本研究描述了在斑马鱼中建立急性与慢性高血糖模型的方法。目的是研究高血糖对生理过程的影响,例如稳态神经发生及损伤诱导的神经发生。本研究还强调了利用斑马鱼结合正电子发射断层扫描/计算机断层扫描(PET/CT)技术追踪放射性标记分子(此处为[18F]-FDG)的应用。
本研究描述了在斑马鱼中建立急性与慢性高血糖模型的方法。目的是研究高血糖对生理过程的影响,例如稳态神经发生及损伤诱导的神经发生。本研究还强调了利用斑马鱼结合正电子发射断层扫描/计算机断层扫描(PET/CT)技术追踪放射性标记分子(此处为[18F]-FDG)的应用。
高血糖是一种导致心血管和脑功能障碍的主要健康问题。例如,高血糖与卒中后神经系统并发症风险增加相关,并被证实会损害神经发生过程。有趣的是,成年斑马鱼最近被确立为模拟高血糖/糖尿病以及研究基础性和再生性神经发生的相关且有用的模型。本研究提供了建立高血糖斑马鱼模型的方法,以探讨高血糖在稳态和脑修复条件下对脑细胞增殖的影响。急性高血糖通过向成年斑马鱼腹腔注射D-葡萄糖(2.5 g/kg体重)建立。慢性高血糖则通过将成年斑马鱼浸入含D-葡萄糖(111 mM)的水中持续14天来诱导。文中描述了针对上述不同方法的血糖水平测定技术。此外,还演示了研究高血糖对基础性和再生性神经发生影响的方法,包括端脑的机械损伤操作、脑组织解剖、石蜡包埋及切片机切片,以及免疫组织化学实验流程。最后,本文还介绍了利用斑马鱼作为研究放射性标记分子(此处为[18F]-FDG)在体内分布情况的相关模型,并采用PET/CT进行检测的方法。
高血糖是指血糖水平过高。尽管它可能反映一种急性应激状态,但高血糖也是一种常导致糖尿病诊断的状况,糖尿病是一种胰岛素分泌和/或作用抵抗的慢性疾病。2016年,全球患有糖尿病的成年人数量已达4.22亿,每年有150万人死于该疾病,使其成为一个重大的健康问题1。事实上,未受控制的糖尿病会导致多种生理紊乱,影响心血管系统、肾脏以及周围和中枢神经系统。
有趣的是,急性和慢性高血糖可能改变认知功能,并促进痴呆和抑郁症的发生2,3,4,5,6。此外,高血糖患者在发生缺血性脑卒中后,其功能预后、神经功能恢复及生存率均较差7,8,9,10,11。另有研究显示,高血糖/糖尿病通过影响神经干细胞活性以及新生神经元的分化、迁移和存活,进而影响成体神经发生——即新神经元生成的过程2,12。
与哺乳动物不同,硬骨鱼类(如斑马鱼)在整个大脑中均表现出强烈的神经发生活性,并在成年期展现出卓越的脑修复能力13,14,15,16。值得注意的是,这种能力的实现得益于神经干细胞/前体细胞(包括放射状胶质细胞和成神经细胞)的持续存在17,18,19。此外,斑马鱼近年来已逐渐成为研究代谢紊乱(包括肥胖症和高血糖/糖尿病)的模型生物20,21,22。
尽管斑马鱼是研究高血糖和神经发生的公认模型,但很少有研究探讨高血糖对脑内稳态和认知功能的影响12,23。为了确定高血糖对基础状态及损伤诱导的脑细胞增殖的影响,通过腹腔注射D-葡萄糖建立急性高血糖模型。此外,通过将斑马鱼浸入添加D-葡萄糖的水中复制慢性高血糖模型12。斑马鱼在科研中具有诸多优势:价格低廉、易于饲养、在发育早期阶段身体透明,且其基因组已被测序。在本研究背景下,斑马鱼还具备若干额外优势:(1)其生理过程与人类相似,使其成为生物医学研究的重要工具;(2)由于其广泛而强烈的神经发生活性,可用于快速评估高血糖对脑内稳态和神经发生的影响;(3)作为一种替代模型,有助于减少科研中哺乳动物的使用数量。最后,斑马鱼还可用于通过PET/CT技术测试放射性标记分子及潜在治疗剂的生物分布情况。
以下实验方案的总体目标是直观展示如何建立斑马鱼急性与慢性高血糖模型,利用斑马鱼评估高血糖条件下脑组织的重塑,并通过PET/CT监测放射性标记分子(此处为[18F]-FDG)。
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野生型成年斑马鱼(Danio rerio)在标准光照周期(14/10 小时明/暗)和温度(28 °C)条件下饲养。所有实验均遵循法国及欧洲共同体关于实验动物使用指南(86/609/EEC 和 2010/63/EU),并经当地实验动物伦理委员会批准。
1. 建立斑马鱼急性高血糖模型
2. 建立斑马鱼慢性高血糖模型
3. 斑马鱼血糖水平的测定
4. 高血糖后脑细胞增殖的分析
5. 通过PET/CT成像斑马鱼中放射性标记分子的生物分布:氟脱氧葡萄糖([18F]-FDG)用于分析葡萄糖代谢
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采用本文所述方法,对成年斑马鱼进行腹腔注射D-葡萄糖(2.5 g/kg体重),注射后1.5小时,其血糖水平显著升高(图1A)。注射24小时后,D-葡萄糖处理组与PBS对照组斑马鱼的血糖水平相似12。对于慢性处理,将斑马鱼浸入含D-葡萄糖的水溶液(111 mM)中,连续处理14天后出现高血糖状态(图1B),该结果与先前研究一致12,22。
为了研究高血糖对脑细胞增殖的影响,在诱导斑马鱼急性及慢性高血糖后,对其脑组织进行了PCNA免疫组织化学检测。尽管急性高血糖并未影响脑细胞的增殖12,但慢性高血糖显著降低了脑室周围神经干细胞的...
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本研究描述了在斑马鱼中建立高血糖急性和慢性模型的多种方法。这些方法的主要优势在于:(1)可减少研究中使用的哺乳动物数量;(2)操作简便且实施快速;(3)经济高效。因此,此类模型可用于在大量动物中研究高血糖对多种生理过程的影响,包括动脉粥样血栓形成、心血管功能障碍、视网膜病变、血脑屏障渗漏以及稳态和再生性神经发生。本文详细介绍了在正常或损伤诱导条件下,开展高血糖对脑细胞增殖影响研究的具体操作流程。
慢性高血糖处理的一个关键局限性在于,在某些实验中,部分斑马鱼在长期浸入D-葡萄糖水(111 mM,持续14天)后并未表现出高血糖。Dorsemans及其同事(2016年)此前估计,有反应和无反应的鱼类比例分别为83%和17%。这种差异可能与个体鱼的年龄、性别以及通过生成更多胰腺β细胞来代偿高血糖的能力不同所致的易感性差异有关34,35。对于急性高血糖模型,注射后1.5小时血糖水平较为均一,表明该方法具有良好的可重复性。
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未披露任何潜在的利益冲突。
我们非常感谢留尼汪大学数字应用司(DUN)对视频的编辑工作(特别是 Jean-François Février、Eric Esnault 和 Sylvain Ducasse),感谢 Lynda-Rose Mottagan 提供配音,Mary Osborne-Pellegrin 对配音进行校对,以及感谢 CYROI 平台的支持。本研究得到了留尼汪大学(研究质量奖金、激励机制项目)、留尼汪大区议会、欧洲联盟(CPER/FEDER)以及 Philancia 协会资助项目的资助。ACD 获得了法国国民教育、高等教育与研究部和留尼汪大学(博士合同)提供的博士后奖学金资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 mL 鲁尔锁注射器 | BD, USA | 309628 | |
| 4',6'-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI) | Sigma-Aldrich, Germany | D8417 | |
| 7 mL 小型平口实验室容器 | Dutscher, France | 080171 | |
| D-葡萄糖 | Sigma-Aldrich, Germany | 67021 | |
| 数码相机 | Life Sciences, Japan | Hamamatsu ORCA-ER | |
| 一次性底模 | Simport, Canada | M475-2 | |
| 驴抗兔 Alexa Fluor 488 | Life Technologies, USA | A21206 | |
| 包埋中心 | Thermo Scientific, USA | Shandon Histocentre 3 | |
| 荧光显微镜 | Nikon, Japan | Eclipse 80i | |
| 氟脱氧葡萄糖(18F-FDG) | Cyclotron, France | ||
| 血糖仪测试条 | LifeScan, France | One-Touch 143 Ultra | |
| 羊抗鼠 Alexa Fluor 594 | Life Technologies, USA | A11005 | |
| 活体成像系统 | TriFoil Imaging, Canada | Triumph Trimodality | |
| 切片机 | Thermo Scientific, USA | Microm HM 355 S | |
| 单克隆小鼠抗PCNA抗体 | DAKO, USA | 克隆 PC10 | |
| 多聚甲醛(PFA) | Sigma-Aldrich, Germany | P6148-500G | |
| 多克隆兔抗GFAP抗体 | DAKO, USA | Z033429 | |
| 载玻片干燥台 | Electrothermal, USA | MH6616 | |
| 氯化钠 | Sigma-Aldrich, Germany | S9888 | |
| 柠檬酸三钠二水合物 | Prolabo, France | 27833.294 | |
| 无菌针头 | BD Microlance 3 | 30 G 1/2 ; 0.3 mm× 13 mm | |
| 学生型 Dumont #5 镊子 | Fine Science Tools | 91150-20 | |
| 学生外科剪刀 | Fine Science Tools | 91400-14 | |
| Superfrost Plus Gold 载玻片 | Thermo Scientific, USA | FT4981GLPLUS | |
| 手术显微镜 | Leica, France | M320-F12 | |
| 组织包埋盒 | Simport, Canada | M490-10 | |
| 组织包埋介质 | LeicaBiosystems, USA | 39602004 | |
| 甲苯 | Sigma-Aldrich, Germany | 244511 | |
| 三卡因 MS-222 | Sigma-Aldrich, Germany | A5040 | |
| 吐温 X-100 | Sigma-Aldrich, Germany | X100-500 mL | |
| Vectashield 封片剂 | Vector Laboratories, USA | H-1000 | |
| 二甲苯 | Sigma-Aldrich, Germany | 534056 | |
| 鱼类品系 | AB | ||
| 磷酸盐缓冲盐水(10X PBS),pH 7.4(配制1升) | 配制10X PBS时,加入以下盐类,并用蒸馏水定容至1升 | ||
| 氯化钾(分子量:74.55 g/mol):2.00 g | Sigma-Aldrich, Germany | 746436 | |
| 磷酸二氢钾(分子量:136.09 g/mol):2.40 g | Sigma-Aldrich, Germany | 795488 | |
| 氯化钠(分子量:58.44 g/mol):80.00 g | Sigma-Aldrich, Germany | S9888 | |
| 磷酸氢二钠(分子量:141.96 g):14.40 g | Sigma-Aldrich, Germany | 795410 |
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