本文提供了一种从小鼠体内手术切除腹后神经节腰段交感神经元的实验方案。该操作将有助于开展多种研究,以探究交感神经支配在远端组织靶标中的作用。
本文提供了一种从小鼠体内手术切除腹后神经节腰段交感神经元的实验方案。该操作将有助于开展多种研究,以探究交感神经支配在远端组织靶标中的作用。
周围神经损伤十分常见,但损伤后仅有10%的患者能够实现完全的功能恢复。交感神经系统在维持机体稳态中发挥着多种关键作用,然而其在周围神经损伤背景下的研究却十分有限。目前,关于节后交感神经元在外周远端靶器官中功能范围尚不明确。为了更深入地探究交感神经对周围靶组织的支配作用,可采用外科手术建立"敲除"模型作为替代方法。尽管可通过化学手段实现该模型,但化学破坏节后交感神经元可能缺乏特异性且具有剂量依赖性。在小动物中曾被认为"几乎不可行"的小鼠腰交感神经节切除术,现可特异性地靶向支配后肢的节后交感神经元。本文详细描述了如何通过存活手术方式,外科切除小鼠L2-L5腰交感神经节,该方法可稳定地降低后肢足垫的出汗反应以及坐骨神经中交感神经轴突的数量。
周围神经损伤(PNI)可导致远端靶组织出现运动、感觉和交感功能障碍,且这些功能很少能完全恢复1。PNI 的研究通常集中于 运动和感觉神经的再生;然而,大鼠坐骨神经中近四分之一的纤维为无髓鞘的交感轴突2。 尽管如此,交感神经支配在外周组织中的作用尚未完全阐明3。交感神经系统在维持机体稳态中起着重要作用,参与免疫调节、体温调节、血管张力、线粒体生物发生等多种生理过程4,5,6,7,8,9,10,11。当神经肌肉接头处的交感神经支配丧失后,即使运动神经元的支配得以保留,仍可观察到持续的肌无力和突触不稳定性12。已有研究表明,交感神经对神经肌肉接头处突触传递的调控作用会随年龄增长而下降13,14,这会导致肌肉减少症(sarcopenia),即与年龄相关的肌肉质量、力量和功率的下降15。要开发出能够优化 PNI 患者及其他交感功能障碍患者功能预后的治疗策略,必须更深入地理解交感神经对外周组织的支配作用。
交感神经切除术是一种强大的实验工具,可用于研究交感神经支配在远端靶组织中的作用。具体而言,切除L2-L5节段的交感神经节可去除对下肢的大部分交感神经支配,这对于研究坐骨神经的研究人员尤为有用。
本方案详细描述了在小鼠身上进行的生存手术,即切除L2-L5节段的节后交感神经元。该手术需要具备啮齿类动物显微外科操作技能以及对小鼠解剖结构的熟悉;若操作得当,不会引起任何可见的表型差异。腰交感神经切除术已在啮齿类动物研究中应用,目前在大鼠中的使用多于小鼠16,17,18,19,20,21;然而,目前尚无详细描述该手术操作的实验方案。以往利用腰交感神经切除术的研究主要关注交感神经支配在疼痛反应中的作用,而在多种神经损伤模型中,交感神经切除术通常可减轻疼痛反应。较少研究将该技术应用于小鼠22,可能是由于解剖标志较小,因为人们认为手术交感神经切除术的使用 "几乎不可行" 在小型动物中23,24局部交感神经切除术以微交感神经切除术的形式也已在啮齿类动物模型中应用,主要用于疼痛行为的研究。25,26,27与全腰交感神经切除术不同,显微交感神经切除术采用背侧入路,切断并移除某一特定脊神经的灰交通支的一段,从而实现高度靶向性的交感神经切除,避免更广泛的副作用。
由于小鼠模型对于许多需要基因操作的研究至关重要,因此该操作的应用范围也将远不止于周围神经损伤研究。通过经腹入路,可稳定地观察并切除小鼠腰交感神经节,且未见明显不良反应。尽管已有针对节后交感神经元的化学破坏方案可供使用,例如应用6-羟基多巴胺(6-OHDA)23,24,但该手术方法可实现对节后腰交感神经节的解剖学特异性靶向。此外,采用手术切除交感神经的方法还可避免药物方法所伴随的非特异性及剂量依赖性等问题28,29。
化学性交感神经切除术的应用 通过 6-羟基多巴胺(6-OHDA)的给药方法于1967年被描述为一种实现选择性破坏肾上腺素能神经末梢的简便方法,因为小型动物的手术交感神经切除并不受青睐23,246-羟基多巴胺(6-OHDA)是一种儿茶酚胺能神经毒素,在帕金森病患者体内可内源性形成,其毒性源于其生成自由基的能力以及对线粒体电子传递链的抑制作用30,31通过去甲肾上腺素摄取-1转运机制,6-OHDA 能够在去甲肾上腺素能神经元(如节后交感神经元)内蓄积28最终,神经元会被6-OHDA破坏;然而,周围神经系统中的神经末梢能够再生,即使胺类水平仍处于降低状态,其功能活动亦可恢复。不同器官对6-OHDA的剂量阈值也各不相同,较高剂量的6-OHDA已被证明会产生更多非特异性效应,使其神经毒性作用扩展至不含儿茶酚胺的神经元甚至非神经元细胞。除去甲肾上腺素能神经元外,多巴胺能神经元也会受到6-OHDA的影响。29,使得化学性交感神经切除术最终对节后交感神经元的特异性低于手术性交感神经切除术。
因此,手术性腰交感神经节切除术能够实现对下肢交感神经支配的靶向消融,该方法可与多种实验技术及小鼠的遗传学操作相结合,用于研究交感神经系统在多种损伤和疾病状态中的作用。
所有实验均经埃默里大学机构动物护理和使用委员会(IACUC)批准(IACUC方案编号PROTO202100177)。本研究使用了四只14周龄、体重在16–21 g之间的成年雌性野生型C57BL/6J小鼠。本实验所用试剂与设备的详细信息列于 材料表.
1. 术前准备
2. 切口
3. L2-L5腰交感神经节的确定
4. 皮肤闭合
5. 毛果芸香碱发汗试验
注意:为了评估腰交感神经切除术后交感神经功能活性的降低情况,在腰交感神经切除术后7天采用匹鲁卡品发汗试验进行检测。
6. 免疫组织化学
注意:为了评估腰交感神经切除术后外周神经中交感轴突的退变情况,于术后第21天取双侧坐骨神经。
本方案描述了从小鼠体内手术切除腰交感神经节后神经元的方法。实验中,两只小鼠接受了腰交感神经切除术,另两只小鼠作为对照组。为成功实施腰交感神经切除手术,必须充分暴露至少双侧L2和L3腰交感神经节,如图1所示。切除L4和L5神经节可实现下肢的完全交感去神经支配;然而,较低位的神经节可能被泌尿生殖器官遮挡而难以观察。既往的逆行示踪研究表明,L2-L5神经节中的大部分神经元集中分布在L2和L3神经节中。尽管代表性结果仅使用了年龄匹配的雌性小鼠获得,但该手术已在雄性和雌性小鼠中多次重复实施,且在睾丸动脉或卵巢动脉以及交感神经节的位置方面未观察到显著的解剖学差异。
去除神经节后,汗腺对匹鲁卡品的反应迅速减弱,术后第7天即可观察到显著差异(图2)。选择术后第7天是因为在大鼠多种坐骨神经损伤后,交感神经介导的出汗活动在7天内呈指数级下降34。由于轴突变性可能需要长达14天才能完成,且术中可能存在难以清晰识别L4和L5神经节的情况(膀胱和生殖器官可能遮挡视野),因此出汗反应可能并未完全消除35,36。
术后第21天,酪氨酸羟化酶阳性(TH+)轴突密度显著降低,而神经丝重链(NF-H)密度无变化(图3)。由于支配低阈值机械感受器的TH+感觉轴突的存在,以及可能难以完整观察腰交感干的全部结构,TH+轴突不太可能被完全清除37。

图1:腰交感神经节的术中视图。(A)带有预期解剖标志的示意图。(B)带有标注解剖标志的代表性术中图像。腰交感神经节位于腹主动脉和下腔静脉(被推开)后方。由于腹腔血管的偏移,神经节被牵拉至小鼠右侧,位于右侧腰大肌上,并上下延伸走行。双侧L2神经节可于左侧肾动脉与左侧睾丸或卵巢动脉之间观察到,L3神经节则位于左侧睾丸或卵巢动脉的下方。比例尺:1 mm。请点击此处查看此图的放大版本。

图2:腰交感神经切除术减少后肢足垫的出汗点数量。(A)小鼠后肢足底表面足垫位置的示意图。(B)完整动物在注射匹鲁卡品后8分钟时出汗反应的代表性图像。(B')放大图像,白色箭头指示部分出汗点。(C)交感神经切除动物在术后第7天注射匹鲁卡品后8分钟时出汗反应的代表性图像 。(C')放大图像,白色箭头指示部分出汗点。(D)完整动物与交感神经切除小鼠后肢全部六个足垫的总出汗点数量。数据以中位数连线表示。Mann-Whitney检验。*p < 0.05。比例尺:1 mm。请点击此处查看该图的放大版本。

图3手术性腰交感神经切除术(Sympx)可减少坐骨神经中交感神经轴突的数量。 (A) 酪氨酸羟化酶(TH)阳性轴突每 µm 坐骨神经(神经宽度)在术后第21天。完整神经TH染色的代表性切片B) 及交感神经切除的(B')小鼠。C每单位神经丝重链(NF-H)阳性轴突数量 µm 坐骨神经。完整神经中NF-H染色的代表性神经横切面(D) 及交感神经切除的(D')小鼠。品红色虚线代表可能随机放置的垂直线,跨越用于计算神经内轴突密度的神经切片宽度。品红色箭头指示穿过随机放置垂直线的部分轴突。数据以均值表示 ± 扫描电子显微镜。非配对 t检验. **p < 0.01. 比例尺: 100 µm. 请点击此处以查看此图的放大版本。
腰交感神经节是非常微小的结构,位于许多重要的腹腔器官和大血管后方。因此,该操作需要极高的精确度和准确性。大部分难点在于术中识别交感神经节。建议学习者在对活体小鼠进行该操作之前,先能够在小鼠尸体上识别出神经节。在移开肠道后识别交感神经节时,常常需要进行问题排查。为确保充分的视野暴露,必须能够看到降结肠。将肠道移出腹腔时,必须包括盲肠。此外,膀胱可能充盈并肿大,这会遮挡降结肠的视野,进而影响腹主动脉和下腔静脉的观察。理想情况下,应在小鼠麻醉后、做皮肤切口前,手动排空膀胱。然而,如果未排空膀胱且术中视野受阻,可使用两根无菌棉签轻轻挤压排空。操作时需注意避免损伤连接在膀胱后壁的输尿管。一旦在降结肠后方识别出腹主动脉和下腔静脉,充分牵拉并稳定这些血管对于观察交感神经节至关重要。筋膜相对坚韧,若缝线仅穿过筋膜层及神经连接而未穿透血管壁,则应将血管至少从正中线向外牵拉1 mm。覆盖在交感神经节上方的筋膜可用镊子轻轻剥离。若术中发生小血管破裂,应在关闭腹腔前用无菌棉签压迫至少10秒,以确保充分止血。如果手术过程中刺破了大的腹腔血管,应立即对小鼠实施安乐死。
尽管该方法能够直接观察并切除交感神经节,从而与化学性交感神经切除相比,可更特异性地靶向这些节后交感神经元23,该手术存在一些局限性。该手术会切除L2-L5腰交感神经节;然而,由于重要的泌尿生殖器官造成视野遮挡,使得在手术过程中更难以观察和切除较低位置的神经节,例如L4-L5水平的神经节。支配下肢的大部分神经元位于较大的L2神经节中。L5神经节极小,所含神经元数量较少,这一点已在先前的荧光逆行示踪实验中得到证实38;然而,若未能清除这些神经元,可能会扭曲对最远端结构(如足部)结果的分析。为了在研究足部远端靶区时获得更准确的结果,建议检查所提取的组织,统计已移除的神经节数量。此操作可通过以下方法完成 通过 一种荧光报告小鼠,其节后交感神经元可被轻松可视化 通过 一种荧光逆行示踪剂,在手术前注射至远端靶区。用于此目的的一些荧光报告小鼠包括 ThCre:mTmG (参见 材料表),其中酪氨酸羟化酶阳性神经元的标记极为稀疏39,该 Phox2bCre:tdTomato (参见 材料表),可对节后交感神经元进行中等程度的标记40,41,以及 ThCre:tdTomato (参见 材料表),可广泛标记节后交感神经元42. 这并非可获取品系的完整列表。
此外,由于该手术需要较大的切口,小鼠可能需要较长的恢复期后才能进行后续实验。应至少连续监测小鼠3天,观察其排便、排尿和进食是否正常。此外,止血不当可能导致未被发现的腹腔内出血,从而在不可预期的时间点造成小鼠死亡。因此,在手术关闭腹腔前确保彻底止血,对于后续实验的成功至关重要。如前所述,交感神经元也可通过化学方法进行靶向干预24。
外科交感神经节切除术的使用将有助于开展大量研究,旨在探讨节后交感神经支配在远端靶器官中的作用,例如交感神经支配在神经肌肉接头处的作用12此外,可采用荧光逆行示踪技术来定量分析远端组织的交感神经再支配情况 该方案可进行调整以用于提取 神经节 整块 来自多聚甲醛固定的实验小鼠38在外周神经损伤的背景下,这种外科手术 "敲除" 该模型将有助于更好地表征先前有神经支配的组织中预期的交感神经功能恢复情况。
作者声明无利益冲突。
本工作由美国国立卫生研究院(NIH)国家神经疾病与卒中研究所资助,资助编号为 K01NS124912,并由NIH资助的埃默里大学性别差异研究卓越专门中心(U54AG062334)提供的发展基金以及埃默里大学医学院医学科学家培训计划部分资助。感谢博士后预科生David Kim对坐骨神经进行切片,以及研究专家HaoMin SiMa为我们的体视显微镜3D打印了手机支架,使视频拍摄成为可能 。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 5-0 可吸收缝线 | CP Medical | 421A | |
| 5-0 尼龙缝线 | Med-Vet International | MV-661 | |
| 70% 乙醇 | Sigma-Aldrich | E7023-4L | |
| 麻醉诱导室 | Kent Scientific VetFlo | VetFlo-0530XS | |
| 麻醉蒸发器 | Kent Scientific VetFlo | 13-005-202 | |
| 聚维酮碘 | HealthyPets | BET16OZ | |
| C57BL/6J 小鼠 | Jackson Laboratory | #000664 | |
| 鸡抗神经丝重链抗体 | Abcam | ab72996 | |
| 冷冻切片机 | Leica | CM1850 | |
| 数据分析软件 | Prism | ||
| 尖头镊子 | World Precision Instruments | 500233 | |
| 荧光显微镜 | Nikon | Ti-E | |
| 山羊抗鸡 IgG 488 | Invitrogen | A32931 | |
| 山羊抗兔 IgG 647 | Invitrogen | A21245 | |
| 加热垫 | Braintree Scientific | 39DP | |
| 图像分析软件 | Fiji | ||
| 成像软件 | Nikon | NIS-Elements | |
| 异氟烷 | Med-Vet International | RXISO-250 | |
| 美洛昔康 | Med-Vet International | RXMELOXIDYL32 | |
| 持针器 | Roboz Surgical Store | RS-7894 | |
| 正常山羊血清 | Abcam | ab7481 | |
| 眼科软膏 | Refresh | Refresh P.M. | |
| Phox2bCre:tdTomato 突变小鼠 | Jackson Laboratory | #016223, #007914 | |
| 盐酸毛果芸香碱 | Sigma-Aldrich | P6503 | |
| 兔抗酪氨酸羟化酶抗体 | Abcam | ab112 | |
| 小型直剪刀 | Fine Science Tools | 14084-09 | |
| 无菌棉签 2x2 | Dynarex | 3252 | |
| 无菌棉签棒 | Dynarex | 4301 | |
| 无菌手术单 | Med-Vet International | DR4042 | |
| 无菌生理盐水溶液 | Med-Vet International | 1070988-BX | |
| ThCre:mTmG 突变小鼠 | 突变小鼠资源与研究中心 | 品系 #017262-UCD | Jackson Laboratory, 品系 #007576 |
| ThCre:tdTomato 突变小鼠 | 欧洲小鼠突变库 | 品系 #00254 | Jackson Laboratory, 品系 #007914 |
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