跑步机疲劳测试：一种简单、高通量的小鼠类疲劳行为检测方法

摘要

疲劳是许多疾病和障碍中常见、治疗不足且常被误解的症状。新的临床前疲劳检测方法可能有助于增进对疲劳的现有认识并改善未来的治疗。为此，本方案提供了一种测量小鼠疲劳样行为的新方法。

摘要

疲劳是多种疾病和障碍中的显著症状，会降低许多人的生活质量。由于疲劳的发病机制尚不明确，且现有干预措施无法充分治疗所有患者的疲劳，因此亟需新的治疗方案。尽管临床前研究在发现潜在新型疗法方面具有重要的治疗意义和价值，但目前可用的疲劳临床前检测方法却很少。此外，用于评估疲劳样行为最常见的临床前检测方法——自主转轮跑动实验——并不适用于某些品系的小鼠，可能对减轻疲劳的药物不敏感，且通量相对较低。本方案介绍了一种新型的非自主性临床前疲劳样行为检测方法——跑步机疲劳测试，并提供了证据表明该方法能够有效检测经化疗药物处理后出现疲劳样行为的小鼠（该药物已知可在人类中引起疲劳，并在动物中引发疲劳样行为）。与转轮跑动实验相比，该检测方法可能是一种有益的替代方案，可在更短时间内对更多小鼠进行疲劳样行为及潜在干预措施的评估，从而加快新疗法的发现进程。

引言

疲劳影响着广泛的人群，可显著降低生活质量，且其发病机制常常不明确或未知。例如，大多数接受治疗的癌症患者都会经历癌症相关性疲劳（CRF），这种疲劳可在癌症治疗结束后长期持续，甚至在无明显可检测癌细胞的情况下依然存在¹。此外，疲劳也是多种其他疾病和障碍中的突出症状，包括慢性疲劳综合征、抑郁症、糖尿病和纤维肌痛。幸运的是，已有一些非药物干预措施能够帮助部分疲劳患者（例如，运动可减轻部分乳腺癌患者的CRF^2,3），但仍有许多患者缺乏有效治疗。此外，目前用于CRF的药物治疗尚未被证实具有广泛的有效性，甚至在某些情况下完全无效^4-7。

尽管临床上对治疗疲劳存在迫切需求，且目前缺乏有效的药物治疗手段，但用于支持新型抗疲劳药物发现与开发的临床前疲劳检测方法仍十分匮乏，尤其是在动物模型中。目前唯一可用于啮齿类动物研究的临床前疲劳检测方法之一是自主转轮跑动活动（voluntary wheel running activity, VWRA）^9-15，该方法允许小鼠或其他啮齿类动物自由接触转轮，并记录其每日的跑动活动。在许多研究中，VWRA是评估类疲劳行为的唯一指标，类疲劳行为被定义为实验组中所测得的体力活动减少（无论是通过VWRA还是本方案进行评估）。尽管VWRA可提供一种有用的纵向评估类疲劳行为的方法，但其通量相对较低，不同近交系小鼠之间的跑动行为存在显著差异¹⁶，且该....

方案

该实验方案已获国家糖尿病、消化病和肾脏病研究所动物护理与使用委员会批准。

1. 准备

1. 为便于在测试前快速识别每只小鼠，应对所有将接受训练和测试的小鼠尾巴进行纹身标记以作身份识别。
   注意：此步骤为可选。可使用记号笔或其他标识方法替代纹身标记。
2. 在训练和测试小鼠之前，确保跑步机放置在平坦的表面上，并将跑步机调节至所需的倾斜角度（推荐倾斜角度：10°，在整个训练和测试过程中保持一致），并适当设置电击频率和强度（推荐：2 Hz，1.22 mA）。
   注意：所使用的电击在未戴手套的手指接触时应仅产生轻微的刺痛感，并以脉冲方式释放（每次电击持续200毫秒）。
3. 在跑步机下方放置一张干净的牛皮纸或吸水垫，用于收集训练和测试期间的粪便颗粒和尿液。
4. 在跑台外壳的三分之一处覆盖一张纸或吸水垫即跑台通道上方的透明塑料盖，距离电击网格最远的一端。
   注意：此步骤为可选操作，但可形成较暗的空间，可能进一步促使避免跑台的下部区域。
5. 若计划在训练过程中使用金属刷以提供额外刺激，需确保在开始训练前已备好金属刷。
6. 确保在步骤 2.14 期间，任何用于诱导和/或缓解疲劳的药物或方法均可获得，并可进行配制或实施。

2. 训练小鼠使用跑步机

结果

本方案通过跑步机测量小鼠的疲劳样行为。本节所示数据采用当前方案训练和测试三组不同的小鼠获得（不包括图1A和1C）。为诱导疲劳，给予5-氟尿嘧啶（5-FU），这是一种已知可在人类中引起疲劳³⁰、在小鼠中引起疲劳样行为^10,13的细胞毒性化疗药物。所有数据均来自成年雌性C57BL/6NCr小鼠。测试时小鼠年龄为9-10周（图1和2）或9-13周（图3）。

图1展示了小鼠在经过5天训练后，采用先前已发表模型¹⁰中描述的方法，接受5-FU处理（60 mg/kg/天，持续5天）以诱导疲劳状态的数据。完成处理后，使用运动能力测试对小鼠进行评估（图1A），该测试采用表2中列出的跑步机速度，并通.......

讨论

本方案描述了如何使用小鼠跑台来测量类似疲劳的行为。与常用的临床前疲劳样行为检测方法VWRA相比，该方法具有多项优势。VWRA要求小鼠主动选择与测试装置互动，因此某些近交系小鼠极少与转轮互动¹⁶，其跑步量极低，可能导致难以甚至无法识别疲劳引起的活动减少。相比之下，跑台疲劳测试消除了这一选择性，因此为不使用跑轮的小鼠提供了可行的替代性疲劳样行为检测方法。本方案可作为VWRA或其他疲劳样行为测量方法的替代或补充，尤其适用于在小鼠模型中测试潜在的药物疗法以减轻疲劳。在通过预实验确认特定小鼠模型中可观察到疲劳样行为后，可给予潜在治疗干预以缓解疲劳并减少疲劳样行为。若药物干预在本方案测试中能够减弱疲劳样行为，则该药物（或类似药物）可能对治疗某些类型的人类疲劳具有治疗价值。此外，尽管从临床前研究过渡到临床试验仍需经历诸多必要步骤，但与VWRA相比，本方案可在更短时间内测试更多小鼠，从而更快地研究和理解疲劳样效应及潜在治疗方法。

使用本方案时需注意若干重要限制与考虑因素。首先需指出，由于该实验需通过体力活动来测量类似疲劳的行为，因此可能不适用于诱导恶病质或肌肉萎缩的实验条件<.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Exer 3/6 动物跑台	Columbus Instruments	1050-RM Exer-3/6
秒表	Daigger	EF24490M
金属刷	Fisher Scientific	03-572-5
压缩空气	Dust-Off	FALDSXLPW
吸水垫	Daigger	EF2175CX
牛皮纸	Newell Paper Company	4620510
酒精（70%）	Fisher Scientific	BP82011