적으로 더 쉽고, 시간이 덜 걸리며, 사용된 다른 방법에 비해 암컷 쥐에게 덜 해롭습니다.
수술 과정에서 주의해야 할 몇 가지 세부 사항. 첫째, 모든 수술 절차는 수술 후 감염의 위험을 줄이기 위해 가능한 한 깨끗하고 멸균된 상태로 유지되어야 합니다. 둘째, 난소 조직은 매우 약하기 때문에 복강 내 착상을 피하기 위해 난소 절제술 중에 수술 기구가 난소에 직접 접촉할 수 없습니다. 셋째, 수술 후 마우스를 37°C 항온의 담요로 옮겨 수술 후 저체온증으로 인한 사망을 예방하였다.
이전 연구에서는 내인성 에스트로겐이 폐경 전 여성의 난소 세카 세포나 폐경 후 여성의 유방의 지방 기질 세포에서 합성되고 말초 조직에서 소량으로 합성된다는 것이 입증되었다14. 혈청 에스트로겐은 난소 절제술을 받은 쥐의 경우 급격히 떨어졌지만 제거할 수는 없습니다(그림 3B). 그러나, 성선외 조직에서 합성된 내인성 에스트로겐은 OVF 모델에서 에스트로겐 수치의 안정성에 영향을 미치지 않는다(그림 4B).
OVF 모델에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 수술이 신중하지 않고 난소 복강 내 착상으로 이어지면 모델 실패로 이어질 수 있습니다. 이 경우 혈청 에스트로겐은 급격히 떨어지지 않고 발정 주기의 여러 단계에서 변동합니다. 에스트로겐과 FSH의 외인성 투여 후 신체가 평형에 도달하는 데 약 1주일이 걸립니다. 따라서 1주일 이내에 발생하는 OVF 모델의 병리학적 변화는 FSH의 효과를 나타낼 수 없습니다.
결론적으로 OVF 모델은 안정적이고 저렴하며 작동하기 쉽다는 장점이 있습니다. 높은 수준의 FSH의 전신 효과는 FSH의 복강 내 주사 후에 관찰 될 수 있습니다. 즉, OVF 모델은 FSH의 성선외 작용을 탐구하는 연구에 적합합니다. 그러나 모델 수술 및 복강 내 주사 시술에 대한 요구 사항은 상당히 높습니다. 자금이 충분하다면 특정 녹아웃 모델이 최선의 선택입니다.
Disclosures
저자는 공개할 것이 없습니다.
Acknowledgments
기술 지원을 해주신 산동성 병원 동물 실험실에 감사드립니다. 이 연구는 중국국가자연과학재단(NSFC 82101645), 중국 산둥성 자연과학재단(ZR2020QH088), 산둥성 대학 청년 혁신을 위한 과학기술지원계획(2021KJ051)의 지원을 받았다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| beta-estradiol 17-valerate | Macklin | E829824 | |
| Estradiol sensitive ELISA | Demeditec | DE4399 | |
| Hematoxylin Staining Solution | Beyotime | C0107 | |
| Meloxicam | Aladdin | M129228 | |
| recombinant human Follicle-stimulating hormone | Merck Serono | N19Z8803G | |
| Tribromoethanol | Sigma | T48402 | Aliphatic name: 2,2,2-Tribromoethanol |
References
- Harlow, S. D., et al. Executive summary of the Stages of Reproductive Aging Workshop + 10: addressing the unfinished agenda of staging reproductive aging. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 97 (4), 1159-1168 (2012).
- Ulloa-Aguirre, A., Zariñán, T. The Follitropin Receptor: Matching Structure and Function. Molecular Pharmacology. 90 (5), 596-608 (2016).
- Franks, S., Stark, J., Hardy, K. Follicle dynamics and anovulation in polycystic ovary syndrome. Human Reproduction Update. 14 (4), 367-378 (2008).
- Guo, Y., et al. Blocking FSH inhibits hepatic cholesterol biosynthesis and reduces serum cholesterol. Cell Research. 29 (2), 151-166 (2019).
- Xiong, J., et al. FSH blockade improves cognition in mice with Alzheimer's disease. Nature. 603 (7901), 470-476 (2022).
- Sun, L., et al. FSH Directly Regulates Bone Mass. Cell. 125 (2), 247-260 (2006).
- Liu, X. M., et al. FSH regulates fat accumulation and redistribution in aging through the Gαi/Ca(2+)/CREB pathway. Aging Cell. 14 (3), 409-420 (2015).
- Maclellan, R. A., et al. Expression of Follicle-Stimulating Hormone Receptor in Vascular Anomalies. Plastic and Reconstructive Surgery. 133 (3), 344e-351en (2014).
- Liu, P., et al. Blocking FSH induces thermogenic adipose tissue and reduces body fat. Nature. 546 (7656), 107-112 (2017).
- Ji, Y., et al. Epitope-specific monoclonal antibodies to FSHβ increase bone mass. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (9), 2192-2197 (2018).
- El Khoudary, S. R., et al. Trajectories of estradiol and follicle-stimulating hormone over the menopause transition and early markers of atherosclerosis after menopause. European Journal of Preventive Cardiology. 23 (7), 694-703 (2016).
- Radu, A., et al. Expression of Follicle-Stimulating Hormone Receptor in Tumor Blood Vessels. The New England Journal of Medicine. 363 (17), 1621-1630 (2010).
- Sowers, M. R., et al. Endogenous hormones and bone turnover markers in pre- and perimenopausal women: SWAN. Osteoporosis International. 14 (3), 191-197 (2003).
- Kristensen, V. N., Kure, E. H., Erikstein, B., Harada, N., Børresen-Dale, A. L. Genetic susceptibility and environmental estrogen-like compounds. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. 482 (1), 77-82 (2001).
