本方案描述了一种背缝核(DRN)损毁小鼠模型(>通过立体定位注射5,7-二羟基色胺至中缝背核(DRN),采用倾斜入路以避免损伤上矢状窦,实现实验小鼠中缝背核5-羟色胺能神经元稳定丢失,同时达到90%的存活率。
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本方案描述了一种背缝核(DRN)损毁小鼠模型(>通过立体定位注射5,7-二羟基色胺至中缝背核(DRN),采用倾斜入路以避免损伤上矢状窦,实现实验小鼠中缝背核5-羟色胺能神经元稳定丢失,同时达到90%的存活率。
立体定位注射已广泛用于将化合物或病毒直接递送至啮齿类动物的特定脑区。由于中缝背核(DRN)位于上矢状窦(SSS)下方,直接靶向该区域的5-羟色胺能神经元可能导致严重出血和动物死亡。本方案描述了一种中缝背核5-羟色胺能神经元损毁小鼠模型的建立方法,其动物存活率超过>90%,且DRN内5-HT阳性细胞稳定减少超过>70%。该损毁通过立体定位技术,以30°前/后方向倾斜进针,将选择性5-羟色胺能神经毒素5,7-二羟基色胺(5,7-DHT)注射至DRN,从而避免损伤SSS。中缝背核5-羟色胺能神经元损毁小鼠表现出与焦虑相关的行为改变,可用于验证DRN损毁手术的成功。本方法虽用于DRN损毁,但亦适用于其他需要倾斜进针以避开中线结构的立体定位注射。该中缝背核5-羟色胺能神经元损毁小鼠模型为研究5-羟色胺能神经元在广泛性焦虑障碍和重度抑郁障碍等精神疾病发病机制中的作用提供了重要工具。
5-羟色胺(5-HT)是一种重要的神经递质,主要在肠道和大脑中产生,影响多种心理功能。在中枢神经系统(CNS)中,5-羟色胺能系统在调节情绪与社会行为、睡眠与觉醒、食欲、记忆以及性欲方面发挥核心作用。在中枢神经系统中,5-羟色胺由5-羟色胺能神经元合成,这些神经元可分为以下两组:头侧组,其具有上行投射,几乎支配全脑;尾侧组,主要投射至脊髓1。头侧组包含大脑中约85%的5-羟色胺能神经元,由尾侧线性核、中缝正中核以及背缝核(DRN)组成,其中背缝核是大脑中5-羟色胺能神经元数量最多的区域。
通常认为,5-羟色胺系统功能失调与重度抑郁症(MDD)和广泛性焦虑症(GAD)的发病机制相关2。这主要是因为选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs)对这些精神疾病具有良好的药理治疗效果3,4。此外,累积的证据表明,躁狂5和自杀行为6可能与背缝核(DRN)中5-羟色胺功能水平降低有关。已有研究报道,Pet1-Cre;Lmx1bflox/flox小鼠和hTM-DTAiPet1小鼠(分别为从晚期胚胎阶段7和成年期8起缺乏大部分中枢5-羟色胺能神经元的遗传小鼠模型)表现出情境性恐惧记忆增强。然而,尽管已有大量研究,背缝核5-羟色胺能神经元在这些精神疾病中的确切作用仍有待阐明。
为了探究中缝背核(DRN)5-羟色胺能神经元调控5-羟色胺相关精神疾病发病机制的机制,研究人员已建立了动物模型。已有研究应用光遗传学工具抑制大鼠DRN中的5-羟色胺能神经元,结果显示这些动物表现出焦虑样行为增加9。然而,光遗传学技术存在局限性。例如,必须将光传递装置植入脑内深部靶区,而在植入手术过程中或由于光源设备释放的热量,可能对周围组织造成损伤。即使温度变化未引起可检测到的脑组织损伤,仍可能诱发显著的生理和行为效应10。
药理学干预可能是构建中缝背核(DRN)5-羟色胺能神经元损毁动物模型的较简便方法。一些研究团队通过立体定位微量注射5-羟色胺神经毒素5,7-DHT至DRN,成功建立了DRN 5-羟色胺能神经元损毁的大鼠模型。然而,这些大鼠模型表现出不同的行为改变,例如抗焦虑行为11、焦虑样行为增加12以及物体记忆受损13。尽管在大鼠中已有大量研究,但关于5,7-DHT对小鼠影响的研究相对较少。有研究组报道,在接受DRN立体定位注射5,7-DHT的实验小鼠中,死亡率过高(>50%),且5-羟色胺耗竭程度有限14。另一研究组报道,不可预测的慢性温和应激(UCMS)可显著改变由5,7-DHT诱导的DRN损毁小鼠的攻击潜伏期,但该研究未提供组织学结果以证实DRN中确切的5-羟色胺能神经元丢失15。由于DRN的解剖位置位于上矢状窦(SSS)下方,采用标准操作进行DRN立体定位注射可能导致小鼠大量出血和高死亡率16。
本方案描述了通过立体定位注射5,7-DHT建立中缝背核(DRN)5-羟色胺能神经元损伤小鼠模型的方法(实验小鼠存活率>90%),可实现DRN中5-羟色胺能神经元的稳定丢失。在DRN中的注射采用斜向入路,以避免对上矢状窦(SSS)造成损伤。该手术可稳定导致小鼠DRN中>70%的5-羟色胺能神经元丢失,并引发与焦虑相关的行为改变。本方案主要用于诱导DRN损伤,但也可为需要对其他中线结构进行立体定位注射的研究人员提供参考。此外,该DRN 5-羟色胺能神经元损伤小鼠模型为研究5-羟色胺能神经元在精神疾病(如重度抑郁障碍MDD和广泛性焦虑障碍GAD)中的作用,以及评估针对这些疾病的潜在神经保护剂或治疗策略提供了有价值的工具。
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所有外科手术干预和动物护理程序均已获得中国上海市同济大学生命科学与技术学院动物伦理委员会的批准。
1. 动物饲养
2. 试剂的准备
注意:所有药物配制步骤均须在层流罩内进行,以避免污染。所有配制好的溶液均储存于 -80 °C 冰箱中。建议每次使用一个分装 aliquot,完全解冻后充分混匀,使用后弃去管中剩余溶液,避免反复冻融。
3. 仪器和小鼠的准备
4. 立体定位注射
5. 小鼠的术后护理
6. 高架T型迷宫实验
注意:按照先前所述方法进行测试19,20。
7. 灌注、固定、免疫组织化学染色及定量分析
8. 统计分析
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在冠状切面中,中缝背核(DRN)的位置位于上矢状窦(SSS)和导水管下方(图1B,C);因此,采用标准方法定位DRN可能导致小鼠大量出血和高死亡率16。为此,本研究采用倾斜进针方式而非标准的垂直进针方式进行立体定位注射,以避免损伤上矢状窦(图1A,B)。为确认针头进入脑内的位置,对接受立体定位注射的小鼠在术后立即处死,灌注后取出脑组织进行组织学检查。如图1C所示,损伤部位(针道)恰好位于导水管下方的中缝背核区域。
据报道,ETM中的抑制性回避可能是一种适合评估焦虑行为的任务19。小鼠倾向于回避高架迷宫的开放臂,而偏好封闭臂;因此,在封闭臂中停留时间更短的小鼠表现出抗焦虑行为20。本实验方案的结果显...
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本方案成功描述了一种可靠的中缝背核(DRN)5-羟色胺能神经元损毁小鼠模型的制备方法,具有高损毁可重复性和低死亡率的特点。由于中缝背核上方紧邻矢状窦(SSS),对其进行靶向操作较为复杂,可能损伤SSS16,导致严重出血甚至死亡14。因此,为避免损伤SSS,立体定位注射时将操作臂在前后(AP)方向上设置为30°角(图1A,B)。导水管下方可见的针道轨迹(图1C)证实了对DRN的精确定位。术后一个月,DRN 5-羟色胺能神经元损毁小鼠在高架十字迷宫(ETM)测试中表现出显著缩短的潜伏期,提示具有抗焦虑样行为(图2B),且损毁侧DRN中5-羟色胺能神经元丢失超过>70%(图4)。
尽管在进行立体定位注射时采用斜向入脑...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作得到中国国家重点研发计划[项目编号 2017YFA0104100]、国家自然科学基金[项目编号 31771644、81801331 和 31930068]以及中央高校基本科研业务费的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.22微米注射器滤器 | Millipore | SLGPRB | |
| 3%过氧化氢 | 江西草珊瑚有限公司,中国江西 | ||
| 5,7-二羟基色胺 | Sigma-Aldrich | SML2058 | 3ug/ul,2ul |
| 紧凑型小动物麻醉机 | 瑞沃德生命科学有限公司 | R500系列 | |
| 冷冻切片机 | Leica Biosystems,德国韦茨拉尔 | CM1950 | |
| Cy 3 AffiniPure 驴抗山羊IgG(H+L) | Jackson ImmunoResearch | 705-165-003 | 1:2,000 |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D8417 | |
| 盐酸去甲替林 | Sigma-Aldrich | PHR1723 | 25mg/kg |
| Eppendorf管 | Quality Scientific Plastics | 509-GRD-Q | |
| 山羊抗5-HT抗体 | Abcam | ab66047 | 1:800 |
| GraphPad Prism | Graphpad Software Inc,美国加利福尼亚州 | ||
| Hamilton微量注射器 | Hamilton | 87943 | |
| 酮洛芬 | Sigma-Aldrich | K1751-1G | 5mg/kg |
| L-抗坏血酸 | BBI生命科学 | A610021-0500 | 0.10% |
| 利多卡因软膏 | 清华同方制药有限公司 | H20063466 | |
| 氧氟沙星眼膏 | 沈阳兴齐制药有限公司,中国 | H10940177 | |
| 蠕动泵 | 上海沪西分析仪器厂有限公司,中国上海 | HL-1D | |
| 立体定位仪 | 瑞沃德生命科学有限公司 | 68018 | |
| 超低温冰箱 | 海尔 | DW-86L388 | |
| 涡旋振荡器 | Kylin-bell | VORTEX-5 |
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