强迫游泳实验作为类抑郁行为的模型

摘要

本方案描述了强迫游泳实验，该实验用于研究啮齿类动物类似抑郁的行为。该操作包括将动物放入盛有水的容器中，最终导致动物表现出静止行为，这种行为被认为反映了行为绝望。

摘要

本实验方案旨在介绍强迫游泳实验（FST），该实验是研究啮齿类动物抑郁样行为最常用的检测方法之一。FST基于以下假设：当将动物置于盛水的容器中时，它会首先尝试逃脱，但最终会表现出静止不动的行为，这种行为可被视为一种行为绝望的测量指标。该实验被广泛使用，因为它使动物暴露于应激环境中，而应激已被证明在重度抑郁症的发生倾向中起重要作用。此外，FST还表现出与人类抑郁症所影响或改变的一些因素的相似性，包括摄食行为的改变、睡眠异常以及药物戒断引起的快感缺失。该方法的主要优点在于操作相对简便，且结果易于快速分析。更重要的是，该实验对多种抗抑郁药物具有敏感性，使其成为一种合适的筛选工具，这也是其具有较高预测效度的关键特征之一。尽管该模型具有吸引力，但也存在若干缺点。首先，慢性增强效应的问题在该实验中较为突出，因为在实际临床中，患者通常需要接受数周以上的治疗才会出现症状缓解。最后，由于FST本身具有较强的厌恶性，若在实验后需进行脑结构或脑功能分析，则必须充分考虑该实验可能对脑部造成的影响。

引言

抑郁症是一种危及生命的精神性疾病，也是全球主要的公共卫生问题，其发病率为5%，终生患病率高达15%-20%。此外，预计到2020年，抑郁症将成为全球疾病负担前三的主要贡献因素^1,2。抑郁症与功能障碍、生活质量下降以及医疗相关费用增加密切相关，且被认为是多种疾病（包括心血管疾病、代谢性疾病和神经精神疾病）的主要风险因素^3,4。目前的药物治疗疗效有限，并常伴随多种有害的不良反应^5,6。因此，深入理解该疾病的病理生理机制，并开发创新且更有效的治疗方法，仍至关重要。为此，动物模型在推动该领域研究进展中发挥着不可或缺的作用。

有多种模型可用于研究这种疾病（例如蔗糖偏好实验、尾悬实验），其中强迫游泳实验（FST，也称为Porsolt实验，以该模型的开发者命名^7,8）是最常用的检测方法之一^7,9-12。

在强迫游泳实验（FST）中，将动物置于一个装有无法逃脱的水的容器中。动物最初会试图逃脱，但最终会表现出静止不动的状态（即漂浮于水面，仅保留维持鼻部露出水面所必需的最小动作）。FST 在动物研究中是一种非常流行的模型，原因有多个。首先，该实验使动物暴露于应激环境中，而研究表明应激在重度抑郁症的发生倾向中起重要作用^12-14。此外，抑郁症常被视为应对压力能力的缺失^15-17。其次，实验前给予抗抑郁药物进行药理学处理，已被证明可减少 FST 中的不动时间^18-23。因此，该实验常被用作筛选具有潜在抗抑郁特性的新化合物的初筛方法^15-17,24。此外，研究发现 FST 涉及一些与人类抑郁症所影响或改变的因素相似的方面，例如摄食行为的改变、睡眠异常以及药物戒断引起的快感缺失^15-17,24。这也是该实验有时用于评估突变小鼠中类抑郁行为的原因，表现为与“野生型”小鼠相比，基础不动时间的增加或减少^25,26。

方案

注意：所有实验方案均经以色列国际动物护理与使用委员会批准。所有努力均旨在尽量减少使用动物的数量及其遭受的痛苦。

1. 强迫游泳实验的准备

1. 使用两个相邻的房间。一个房间作为“等候室”，用于在行为测试前安置动物，另一个房间用于实施实验操作。
2. 准备透明的圆柱形玻璃容器（容器数量仅受可用空间限制），高度为 50 cm，直径为 20 cm。
   注意：可在同一房间内同时进行多只动物的实验。若如此，需使用深色隔板将各容器相互隔开，以确保实验过程中动物彼此无法看见。
3. 在容器前方设置视频摄像机，使每台摄像机能够拍摄一个或多个容器，以便后续通过录像清晰观察动物的行为表现。
4. 为完成实验操作的动物准备干净的干燥笼具、加热灯和加热垫，以防止低体温。确保笼底铺有吸水纸，并在纸张变湿时及时更换。干燥笼具不得放置在测试房间内。
   注意：动物在暂存干燥笼具期间，务必避免将来自不同饲养笼的动物混合。

2. 检测前的动物处理

1. 将动物饲养在具有12小时光照/12小时黑暗循环的房间中。
2. 在实验程序进行期间，除动物进入操作室的特定时间段外，应让动物自由获取食物和饮水。
3. 若使用大鼠，应在实验程序开始前5天，每天对其进行约2分钟的抓取操作。

3. 训练程序

大鼠和小鼠的操作步骤不同。

注意：对于小鼠和大鼠，在动物处于水中的任何时候都必须持续观察。如果发现动物出现严重应激反应（例如极度疲劳、无法保持漂浮），应立即将其从水中移出，并将其排除在实验之外。

1. 对于小鼠——共进行一次持续6分钟的实验，分为前测阶段（前2分钟）和测试阶段（后4分钟）。
   1. 为使小鼠适应测试环境，应在行为学测试开始前至少30分钟，将其连同饲养笼一起转移至等候室。
   2. 在圆筒中加入25 °C的自来水，并根据小鼠体型调整水深，使其后肢无法触及容器底部。
   3. 在圆筒上标记动物编号，以便后续观看录像时识别个体。
   4. 打开摄像机，然后将每只小鼠放入盛水的圆筒容器中，持续6分钟。
   5. 6分钟后，关闭摄像机，将小鼠从容器中取出，并放入临时干燥笼中，笼上方设有加热灯，下方垫有加热垫。 小鼠在此笼中恢复期间应被密切且持续地监测。为此，可将温度计置于与小鼠同一水平位置，确保笼内温度不超过37 °C。同时，放置笼子时应避免整个笼体完全处于灯下或加热垫之上，以便小鼠可根据需要移动到较凉爽的区域。
   6. 每次实验结束后更换水，以避免对下一只小鼠产生影响。
2. 对于大鼠——共进行两次实验，间隔24小时。第一次为前测阶段（15分钟），第二次为测试阶段（5分钟）。
   1. 为使大鼠适应测试环境，应在行为学测试开始前至少30分钟，将其连同饲养笼一起转移至等候室。
   2. 在圆筒中加入23 ± 1 °C的自来水，并根据大鼠体型调整水深，使其后肢无法触及容器底部。
   3. 在圆筒上标记动物编号，以便后续观看录像时识别个体。
   4. 将每只大鼠放入盛水的圆筒容器中，持续15分钟。
   5. 15分钟后，将大鼠从容器中取出，并放入临时干燥笼中，笼上方设有加热灯，下方垫有加热垫。 大鼠在此笼中恢复期间应被密切且持续地监测。为此，可将温度计置于与大鼠同一水平位置，确保笼内温度不超过37 °C。同时，放置笼子时应避免整个笼体完全处于灯下或加热垫之上，以便大鼠可根据需要移动到较凉爽的区域。
   6. 每次实验结束后更换水，以避免对下一只大鼠产生影响。
      注：前测阶段至此结束。
   7. 24小时后，为使大鼠再次适应测试环境，应在行为学测试开始前至少30分钟，将其连同饲养笼一起转移至等候室。
   8. 在圆筒中加入23 ± 1 °C的自来水，并根据大鼠体型调整水深，使其后肢无法触及容器底部。
   9. 在圆筒上标记动物编号，以便后续观看录像时识别个体。
   10. 打开摄像机，然后将大鼠放入盛水的圆筒容器中，持续5分钟。确保每只大鼠在测试当天所使用的容器及其在房间中的位置与前一天一致。
   11. 5分钟后，关闭摄像机，将大鼠从容器中取出，并放入临时干燥笼中，笼上方设有加热灯，下方垫有加热垫。 大鼠在此笼中恢复期间应被密切且持续地监测。为此，可将温度计置于与大鼠同一水平位置，确保笼内温度不超过37 °C。同时，放置笼子时应避免整个笼体完全处于灯下或加热垫之上，以便大鼠可根据需要移动到较凉爽的区域。
   12. 每次实验结束后更换水，以避免对下一只大鼠产生影响。
       注：测试阶段至此结束。

4. 行为编码

对于小鼠，编码测试阶段的最后4分钟。对于大鼠，编码测试阶段的5分钟。

1. 如果小鼠漂浮时除保持鼻部露出水面所必需的动作外无其他运动，则将该时间段记为“不动”。
2. 如果观察到前肢快速运动，且前爪突破水面，则将该时间段记为“挣扎/攀爬”。
3. 如果观察到前肢或后肢以划水方式运动，则将该时间段记为“游泳”。
   注意：可采用其他方法对这些行为进行编码，例如时间取样法。在整个测试过程中，以每5秒为间隔，记录游泳、挣扎或不动行为的发生频率。

结果

以下结果基于本实验室的未发表数据。在本实验中，成年ICR雌性小鼠在接受选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRI）艾司西酞普兰或新型草药抗抑郁抗焦虑治疗（NHT）连续处理3周后进行行为检测（有关草药治疗的更多信息，请参见^12,27,28）。单因素方差分析显示，该治疗显著减少了强迫游泳实验（FST）中的抑郁样行为[F(2,58) = 4.88，p <0.05]。单侧Dunnett检验表明，艾司西酞普兰或NHT处理均可减少FST中的抑郁样行为（事后比较见图1A）。该治疗还显著增加了FST中的挣扎行为[F(2,58) = 4.36，p <0.05]。单侧Dunnett分析显示，艾司西酞普兰处理可增加FST中的挣扎行为（事后比较见图1B）。该治疗对游泳行为无显著影响[F(2,58) = 2.89，p >0.05，图1C]。

讨论

强迫游泳实验（FST）用于监测类似抑郁的行为，其理论基础是静止不动反映了一种行为绝望的度量³。该方法的主要优势在于操作相对简便且结果快速。此外，该实验对多种抗抑郁药物具有敏感性，因此适合作为筛选试验，这也是其具有较高预测效度的重要特征之一²⁹。重要的是，该实验还能区分那些并非用于治疗抑郁症的药物，例如已被证明具有抗焦虑作用的苯二氮䓬类药物^3,30。FST在抑郁研究中的另一个应用价值体现在其表面效度：研究发现，抑郁倾向的动物模型会影响其静止行为。例如，在遗传学研究中，FST被用作评估类似抑郁行为的指标。研究人员已成功基于动物在FST中的静止行为培育出抑郁的遗传动物模型³²，这表明静止行为由可遗传的性状决定，尽管某些品系在FST中天生就表现出较高的静止水平^33,34。此外，需要指出的是，一些并非基于FST表现构建的遗传模型也被证实能够有效模拟类似抑郁的行为，为相关研究提供了可靠的模型^35,36。除了遗传学研究外，多种与抑郁倾向相关的动物模型也显示出会影响FST中的静止行为，例如早期应激暴露^37,38<...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
计算机	Dell		Intel® Core™ i3-2120 cpu @ 3.30 GHz, 4 GB ram
相机	VIDO	AU-CB422	B/W CCD 相机  http://www.vido-europe.com/products_detail.asp?id=33&pcategory=2
编码软件	Biobserve		FST Analysis http://www.biobserve.com/products/fst/index.html
加热灯	Ikea	AA-19025-3	ESPRESSIVIO 400.504.46 - 20W G4 灯泡  http://www.ikea.com/ms/en_US/customer_service/assembly/E/E00050467.pdf
加热枕	Sachs	EF-188B	38*38cm 加热枕   http://www.sachs.co.il/eng/lego_tree.php?instance_id=21&actions=show&id= 604