本文介绍了如何将病毒载体注射到小鼠前额叶皮层，以检测需要G蛋白偶联受体异源多聚体形成的动物行为学实验。
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摘要
摘要
5-HT2A 与 mGlu2 之间的异源受体复合物已被证实参与了精神分裂症小鼠模型中某些行为表型的调控1,2。因此，研究影响精神分裂症相关行为的 5-HT2A 与 mGlu2 之间相互作用的结构细节，是一种强有力的转化研究工具。如先前研究所示，小鼠的头部抽动反应（HTR）可由致幻药物诱导，而在 5-HT2A 基因敲除（KO）小鼠中，这种行为反应则完全消失3,4。此外，通过仅在皮层中条件性表达 5-HT2A 受体的研究发现，皮层锥体神经元上依赖于 5-HT2A 受体的信号通路足以介导致幻药物引发的头部抽动行为3。最后，研究还表明，在 mGlu2-KO 小鼠中，由致幻剂 DOI 和麦角酸二乙胺（LSD）诱导的头部抽动行为反应显著减弱5。这些发现提示，mGlu2 至少部分地对于 LSD 类药物诱导的依赖于 5-HT2A 受体的精神病样行为效应是必需的。然而，这并未提供证据表明 5-HT2A-mGlu2 受体复合物本身是否为该行为表型所必需。为回答这一问题，研究人员使用单纯疱疹病毒（HSV）载体，在 mGlu2-KO 小鼠的前额叶皮层中分别表达 mGlu2 或 mGlu2ΔTM4N（一种不能与 5-HT2A 形成受体复合物的 mGlu2/mGlu3 嵌合体），以检验这种 G 蛋白偶联受体异源复合物是否为 LSD 类药物诱导的行为效应所必需6。
引言
LSD、裸盖菇素和麦司卡林等致幻剂会引起人类意识、认知和情绪的显著改变7-9。通过基因或药理学手段抑制5-羟色胺5-HT2A受体信号传导，可显著减弱啮齿类动物模型3,10和人类11对致幻剂的行为反应。尽管致幻剂也可结合其他受体亚型8，但5-HT2A受体被认为是这些化学物质产生独特行为活性所必需的。
II型代谢型谷氨酸受体（即，mGlu2 和 mGlu3）在致幻剂的分子作用机制及其在精神病发生中的核心作用方面已受到广泛关注12此前已证明，不表达mGlu2蛋白的小鼠（mGlu2-KO小鼠）对致幻剂的细胞和行为效应不敏感。5。也有研究提出，5-HT2A 并且mGlu2受体在活细胞中形成一种特异性的异源复合物，通过该复合物，5-羟色胺和谷氨酸配体可调节G蛋白偶联的模式 1,2.
从结构上看，mGlu2的跨膜区（TM）4和5在与5-HT2A受体形成异源复合物的过程中起着关键作用5。此外，进一步研究表明，位于mGlu2跨膜区4胞内末端的三个氨基酸残基对于在活细胞中形成5-HT2A-mGlu2受体异源复合物是必需的6。
基于在异源表达系统中观察到的这些发现，本文描述了在mGlu2基因敲除小鼠的额叶皮层中，利用单纯疱疹病毒（HSV）介导表达野生型mGlu2以及mGlu2/mGlu3嵌合体构建体的方法，以检验5-HT2A与mGlu2之间是否必须形成异源二聚体，才能产生致幻性5-HT2A受体激动剂所诱导的头部抽动行为。
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方案
注意：所有动物繁育和护理操作均按照西奈山伊坎医学院机构动物护理和使用委员会 (IACUC) 的规定进行。操作过程中务必使用无菌手套。
1. 药物与病毒的制备
- 药物配制
- 配制15.0 ml的氯胺酮/赛拉嗪麻醉剂：将1.35 ml浓度为100 mg/ml的氯胺酮和0.75 ml浓度为20 mg/ml的赛拉嗪溶解于12.9 ml的0.9%生理盐水中，充分混匀溶液。
- 病毒制备
- 按照先前描述的标准方案6，将mGlu2和mGlu2ΔTM4N构建体克隆至双顺反子单纯疱疹病毒（HSV）载体中。按先前所述方法6,13,14包装病毒颗粒。在mGlu2中将残基Ala-6774.40、Ala-6814.44和Ala6854.48替换为mGlu3中的Ser6864.40、Phe6904.44和Gly-6944.48（HA-mGlu2ΔTM4N）的方法此前已有描述6。
注：先前已证明，嵌合构建体HA-mGlu2ΔTM4N可在质膜上表达，并保留G蛋白依赖性信号传导功能6。 - 不使用时将病毒载体储存于-80 °C。在冰上解冻病毒载体，然后分装为每份10 μl。手术过程中保持冰上存放。
- 按照先前描述的标准方案6，将mGlu2和mGlu2ΔTM4N构建体克隆至双顺反子单纯疱疹病毒（HSV）载体中。按先前所述方法6,13,14包装病毒颗粒。在mGlu2中将残基Ala-6774.40、Ala-6814.44和Ala6854.48替换为mGlu3中的Ser6864.40、Phe6904.44和Gly-6944.48（HA-mGlu2ΔTM4N）的方法此前已有描述6。
2. 手术
- 手术准备
- 称重小鼠，并根据体重注射适量的氯胺酮/赛拉嗪混合溶液（具体剂量详见1.1.1）。
- 检查小鼠是否麻醉充分，轻捏其足部和尾部以观察疼痛反应；若无法引出反应，则表明小鼠已达到适当麻醉状态。
- 使用电推剪从颅底到鼻尖剃除小鼠头部毛发。操作后涂抹眼用凝胶，以防止小鼠失明。
- 将每支注射器安装到立体定位仪支架上。然后调节立体定位仪支架每个臂的垂直部分，使其偏离法线方向10度。确保双臂倾斜方向使针头相对朝向彼此。
- 用70%乙醇充满每支注射器的针头进行清洗。至少重复此操作三次，以确保注射器清洁。
- 针头清洗后，用双蒸水充满针头以冲洗针管2O. 冲洗后，用1.3 µl双蒸水填充每根针头2O. 旋转注射器的推杆，释放 0.3 µl 双蒸水2O. 若针尖处有水珠形成，请小心擦去水分。若注射器无液体排出，将推杆完全推到底，然后重复注射器清洗步骤。
- 注满水后，再上拉注射器，吸入0.5 µl空气。
- 当空气和水进入注射器后，小心地向注射器中加入1.3 µl病毒溶液。此时应确保注射器内的总体积为2.8 µl。再次轻轻旋转注射器针头，排出0.3 µl病毒溶液。若针尖出现液滴，需小心擦拭干净。若无液体从注射器排出，将推杆完全推到底，然后重复注射器清洗步骤。
- 外科手术
- 将小鼠固定于立体定位仪上，调整立体定位仪使颅骨保持水平且平整。在暴露的头皮区域涂抹聚维酮碘。使用手术刀在暴露的剃毛区域沿颅骨中线做矢状切口。随后在切口处用滴定管夹固定皮肤，以确保颅骨持续暴露。
- 使用 H2O2 溶解去除骨膜以暴露颅骨缝。现在已可见前囟和颅骨缝，请务必调整立体定位仪框架，确保颅骨处于水平位置。
- 将注射器针尖与前囟对齐，记录前囟的坐标。计算针尖插入位置的坐标。
- 对于喙尾（R-C）平面，将记录的R-C前囟坐标加上1.6 mm（从前囟+1.6 mm）。对于背腹（D-V）平面，从前囟记录的D-V坐标中减去2.4 mm（从前囟-2.4 mm）。
- 最后，对于内侧-外侧（M-L）平面，将记录的M-L颅骨前囟坐标值加上2.6 mm（即从前囟向侧方2.6 mm）。所有坐标均需记录左侧和右侧坐标，因为这是双侧注射。
- 将针头移至目标坐标。标记针头将要插入的位置，并使用钻头钻孔。
- 用棉签拭去多余的血液或骨碎片。
- 将针头移至颅骨处，使针尖接触脑表面，然后缓慢将针头降至目标坐标位置。
- 当针头到达目标坐标后，在5分钟内以每分钟0.1 µl的速度缓慢旋转推进针筒活塞，注入内容物。 （总计 0.5 µl）。
- 注射完成后，将注射器在皮层中保留5分钟。
- 关闭/护理
- 平稳缓慢地取出小鼠皮层中的针头，然后将小鼠从立体定位仪框架中取出。
- 将氰基丙烯酸酯（皮肤粘合剂）涂抹于切口处皮肤瓣的基部，然后用镊子夹住皮肤瓣并将其对合。
- 让氰基丙烯酸酯干燥。将小鼠放入笼子中，并置于加热垫上（如果手术室温度保持在37 °C的室温条件下，则加热垫可选；否则无需使用）。务必将小鼠放置在纸巾上，以防止垫料粘附到手术部位。
- 根据手术时长，确保小鼠在30至60分钟内从麻醉状态中苏醒 术后 手术后，将动物放回其单独的笼子中并进行监测，直至意识恢复，然后送回饲养室继续恢复。术后不使用任何镇痛药物，因为这些药物可能通过改变大脑某些生化通路而影响实验结果。然而，在手术当天需持续监测动物直至从麻醉中恢复，并在术后每日观察是否有感染迹象以及评估疼痛或痛苦程度。
3. 头部抽动反应实验
- 设置
- 在立体定向注射病毒颗粒后的2至3天内，上午10:00至下午2:00之间进行所有行为学测试。
- 将盐酸(±)-1-(2,5-二甲氧基-4-碘苯基)-2-氨基丙烷（DOI）溶解于0.9%生理盐水中，配制成2.0 mg/kg的溶液。同时准备0.9%生理盐水溶液。
- 准备一个无垫料的饲养笼（28 x 18 x 15 cm），使用三脚架调整摄像机位置，使摄像机镜头正对饲养笼上方。
- 实验开始前，将小鼠在实验室内适应至少4小时。
- 架设一台摄像机以记录头部抽动。
- 实验
- 将相机置于饲养笼正上方，调整相机参数，确保整个饲养笼均在视野范围内。
- 称重小鼠，并根据体重按相应剂量通过腹腔注射0.9%生理盐水或DOI（0.01 ml/g）。注意：若小鼠体重为25克，则给药总体积为0.25 ml。
- 将每只小鼠放回其原笼中静置10分钟。10分钟后，将小鼠置于空笼具中央，确认摄像头视野内无任何盲区。启动摄像机开始录像，随后离开房间。
注意：小鼠的运动行为及其中的各种行为反应（头部抽动、挠耳等） 等等请参阅 Gonzalez-Maeso 补充数据表 1 等. 2007年，以获取DOI诱导的全部行为反应的完整列表。3将记录30分钟，因此确保记录的视野范围内无盲区非常重要。 - 30 分钟后 停止摄像机的录制，并将小鼠放回原来的饲养笼中。对每只小鼠重复此过程。
- 综述
- 让每位裁判在不知晓小鼠实验条件的情况下对录像进行盲审即用于头部抽搐实验的药物或颅内注射所用病毒）。在整个视频过程中手动记录每一次头部抽搐。
注：头部抽动定义为小鼠进行的快速摇头运动（补充视频）。 - 对每只小鼠，取三位盲法评估者记录的最终HTR反应值的平均值。然后根据实验条件对这些数值进行分组，并进行统计分析（即，t检验或方差分析）。
- 让每位裁判在不知晓小鼠实验条件的情况下对录像进行盲审即用于头部抽搐实验的药物或颅内注射所用病毒）。在整个视频过程中手动记录每一次头部抽搐。
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结果
先前的研究结果表明，致幻剂能可靠且显著地诱发小鼠头部抽动行为反应，而在5-HT2A-基因敲除小鼠3此外，已有研究表明，致幻性5-HT激动剂引发的头部抽动反应2A mGlu2基因敲除小鼠中，激动剂DOI和LSD的作用显著降低5然而，尽管先前的研究结果令人信服地表明5-HT2A mGlu2 以异源复合物形式组装 体外 在转染细胞中1,2,15，这种结构排列在活体小鼠中是否具有相应功能仍尚未明确。要充分理解5-HT2A-mGlu2受体异源复合物在致幻性5-HT诱导的精神活性样效应中的作用2A 受体激动剂，于mGlu2基因敲除小鼠的额叶皮层表达mGlu2或mGlu2ΔTM4N，以检测该操作是否调控行为。
小鼠接受了表达绿色荧光蛋白（GFP）和mGlu2或mGlu2ΔTM...
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讨论
结合此前在mGlu2基因敲除小鼠中的研究结果5，使用不形成5-HT的mGlu2及mGlu2/mGlu3嵌合体构建体所得结果2A-mGlu2受体复合物在培养细胞中的研究表明，5-HT2A 小鼠前额叶皮层中-mGlu2异源受体复合物是LSD样致幻性5-HT诱导头部抽动行为所必需的2A 受体激动剂。该方法的一个局限性在于，其无法在天然组织的亚细胞水平上测量分子间的近距离相互作用。此外，还需注意多个关键环节。由于小鼠被注射了HSV病毒载体，实验操作的时间窗口为注射后2至4天。应在首次注射后不超过4天内，通过脑组织切片的免疫荧光染色验证病毒载体的定位与表达情况。对于注射位点不准确或未表达病毒载体的小鼠，应从实验数据中剔除，因其不表达mGlu2或mGlu2ΔTM4N。立体定位手术后的护理也至关重要，若头部伤口封闭不当，可能导致感染，进而对实验结果造成干扰 体内 实验和免疫荧光染色。最后，在立体定位注射后进行任何行为学实验范式（敞箱实验、交替t检验， 等等）只要在注射病毒颗粒后2-4周内使用即可。同样，坐标位置和表达情况应通过免...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究由NIH R01MH084894资助。我们感谢西奈山医学院的Yasmin Hurd博士和Scott Russo博士在本视频拍摄期间提供小鼠以及手术和行为实验设施的使用支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| mGlu2 双顺反子单纯疱疹病毒（HSV）载体 | MIT Core | 将 mGlu2 和 mGlu2ΔTM4N 亚克隆至双顺反子 HSV-GFP 病毒载体 p1005+ HSV 中，该载体在 CMV 启动子控制下表达 GFP。病毒颗粒由麻省理工学院麦戈文研究所病毒核心设施（MIT）制备。欲了解更多信息，请联系负责人 Rachael Neve 博士（rneve@mit.edu） | |
| mGlu2ΔTM4N 双顺反子单纯疱疹病毒（HSV）载体 | MIT Core | 将 mGlu2 和 mGlu2ΔTM4N 亚克隆至双顺反子 HSV-GFP 病毒载体 p1005+ HSV 中，该载体在 CMV 启动子控制下表达 GFP。病毒颗粒由麻省理工学院麦戈文研究所病毒核心设施（MIT）制备。欲了解更多信息，请联系负责人 Rachael Neve 博士（rneve@mit.edu） | |
| GFP 双顺反子单纯疱疹病毒（HSV）载体 | MIT Core | 将 mGlu2 和 mGlu2ΔTM4N 亚克隆至双顺反子 HSV-GFP 病毒载体 p1005+ HSV 中，该载体在 CMV 启动子控制下表达 GFP。病毒颗粒由麻省理工学院麦戈文研究所病毒核心设施（MIT）制备。欲了解更多信息，请联系负责人 Rachael Neve 博士（rneve@mit.edu） | |
| 赛拉嗪 | Lloyd | 目录号 4811-20ml，NADA 编号 #139-236，NDC 编码：61311-481-10 | 1.35 ml 的氯胺酮（100 mg/ml）与 0.75 ml 的赛拉嗪（20 mg/ml）溶于 12.0 ml 的 0.9% 生理盐水中 |
| 氯胺酮 | Vedco | KetaVed-10ml，NADA 编号 #200-029，NDC 编码：50989-161-06 | 1.35 ml 的氯胺酮（100 mg/ml）与 0.75 ml 的赛拉嗪（20 mg/ml）溶于 12.0 ml 的 0.9% 生理盐水中 |
| 眼用凝胶 | Fisher Scientific | NC0550805 | |
| 颅骨夹 | Fisher Scientific | NC9268369 | |
| Feather 外科手术刀片 | Fisher Scientific | NC9032736 | |
| 过氧化氢 | Fisher Scientific | 19-898-919 | |
| 哈密尔顿注射器 | Fisher Scientific | 14815203 | |
| Hamilton™ 小接头可拆卸针头（33 Ga） | Fisher Scientific | 14816206 | |
| 无线微型钻机 | Fisher Scientific | NC9089241 | |
| Dermabond 皮肤粘合剂 | Fisher Scientific | NC0690470 | |
| (±)-1-(2,5-二甲氧基-4-碘苯基)-2-氨基丙烷盐酸盐（DOI） | Sigma-Aldrich | 42203-78-1 | 溶于 0.9% 生理盐水中，配制成 2.0 mg/kg 的浓度 |
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