莫里斯水迷宫实验：小鼠品系与测试环境的优化

摘要

本论文描述了一种针对常用阿尔茨海默病小鼠模型优化的莫里斯水迷宫（MWM）实验方案。MWM在转基因小鼠模型中被广泛应用。为检测组间差异，采用对小鼠背景品系敏感的操作程序至关重要。

摘要

Morris水迷宫（MWM）是一种常用于评估转基因小鼠疾病模型中海马依赖性空间学习与记忆能力的行为学任务，尤其适用于阿尔茨海默病等神经认知障碍疾病的研究。然而，所使用小鼠模型的遗传背景品系可能对观察到的行为表型产生显著影响，某些品系的学习能力明显优于其他品系。为了确保能够检测到转基因阴性与转基因阳性小鼠之间的差异，必须确定一种对背景品系敏感的训练方案。若未能根据小鼠模型的遗传背景对MWM实验方案进行优化，可能导致训练不足或过度训练，从而掩盖探针试验中的组间差异。本文介绍了一种专为F1 FVB/N × 129S6遗传背景优化的MWM实验方案。该背景品系常用于研究突变型P301L tau蛋白（rTg(TauP301L)4510小鼠）对阿尔茨海默病相关记忆缺陷的年龄依赖性影响。同时，本文还描述了一种根据具体实验环境进行方案再优化的策略。

引言

转基因小鼠模型在评估阿尔茨海默病（AD）的病理生理机制以及潜在治疗干预措施方面发挥了重要作用。认知任务（如莫里斯水迷宫实验，MWM）常被用于这些模型，以识别记忆缺陷的分子相关性，并评估临床前药物的疗效。然而，认知任务的动态范围必须足够宽泛，才能检测到细微的治疗效应。在阿尔茨海默病小鼠模型中，认知缺陷通常具有年龄依赖性，小鼠会表现出渐进性的行为能力下降（例如，¹）。使用敏感性较高的认知任务，可以在动物生命早期检测到细微差异，从而降低因动物老化带来的实验成本。例如，将依赖海马体的巴恩斯迷宫训练试验次数从15次减少至5次，增加了任务难度，使得在3xTg模型中比以往报道更早地检测到认知缺陷²。更早地发现认知缺陷不仅可显著节省时间和成本，还能提高识别认知缺陷背后分子变化的可能性。

影响认知任务敏感性的一个因素是小鼠模型的遗传背景品系。例如，与C57BL/6等其他品系相比，BALB/c小鼠在学习和记忆任务中表现出更优的性能³。F1 FVB/N × 129S6背景被用于两种最常用的阿尔茨海默病（AD）模型——Tg2576和rTg(TauP301L)4510模型。该品系在莫里斯水迷宫（MWM）中的学习能力优于包括B6/SJL在内的其他品系小鼠⁴。由于其较强的学习能力，经过大量训练后仅进行一次探针试验可能会因过度训练而掩盖组间差异。此外，探针试验的敏感性可能具有年龄依赖性。我们先前的研究表....

方案

所有实验操作均按照机构动物照护与使用委员会（IACUC）的标准进行，并经西弗吉尼亚大学IACUC批准。

1. 预处理

1. 建立泳道
   1. 将预处理池垫高，使其处于倾斜状态 调节至舒适的高度。
   2. 放置 2 L 将预处理池中的水（21 °C）加至约1 cm的水位。
      注意：不要添加颜色。
2. 步骤
   1. 将小鼠从动物房转移到测试室。
   2. 验证受试者身份（受试者编号、尾部纹身、耳标） 等等.).
   3. 用永久性记号笔标记小鼠的尾巴，以区分笼内已接受预处理测试的小鼠和尚未测试的小鼠。同一笼内的所有小鼠使用同一种颜色标记。
   4. 将小鼠放入转移烧杯中约5秒，然后轻轻将小鼠从烧杯倒入预处理池中。
   5. 使用计时器，让小鼠在水中停留20秒。
   6. 20秒后，将铲子轻轻置于小鼠前方（不要倾斜铲子）。让小鼠短暂探索铲子，如有需要，可将铲子轻轻滑至小鼠腹下并缓慢上抬，以鼓励其登上铲子。操作时应注意避免惊吓小鼠。
   7. 将小鼠放入鼠盒后，将其运送回饲养笼中。
   8. 每天对笼中每只小鼠重复上述操作，持续10天。在固定时间间隔（例如 每次取完每只动物后，使用网从池中捞取粪粒和垫料。

结果

我们采用 Morris 水迷宫研究 β-淀粉样蛋白（Tg2576 小鼠）和突变型 P301L tau 蛋白（rTg(TauP301L)4510 小鼠）对空间参考记忆的影响（例如，^1,5,7,8）。图 3 展示了我们研究中关于成年期表达 P301L tau 蛋白对学习和记忆影响的代表性结果⁸，该实验使用测试环境 A。为评估小鼠的运动和视觉能力，我们在可见平台训练阶段对小鼠进行了比较，每个训练阶段包含 3 次试验。在可见平台训练中，对照组与 TauP301L 小鼠的游泳路径长度无显著差异（图 3A），表明转基因阳性与阴性小鼠具有相似的游泳能力，且两组均能识别标记平台的视觉线索（旗子）。根据排除标准，未发现任何小鼠存在表现能力缺陷。接下来比较了隐藏平台训练阶段的表现，每个阶段包括 1 天（4 次试验）的训练。随着小鼠学习平台位置，其找到平台的路径长度和所需时间逐渐缩短。然而，TauP301L 小鼠在每个训练阶段的路径长度均显著长于对照组（图 3B），提示 TauP301L 小鼠的空.......

讨论

莫里斯水迷宫（MWM）任务被广泛用于评估空间学习和记忆能力。然而，该任务的稳健性可能受到多种因素的影响，需针对背景品系和测试环境进行优化。如图4所示，在两个不同测试房间（大小和布局相同）中采用相同的训练方案和视觉线索，其探针试验表现却存在显著差异。由于测试房间的许多特征可能提供空间线索⁴，推测这两个房间在某些未知方面存在显著差异，从而使测试难度增加。在调整迷宫外线索时，我们选择有效增加视觉线索的数量。此外，通过尽量减少窗帘的使用，可能改变了潜在存在的听觉或嗅觉线索。两个测试房间的光照强度相当，但新动物房中饲养笼具的光照强度较低，导致从饲养笼到测试房间的光照强度差异更大。有研究指出，只要光照强度足够低，BALB/c小鼠能够完成MWM任务¹⁴。然而，通过降低测试房间光照强度来改善表现的尝试并未成功（未发表观察结果）。迄今为止，尚不清楚新测试环境中导致表现下降的具体因素，但经过改进的预处理操作、线索设置和训练方案已显著提高了探针试验得分。

如果可能，建议使用与计划实验相同遗传背景品系和年龄的野生型或对照小鼠群体.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
观察者追踪软件	Biobserve		该特定软件并非必需——市场上还有其他可用的追踪系统
预处理水池			尺寸约为 1 英尺宽 × 2 英尺长 × 1.5 英尺深
塑料烧杯			1 L
舀勺
小网
秒表
无毒白色广告颜料			可使用任意颜色的颜料；但大多数追踪软件程序要求颜料颜色与动物体色形成对比
可见平台			颜色应与迷宫背景形成对比
窗帘杆
窗帘
圆形浴盆			通常为白色；直径约 4 英尺
隐藏平台			涂成与水颜色相同