一种由外周照射诱导疲劳的小鼠模型

摘要

我们描述了一种利用靶向外周照射在小鼠中诱导类似疲劳行为的方法。选定的非致死照射剂量可导致小鼠自主转轮跑动活动减少，持续约一周时间。

摘要

癌症相关性疲劳（CRF）是一种令人痛苦且代价高昂的病症，常影响接受癌症治疗（包括放射治疗）的患者。本文介绍一种利用靶向外周照射在小鼠中诱导疲劳样行为的方法。通过适当的屏蔽，照射靶向小鼠的下腹部/盆腔区域，同时保护脑部，以模拟盆腔癌症患者接受的放射治疗。我们给予的照射剂量足以在小鼠中诱导疲劳样行为，通过自主转轮跑动活动（VWRA）进行评估，且不会引起明显的疾病表现。由于转轮跑动是小鼠正常的自主行为，因此其使用对其他行为学测试或生物学指标的干扰较小。因此，转轮跑动可作为理解疲劳行为与生物学相关性的可行结局指标。CRF是一种复杂的病症，常伴随多种共病，其病因可能与癌症本身及其多种治疗方式均有关。本文所述方法有助于研究导致CRF发生的放射诱导变化，更广泛而言，也有助于探索能够解释由外周触发但中枢驱动的行为（如疲劳）发生与持续的生物学网络。

引言

癌症相关性疲劳（CRF）是一种令人痛苦且代价高昂的状况，常影响接受癌症治疗的患者¹。这种疲劳与近期活动量不成比例，且无法通过休息缓解，常伴随情绪、动机、注意力和认知功能等多方面的紊乱²。尽管CRF的生物学成因尚不明确，但已有研究表明，在许多情况下其与炎症和细胞因子水平相关，某些情况下也与血红蛋白水平及多种内分泌系统功能相关（参见Saligan et al.³ 对CRF生物学研究的综述）。

使用动物模型进行的对照研究对于理解这种复杂状况相关的行为和生物学机制十分必要。尽管已有研究利用啮齿类动物模型探讨了肿瘤相关⁴或化疗相关^5,6的疲劳，但癌症相关疲劳（CRF）的病因可能具有特定治疗方式的特异性。为了研究与放射治疗相关的CRF，我们课题组近期建立了一种辐射诱导疲劳的小鼠模型⁷。与现有的涉及脑部或全身照射的CRF模型^8,9不同，该模型旨在探索外周靶向照射如何触发由中枢驱动的行为改变，例如疲劳。

方案

伦理声明：本研究经美国国立卫生研究院（NIH）动物护理与使用委员会批准。所有参与动物操作及研究结果测量的研究人员均经过美国国立卫生研究院动物护理与使用办公室以及国家心肺血液研究所小鼠表型分析核心的正规培训。本研究中动物实验、饲养及环境条件的各个方面均符合《实验动物护理与使用指南》¹¹ 的要求。

1. 动物饲养与实验动物

注意：实验期间将雄性 C57BL/6 小鼠单独饲养（到达时约五周龄），并自由摄食和饮水。ad libitum 所有笼子均维持 12 小时光照/12 小时黑暗循环，光照期从上午 6 点开始，黑暗期从下午 6 点开始。

1. 对小鼠进行编号，并将其分别安置于标准的通风小鼠笼中。编号操作后，让小鼠恢复24小时。
   注意：建议采用尾部纹身作为识别方法，以避免耳标被转轮卡住的风险。在每只小鼠的尾部纹上编号，尾部编号需与其笼子上标注的编号一致。
2. 让小鼠在笼中至少再适应三天，每天轻柔地抓握每只小鼠三分钟。

2. 跑轮适应与基线测定

1. 将小鼠分别放入个体自愿转轮活动（VWRA）笼中，每个笼子配备一个连接电子计数器的转轮，用于持续记录。
   注意：所有转轮计数器通过单个USB接口连接至计算机（参见材料列表）。....

结果

三批小鼠接受了上述方案处理。其中假手术组共16只，辐照组共20只（2,400 cGy，3 × 800 cGy/天）。在连续三天辐照后，辐照组小鼠的VWRA显著低于假手术组（混合重复测量方差分析：辐照处理的主效应，F_1,13 = 19.233，p < 0.001）。该效应在辐照后前七天均具有显著性（简单主效应分析，经Bonferroni校正后p < 0.05），其中平均VWRA距离在辐照后第三天达到最低值（图2A）。在第25天和第26天，由于进行其他行为学测试，未采集数据。

图2B展示了辐照前后VWRA变化的分布情况。尽管大多数小鼠表现出类似疲劳的症状（转轮跑动活动减少），但仍有少数小鼠的VWRA变化较小，甚至出现增加（图2B，下图）。由于存在这种变异性，样本量较小的实验可能无法捕捉到类似疲劳的行为。

讨论

我们描述了一种利用靶向外周照射来诱导小鼠VWRA降低的实验方案，且不引起混杂的疾病或死亡。重要的是，一种简单的屏蔽装置可确保本方案中的照射稳定地靶向特定区域，模拟盆腔癌症患者接受的放射治疗。与现有的涉及脑部或全身照射的慢性疲劳（CRF）模型^8,9相比，该模型探讨了靶向外周的照射如何影响中枢驱动的疲劳行为。在我们的代表性结果中，我们证明了以这种方式实施的外周照射足以引发类似疲劳的行为，且大约一周后完全恢复。

作为疲劳程度的评估指标，VWRA 可对每日24小时的运动距离和速度进行简单且客观的评估，所需训练和实验时间极少。该方法需要将小鼠单独饲养在各自的笼子中，因此实验设施的空间可能成为限制因素。尽管单独饲养可能影响小鼠行为，导致焦虑¹²或活动过度¹³，但有证据表明跑轮运动可能减轻这些负面影响¹⁴。与其他体力活动评估方法相比，跑轮.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
C57BL/6 小鼠	Charles River		品系编号 027 (http://www.criver.com/products-services/basic-research/find-a-model/c57bl-6n-mouse)
盐酸氯胺酮	Putney		100 mg/mL 储存液
盐酸赛拉嗪	Lloyd Laboratories		100 mg/mL 储存液
啮齿类动物纹身标记系统	AIMS	ATS-3	http://animalid.com/lab-animal-identification-systems/ats-3-general-rodent-tattoo-system
铅屏蔽装置	（定制）		由两块一英寸厚的铅板组成的屏蔽结构，中间留有一英寸宽的缝隙，用于靶向照射
有机玻璃屏蔽容器	（定制）		装有聚苯乙烯泡沫的有机玻璃容器，泡沫内切割出固定铅屏蔽的凹槽
GammaCell 40 Exactor	Best Theratronics		http://www.theratronics.ca/product_gamma40.html
RAD Disk Ultra	Best Theratronics		http://www.theratronics.ca/product_rad.html
小鼠单通道活动轮装置	Lafayette Instrument Company	#80820	http://www.lafayetteneuroscience.com/product_detail.asp?itemid=980
用于计算机监测的活动轮计数器	Lafayette Instrument Company	#86061	http://www.lafayetteneuroscience.com/product_detail.asp?itemid=1052
活动轮计数器用模块化电缆	Lafayette Instrument Company	#86051-7	http://www.lafayetteneuroscience.com/product_detail.asp?itemid=1046
活动轮计数器用 USB 计算机接口	Lafayette Instrument Company	#86056A	http://www.lafayetteneuroscience.com/product_detail.asp?itemid=1047
活动轮监测软件	Lafayette Instrument Company	#86065	http://www.lafayetteneuroscience.com/product_detail.asp?itemid=1053