通过整合四种日常社会应激源,本研究描述了一种用于雌性C57BL/6J小鼠精神疾病研究的多重整合社会应激(MISS)模型。经过连续十天重复暴露于MISS后,小鼠表现出类似抑郁和焦虑的表型,从而为研究女性精神疾病提供了一种自然的、基于病因的动物模型。
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通过整合四种日常社会应激源,本研究描述了一种用于雌性C57BL/6J小鼠精神疾病研究的多重整合社会应激(MISS)模型。经过连续十天重复暴露于MISS后,小鼠表现出类似抑郁和焦虑的表型,从而为研究女性精神疾病提供了一种自然的、基于病因的动物模型。
尽管患有精神疾病的人群中女性占多数,但临床前研究几乎完全集中在雄性动物上,部分原因是缺乏理想雌性动物研究范式。建立用于研究雌性动物精神疾病的有效模型,仍是生命科学领域长期存在的科学难题。 "多重整合社会应激(MISS) 模型" 在C57BL/6J雌性小鼠中,近期通过模拟并整合促进精神疾病发生的社会风险因素,建立了一种新的模型。为建立这一多重社会应激(MISS)范式,每日对雌性C57BL/6J小鼠随机施加一系列应激刺激,连续十天,包括:管中社交竞争失败、改良的间接社交挫败应激、不可逃避的拥挤应激以及随后的社交隔离。与未受应激的对照小鼠相比,经历MISS的小鼠在蔗糖偏好实验、悬尾实验、开放旷场实验和高架十字迷宫实验中表现出类似抑郁和焦虑的行为表型。该范式为研究女性抑郁和焦虑障碍的神经生物学机制提供了有价值的工具,尤其适用于病因不明确且症状复杂的病例研究。
数亿人患有精神障碍,其中焦虑症和抑郁症最为常见。根据世界卫生组织的数据,2019年全球有超过2.8亿人患有抑郁症,3.01亿人患有焦虑症1。由于新冠疫情的暴发,仅一年内,受焦虑症和抑郁症影响的人数分别显著增加了26%和28%。在受影响人群中,女性精神障碍的终生患病率几乎是男性的两倍2,且女性表现出更严重的症状、更显著的功能损害、非典型抑郁表型、更频繁的复发以及对药物治疗的反应性更低3,4,5。
尽管精神障碍在许多方面的性别差异已有充分记录6,7,8,但大多数临床前研究主要集中在雄性个体上,主要原因在于缺乏合适的雌性动物模型9,10。因此,女性中这些疾病的发生机制仍远未被充分理解。这凸显了迫切需要开发包含雌性个体的动物模型,以促进对女性精神障碍神经生物学机制的研究。
基于反复社会挫败应激(RSDS)范式,针对雌性小鼠的社交应激模型正日益增多11,12,13,14。例如,近期建立的两种雌性小鼠RSDS模型通过在雌性小鼠身上施加雄性尿液或对攻击性雄性小鼠的下丘脑腹内侧区腹外侧亚区进行化学遗传学激活,以人工增强雄性攻击行为11,12,13。然而,有观点认为,这些诱导产生的攻击行为并非自然发生,可能无法代表对雌性小鼠具有相关性的应激源10。此外,由骑跨行为导致的妊娠会增加后续机制研究的复杂性。
另一种基于RSDS的改良模型是替代性社会挫败应激范式,其中雌性小鼠通过视觉观察雄性个体之间的社会挫败过程12。针对雌性个体之间的社会挫败应激方案也已在多种啮齿类动物品系中建立14,15,16。尽管存在一些争议,但后两种模型所采用的社会应激源在病因学上似乎更贴近人类精神疾病的实际病因14。理想的抑郁症模型需要具备构念(病因学)效度,即模型中所使用的应激诱导方法必须能够紧密模拟该疾病在现实生活中的真实成因。
精神障碍的病因被认为是多因素的,涉及生物学、遗传学、环境以及心理社会因素。在实验动物中操控这些风险因素对于建立适用于机制研究和药物筛选的相关模型至关重要。模拟一种或多种应激源的社会性和非社会性动物模型,能够复制与人类精神障碍相关的核心症状及神经生物学改变。例如,慢性轻度应激(CMS)模型通过随机交替施加多种生理应激源(如潮湿垫料、尾悬吊、尾夹、禁食)的组合,可诱导出稳定且有效的神经病理学变化以及类似抑郁的行为表型17,18,19,20,21,22,23。这些发现表明,重复模拟多种风险因素是构建精神障碍研究范式的一种可行策略。慢性社会挫败应激(CSDS)模型是用于抑郁症研究中最广泛使用的范式之一,可模拟社会性应激源24,25,26。尽管该模型仅限于模拟单一类型的应激源,但其病因学相关性已推动了转化医学研究的重要进展。例如,基于CSDS的研究已鉴定出腹侧被盖区多巴胺能神经元上的钾(K+)通道是介导抗抑郁韧性的重要靶点,并指出KCNQ型K+通道开放剂——如瑞替加滨(ezogabine)——在类似抑郁的小鼠模型及抑郁症患者中均具有成为潜在抗抑郁药物的前景27,28,29,30,31。因此,已有若干开创性研究尝试通过诱导针对雌性的攻击行为来改进CSDS范式,以建立雌性抑郁症模型11,12。上述证据支持将多种社会应激源与重复暴露相结合,作为发展雌性动物精神障碍模型的重要方向。
在雌性C57BL/6J小鼠中,近期开发了一种为期10天的多重整合社会应激(MISS)范式,用于模拟精神疾病,该模型表现出可靠的病因学、表型、构念和预测效度32。为建立MISS模型,雌性C57BL/6J小鼠在连续10天内每天随机接受四种依次进行的应激刺激:社会竞争失败(管测试)、改良的间接社会挫败应激、不可逃避的拥挤应激以及随后的社会隔离32。本研究提供了构建MISS范式的详细实验方案。
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所有实验程序均经徐州医科大学动物护理与使用委员会批准(批准号:202207S127),并依照美国国立卫生研究院关于实验动物护理和使用的指南进行。实验所用的C57BL/6J雌性小鼠(受试小鼠为7-8周龄;胜者候选小鼠为10-14周龄)、C57BL/6J雄性小鼠(用于攻击性CD1筛选的为7-8周龄)以及CD1退役种鼠均购自商业来源。所有小鼠均饲养在12小时光照/12小时黑暗循环条件下,自由摄食和饮水ad libitum33。在开始MISS范式之前,对小鼠进行了基线行为测量(尽管并非每个队列都必须进行),以确保后续的行为结果归因于应激暴露,而非个体差异。完整实验流程概述见图1,已完成的实验装置展示于图2。本研究中所用试剂与设备的详细信息见材料表。
1. 习惯化
2. 管道竞争训练、优胜者筛选及CD1攻击性小鼠筛选
3. 建模
注意:该步骤包括在连续10天内,进行试管测试中随机暴露于社会竞争失败、改良的间接社会挫败应激和不可避免的过度拥挤应激,随后进行社会隔离。
4. 行为学实验
注意:在建模后一周内进行行为学实验,以评估小鼠的抑郁样和焦虑样行为。每次测试前,将雌性小鼠转移至行为测试室(光照强度为15–20 lux)适应1小时。每次测试结束后,将小鼠送回原饲养设施。
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为探究MISS暴露是否诱导类似抑郁的行为改变,采用雌性C57BL/6J小鼠(每组n = 16;样本量确定依据 通过 功效分析,参见 补充文件 1 和 补充文件 2) 采用蔗糖偏好实验和悬尾实验对接受MISS范式的小鼠进行评估,这两种实验分别用于检测抑郁症的核心症状——快感缺失和行为绝望(图 3A-F)。与 naive 对照小鼠相比,MISS 暴露小鼠的蔗糖偏好显著降低,而饮水量未发生相应改变(图3C-D)。此外,MISS组小鼠在悬尾实验中表现出静止时间增加(图3F),表明行为绝望程度增加。
为了评估MISS暴露是否也会导致类似焦虑的行为,对小鼠进行了旷场实验和高架十字迷宫实验。与未受处理的对照组相比,接受MISS暴露的小鼠在旷场中心区域(
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越来越多的研究致力于利用慢性社交挫败应激(CSDS)范式建立针对精神障碍的女性特异性模型11,13,14。例如,在最近建立的两种雌性CSDS模型中,通过在雌性小鼠身上涂抹雄性尿液,或通过化学遗传学方法激活雄性攻击者下丘脑腹内侧区的腹外侧亚区,人为诱导雄性对雌性小鼠的攻击行为11,13。然而,有观点认为,此类人为诱导的攻击行为在自然条件下并不发生,可能无法构成对雌性小鼠具有高度相关性的应激源10。此外,在这些互动过程中由于骑跨行为导致的妊娠,可能会干扰后续的机制研究。
基于CSDS的另一种模型是旁观性社会挫败应激范式,该范式使同品系的雌性小鼠通过视觉和嗅觉线索感知雄性同种个体所经历的社会挫败12
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作者声明无竞争利益。
本研究得到中国国家自然科学基金(31970937 和 82271255)、江苏省创新与创业团队计划、江苏省重点研发计划&D 计划社会发展项目(BE2023690),以及江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX22_2932,KYCX23_2952)。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 75% 酒精 | Aladdin | A171299-500 mL | 用于灭菌和清洁实验室设备及仪器 |
| 带滚珠倾倒口的瓶子 | 定制制作 | - | 用于蔗糖偏好实验的饮用水瓶(50 ml),配有带滚珠倾倒口的橡胶塞 |
| C57BL/6J 雌性小鼠 | 北京维通利华实验动物技术有限公司 | 219 | 使用7-8周龄的C57BL/6J雌性小鼠作为受试小鼠,10-14周龄的小鼠作为胜利者候选 |
| C57BL/6J 雄性小鼠 | C57BL/6J雌性小鼠7-8周龄作为受试小鼠,10-14周龄的小鼠作为胜利者候选 | 219 | 8-16周龄的C57BL/6J雄性小鼠作为攻击性CD1筛选中的入侵者 |
| 高架十字迷宫 | 定制制作 | - | 高架十字迷宫由相互垂直交叉的高架跑道组成(离地50 cm),每条跑道有两个相对的臂(长30 cm,宽5 cm)。其中一条跑道具有高侧壁(高15 cm,封闭臂),另一条无高侧壁(开放臂)。交叉区域称为中央区(5 cm × 5 cm) |
| 雄性CD-1退役种鼠 | 北京维通利华实验动物技术有限公司 | 201 | 4-6月龄的雄性CD-1退役种鼠作为攻击性候选者 |
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