当小鼠单独饲养并配备跑轮,同时限制其食物获取时,会出现食物摄入量减少和跑轮活动增加的现象。这一实验现象被称为活动性厌食症。该范式为研究神经性厌食症相关神经生物学机制和行为特征提供了实验工具。
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当小鼠单独饲养并配备跑轮,同时限制其食物获取时,会出现食物摄入量减少和跑轮活动增加的现象。这一实验现象被称为活动性厌食症。该范式为研究神经性厌食症相关神经生物学机制和行为特征提供了实验工具。
当啮齿类动物在受限的进食时间表下并可自由接触跑轮时,会发展出活动性神经性厌食症(ABA)。这些条件会导致体重严重下降,危及生命。然而,仅暴露于其中一种条件下的啮齿类动物最终会适应并恢复正常的体重。尽管在ABA条件下,活动量增加与自发性摄食减少看似矛盾,但此类ABA行为已在多种哺乳动物物种中被观察到。
ABA范式为神经性厌食症(AN)提供了一种动物模型,神经性厌食症是一种以食欲行为严重失调为特征的进食障碍。实验动物被单独饲养,并可自由接触跑轮。每天,动物仅在有限的时间内获得食物。在实验过程中,由于活动量高而热量摄入低,动物的体重会逐渐下降。研究持续的时间长短取决于每天提供食物的时间长度、所提供的食物类型、小鼠品系、是否进行药物测试以及环境因素。
神经性厌食症(AN)患者缺乏有效的药物治疗手段,且其生活质量低下、治疗成本高昂、死亡率高,这些都表明进一步研究AN的紧迫性。我们提供了利用小鼠进行ABA实验的基本方案,以研究类似AN的行为,从而开发新的治疗方法。该方案已针对Balb/cJ小鼠优化,但也可轻松调整用于其他品系,因而在探究与ABA相关的遗传因素等不同科学问题时具有很高的灵活性。
自1953年以来,已有报道指出,当啮齿类动物在食物供应受限的情况下出现自发性摄食减少时,若同时可自由接触跑轮,反而会表现出矛盾性的活动过度现象1。相反,若仅按固定时间表提供食物而不提供跑轮,或在提供跑轮的同时自由进食(ad libitum),啮齿类动物的体重并不会迅速下降1,2,3。 ABA模型可稳定导致动物体重急剧下降、摄食减少、体温过低、动情周期消失以及HPA轴活动增强4。除非将实验对象从中移出,否则ABA最终将导致死亡5。ABA范式为研究者提供了一种神经性厌食症(AN)的动物模型。AN是一种复杂的进食障碍,其特征为食欲行为的严重失调,影响约百分之一的女性及更小比例的男性6。AN患者常表现出活动过度,表现为大量运动和/或普遍的坐立不安7,8。AN的死亡率约为10%,是所有精神障碍中死亡率最高的疾病9。目前对AN的治疗主要局限于认知疗法,尚无批准用于AN患者的药物治疗方案10,11。
神经性厌食症(AN)通常被视为主要影响女性的一种疾病。由于女性患病的可能性是男性的10倍,传统上AN的研究和关注重点均为女性受试者。12然而,在研究中应特别注意排除男性受试者。尽管神经性厌食症(AN)在男性中的诊断率仍然较低,但肌肉畸形恐惧症(MD)是一种与AN具有诸多相似之处的疾病,其特征同样表现为身体意象扭曲以及饮食行为紊乱。有研究支持将MD与AN进行类似分类的观点。13,14,15这可能表明,某些肌营养不良症病例代表了 "男性版本" 厌食症(AN)的动物模型研究表明,雄性可能比雌性更容易受到ABA范式的影响。例如,最近一项研究显示,在C57Bl/6小鼠中,雄性个体的死亡率更高,且摄食量较雌性减少更为明显。16自发性身体活动(SPA)是影响对ABA易感性的一个预测因素。在ABA范式中,SPA较高或较低的大鼠更易出现体重下降,且雄性大鼠的表现比雌性更为显著。17相反,在限制性活动成瘾(ABA)模型的限制阶段,雌性啮齿类动物的运动量被观察到多于雄性18此外,对 Balb/cJ 小鼠的研究显示,其效应与 C57Bl/6 小鼠相反,雌性小鼠的死亡率更高,且摄食量较雄性减少。图1)6在ABA范式中,不同性别的实验结果存在差异,且男性进食障碍现象日益受到关注,因此应同时对雄性和雌性受试者进行测试。
在选择实验对象时,除了ABA范式中的性别差异外,还必须考虑年龄和品系因素。由于神经性厌食症(AN)通常在青春期发病,因此使用青春期小鼠可能更准确地模拟AN,这一点在大鼠和小鼠中已有观察报道19,20,21,22。在基础状态下活动性较高的品系对ABA的易感性更高,且症状更为严重23。已知焦虑水平较高的品系(如DBA/2)表现出更强的转轮跑动活性,这可能预示着在ABA范式中更快的退出率24。根据实验设计的不同,可以选择合适的品系以最大化ABA的持续时间。
ABA悖论并非小鼠所独有。其他哺乳动物,包括大鼠、仓鼠、沙鼠、猪、花栗鼠和豚鼠,也已表现出这一现象6。ABA现象在多种哺乳动物物种中的保守性表明,ABA范式可作为一种转化研究工具,用于探究人类类似厌食行为背后的机制。其中,小鼠尤其适用于研究ABA相关机制。小鼠可高密度饲养,且世代周期相对较短。小鼠具有完全测序的基因组,并拥有大量近交系、远交系以及特殊品系(如同类系)。目前已构建出大量基因修饰品系,使其成为研究基因对神经性厌食症(AN)等疾病影响的理想模型。根据具体研究问题,研究人员可操控复杂的神经环路和/或基因表达,以评估小鼠在ABA范式中的行为表现,从而有望回答在人类研究中无法解决的有关遗传影响的问题。
目前存在的神经性厌食症(AN)动物模型数量有限。应激模型通过尾部夹捏、新环境诱导的摄食减少、冷水游泳以及脑部刺激等方法在啮齿类动物中引发摄食减少。通过诱导应激状态,下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)发生改变,导致食欲下降,进而引起体重降低25然而,下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)也会被ABA强烈激活,而ABA同样包含了神经性厌食症(AN)的其他特征,例如活动过度。在研究AN时另一个可考虑的模型是慢性食物限制模型。通过将食物摄入量限制在正常摄食量的40%至60%范围内 随意摄取 可以模拟营养不良的生理反应26尽管该方法在研究进食不足的影响方面是有效的,但它并未复制神经性厌食症(AN)的一个核心问题,即主动限制进食。在ABA模型中,动物在一天中的部分时间被剥夺食物摄入,但如果同时提供跑轮,它们也会主动减少进食量。研究人员也使用了遗传学模型来探讨AN的病因,已发现与AN相关的神经化学和遗传因素,例如BDNF基因以及多巴胺和5-羟色胺等神经递质。27使用遗传模型对于理解神经性厌食症(AN)背后的神经机制至关重要。然而,针对AN的全基因组关联研究尚未获得显著结果,也未发现与AN相关的罕见变异。未来的研究应将遗传学方法与ABA模型相结合,以加深对AN相关表型的理解。
由于人类精神疾病具有复杂性和异质性,几乎不可能为整个精神疾病建立动物模型。然而,通过模拟精神疾病中某些特定且定义明确的组成部分,可以获得关于其潜在神经生物学或病理生理学的独特见解。这些生物学见解随后可用于发现新的治疗方法。因此,啮齿类动物ABA范式提供了一种临床前研究工具,可用于研究类似神经性厌食症(AN)行为背后的机制,而这些机制因伦理原因无法在人类中进行研究,例如基因操作、神经环路干扰以及某些环境因素的影响。
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本文所述所有方法均已获得加州大学圣地亚哥分校机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准。
1. 小鼠
2. 饲养
3. 跑轮
4. 水瓶
5. 食物
6. 实验前适应阶段
7. 实验基线期 - 第1天
8. 实验基线期 - 第2至7天
9. 实验限制阶段 - 第1天
10. 实验限制阶段 - 第2至14天
11. 结束研究
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脑源性神经营养因子(BDNF)是一种参与摄食调节及体重维持的蛋白质,在神经性厌食症(AN)患者血清中的水平降低35。本实验评估了定时进食、跑轮活动机会,或二者联合作用对海马体(HPC)、腹侧被盖区(VTA)、伏隔核(NAc)以及内侧前额叶皮层(mPFC)中BDNF表达的影响。同时检测了神经细胞黏附分子1(NCAM1)的表达,以探讨对中脑皮质边缘通路中BDNF作用的特异性。
小鼠在动物饲养设施的温控房间内,按照12小时光照-12小时黑暗循环单独饲养。笼具配备无线跑步轮,每30秒向笔记本电脑传输一次数据。在基线期和限制期均使用直径约2英寸、壁高约1.5英寸的广口瓶提供标准饲料。
四个实验组被伪随机分配: 随意摄取 (随意进食)、定时喂养(STV)、自由转轮活动并自由进食(...
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实验人员可以对ABA实验进行修改,以测试不同品系、年龄、药物以及AN的其他各种变量。考虑到遗传变异性,调整跑轮使用时间或食物获取时段可增加或减轻症状的严重程度及动物脱落率,从而根据具体的研究问题相应延长或缩短实验周期。
准确测量食物摄入量是ABA范式中的关键环节,但这一过程常常面临困难。食物罐中的垫料、粪便和尿液,加上食物被转移到笼内空间,使得准确称量剩余食物变得困难。小鼠还会在食物罐内及笼中各处留下细小的食物残渣和粉末状食物。使用筛子有助于解决在垫料中筛选食物残渣以进行准确称重的问题,但该方法并非万无一失。在ABA范式中,抓取小鼠以测量其体重是另一个至关重要但具有干扰性的因素。由于实验人员的干预,小鼠更容易受到应激影响,从而可能加剧ABA的相关状况。
ABA 是评估神经性厌食症(AN)的一种有用方法,但该技术也存在局限性。首先需要考虑的局限性是,ABA 模型并不能模拟厌食症的所有方面。例如,在典型的实验条件下,给予高脂饮食的啮齿类动物不会出现 ABA 现象30。然而,实际上并不...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由NARSAD独立研究员奖和纪念George Largay的IMHRO新星抑郁症研究奖资助,授予SCD。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 无线低剖面跑轮、轮毂、软件 | Med Associates | ENV-047 | |
| 标准Teklad啮齿类动物饲料 | Envigo | 8604 | |
| 8周龄小鼠 | Jackson Laboratories | Balb/cJ | 本研究使用的小鼠品系——可使用其他品系评估ABA |
| Scout Pro 200 g电子天平 | Ohaus | SPE202 | 用于称量小鼠体重 |
| Scout Pro 400 g电子天平 | Ohaus | SPE402 | 用于称量食物重量 |
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