本方案描述了两种不同的环境干预方法以及一种同步进行的脑内灌注方案,用于研究成年小鼠中由环境诱导的、介导适应性行为和脑修复的脑部变化。
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本方案描述了两种不同的环境干预方法以及一种同步进行的脑内灌注方案,用于研究成年小鼠中由环境诱导的、介导适应性行为和脑修复的脑部变化。
大脑中的长期变化,即“脑可塑性”,是适应性行为以及脑在疾病或损伤后自我修复的基础。此外,我们与环境的相互作用能够诱导脑可塑性。目前研究正日益致力于识别哪些环境刺激能够促进对治疗脑部和行为障碍有益的脑可塑性。本文描述了两种环境干预措施,它们可分别增加或减少成年小鼠中脑内酪氨酸羟化酶免疫阳性(TH+,即多巴胺(DA)合成限速酶)神经元的数量。第一种干预是将雄性和雌性小鼠持续配对共处1周,结果使雄性小鼠中脑TH+神经元数量增加约12%,而雌性小鼠则减少约12%。第二种干预是将小鼠持续饲养在包含跑轮、玩具、绳索、筑巢材料等的“丰富环境”(EE)中达2周,使雄性小鼠中脑TH+神经元数量增加约14%。此外,本文还介绍了一种在进行上述环境干预的同时,直接向中脑持续灌注药物的实验方案,以帮助揭示环境诱导脑可塑性的潜在机制。例如,通过同步阻断突触输入至中脑神经元,可完全消除丰富环境所诱导的中脑TH+神经元增多效应。综上,这些数据表明,有关环境的信息通过突触输入传递至中脑神经元,从而开启或关闭“DA”相关基因的表达。因此,适当的环境刺激,或针对其潜在机制的药物干预,可能有助于治疗与中脑多巴胺系统失衡相关的脑部和行为障碍(例如帕金森病、注意缺陷与多动障碍、精神分裂症以及药物成瘾)。
中脑腹侧被盖区(VTA)和黑质致密部(SNc)神经元的多巴胺能信号传导被认为对奖赏驱动的认知、情绪和运动行为具有重要作用。然而,中脑多巴胺(DA)信号过强或过弱均会导致多种神经系统疾病(例如帕金森病、注意缺陷多动障碍、精神分裂症和药物成瘾)中的许多致残症状。能够增强或减弱DA信号的药物可缓解这些症状,但也会因信号调节失常和脱靶效应而产生副作用。此外,由于大脑的代偿性反应,药物疗效会随时间推移而下降。因此,挑战在于以更精准且符合生理的方式恢复正常的中脑DA信号传导,其中一种备受青睐的策略是增加或减少中脑DA神经元的数量。
几十年来,已有越来越多的证据表明,成熟成年细胞中参与多巴胺(DA)及其他儿茶酚胺代谢与转运的相关基因和蛋白质的表达具有可塑性(综述见1在中脑中,经神经毒素处理后,酪氨酸羟化酶免疫阳性(TH+,多巴胺合成限速酶)神经元的数量先减少后增加2,3,而TH免疫阴性(TH-)神经元的数量则呈现相反的模式(即 先增加后减少3)。这与某些细胞失去后又获得“DA表型”的现象一致。已有研究显示,在接受不同处理后,这些细胞的电活动发生改变,随之黑质致密部(SNc)中TH阳性与TH阴性神经元的数量也呈现出相反方向但幅度相等的变化。4,5例如,将小电导钙激活钾(SK)通道拮抗剂阿帕明注入中脑持续2周,可减少TH+神经元数量,同时以相同程度增加TH- SNc神经元数量4,5相比之下,灌注SK通道激动剂1-EBIO可增加TH阳性SNc神经元数量,同时以相同程度减少TH阴性SNc神经 neuronal 数量4,5在针对黑质致密部神经元活动的多种处理之后,也观察到了类似的变化,其中包括一些针对传入输入的干预措施4这种由神经元活动和传入输入对SNc多巴胺能神经元数量表现出的明显调控作用,提示环境或行为可能影响SNc神经元的数量。事实上,暴露于不同环境的成年小鼠中脑(SNc和VTA)TH+神经元数量有所增减,且至少部分由环境诱导的改变可被同时阻断中脑突触输入所消除6本文的目的是:(1)进一步详细说明如何实施环境干预和药物灌注;(2)提供进一步的数据,支持我们关于环境可调控中脑多巴胺能神经元数量的观点。 通过 传入输入
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注意:所有动物实验程序均经弗洛里神经科学研究所批准 & 动物伦理委员会心理健康分委会,并符合澳大利亚国家卫生与医学研究委员会发布的《科学用途动物护理与使用实践守则》(7th 第2版,2004年
1. 环境调控
2. 用于药物输注的渗透泵和脑部输注套管植入
3. 脑组织制备、免疫组织化学处理与体视学分析
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成年小鼠经过这些环境干预后,中脑(黑质致密部和腹侧被盖区)的酪氨酸羟化酶阳性(TH+)神经元数量发生改变,而蓝斑核(LC)的TH+神经元数量未受影响。丰富环境(EE)结合中脑灌注picrotoxin或bicuculline(GABAA受体拮抗剂)可消除丰富环境诱导的黑质致密部TH+神经元增加。这些数据先前已发表于文献6。当前数据来自作为前期研究一部分重复进行的实验,但尚未在其他地方发表。
具体而言,与成年雌性小鼠配对的成年雄性小鼠,其黑质致密部(SNc)和腹侧被盖区(VTA)(中脑)的TH+神经元数量多于与雄性配对的雄性小鼠;而与雄性配对的雌性小鼠,其TH+ SNc和VTA神经元数量则少于与雌性配对的雌性小鼠(见参考文献6中的图1)。本文提供的图1给出了另一个示例,显示了性别配对后立即检测的雄性和雌性小鼠TH+ SNc神经元的平均值±标准误(SE)。与雌性配对7天的雄性小鼠,其TH+ SNc神经元数量比与雄性配对的雄性小鼠多约12%(...
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环境操作
设计这些环境干预措施(性别配对和环境丰富化)的动机是确定环境本身,以及由环境引发的行为,是否与中脑多巴胺(DA)神经元数量的变化相关。因此,研究的重点是提供能够激发中脑DA信号传导的环境,并诱导相应的相关行为。这些行为包括与异性配对,以及提供包含跑轮、绳索、梯子、隧道和可供探索、玩耍、攀爬、躲藏和筑巢物体的丰富化环境。这两种环境均应促进与奖赏动机相关的认知、情绪及运动行为,而这些行为已被证明与中脑DA神经元放电频率的急性增加以及DA释放的增加相关(例如e.g.8)。我们的假设是,这些环境也可能通过改变中脑DA神经元的数量,引起中脑DA信号传导的持久性变化。本文及其他研究6提供了证据,表明情况确实如此。
我们的研究最初采用性别配对方案(1.1),因为它包含一种核心的、原始的、基本的由奖赏驱动的行为即 交配)。此外,已知生殖、配对结合及社会行为会在其他神经化学系统中诱导出类似的变化。例如 下丘脑中催产素、血...
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作者声明无利益冲突。
本研究由澳大利亚国家健康与医学研究理事会(NHMRC)项目资助(资助号:1022839)。AJH 获得澳大利亚研究理事会(ARC)未来学者基金(FT100100835)。弗洛里神经科学与心理健康研究所感谢维多利亚州政府运营基础设施支持基金提供的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 异氟烷 | Baxter Healthcare Pty Ltd, Baxter Drive, NSW 2146, 澳大利亚 | AHN3640 | |
| ALZET 渗透泵 1002 | DURECT Corporation, PO Box 530 Cupertino, CA 95015-0530 | 0004317 | |
| ALZET 脑部输注套件 1 | DURECT Corporation, PO Box 530 Cupertino, CA 95015-0530 | 0004760 | |
| ALZET 导管固定器 1 | DURECT Corporation, PO Box 530 Cupertino, CA 95015-0530 | 0008860 | |
| Vertex 单体自凝剂(牙科丙烯酸溶剂) | Vertex Dental, Postbus 10, 3700 AA ZEIST, 荷兰 | n/a | |
| Vertex 自凝粉(牙科丙烯酸粉末) | Vertex Dental, Postbus 10, 3700 AA ZEIST, 荷兰 | n/a | |
| METACAM(美洛昔康) | Troy Laboratories, 98 long Street, smithfield NSW 2164 澳大利亚 | L10100 | |
| 戊巴比妥钠 | Lethabarb, Virbac, Milperra, NSW, 澳大利亚 | 571177 | |
| 正常山羊血清 | chemicon-temecula, CA | S26-Litre | |
| 吐温 X-100 | Merck Millipore Headquarters , 290 Concord road, Billerica, MA 01821 | 1.08603.1000 | |
| 多克隆兔抗酪氨酸羟化酶抗体 | Merck Millipore Headquarters , 290 Concord road, Billerica, MA 01821 | AB152 | |
| 生物素标记的多克隆山羊抗兔抗体 | Dako Australia Pty. Ltd., Suite 4, Level 4, 56 Berry street, North Sydney, NSW, 澳大利亚 2060 | EO432 | |
| 亲和素过氧化物酶 | Sigma-aldrich, Castle Hill, NSW 1765 AU | A3151-1mg | |
| 二氨基联苯胺 | Sigma-aldrich, Castle Hill, NSW 1765 AU | D-5637 | |
| Stereo Investigator | MicroBrightField Bioscience, 185 Allen Brook Lane, Suite 101, Williston, VT 05495 | n/a |
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