本方案描述了一种利用管状测试评估啮齿类动物社会优势地位的行为学实验方法。社会优势地位在时间上保持稳定,而多种发育性和神经性障碍模型均表现出显著的社会优势异常。因此,管状测试可作为机制研究或临床前治疗筛选的便捷结局指标。
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本方案描述了一种利用管状测试评估啮齿类动物社会优势地位的行为学实验方法。社会优势地位在时间上保持稳定,而多种发育性和神经性障碍模型均表现出显著的社会优势异常。因此,管状测试可作为机制研究或临床前治疗筛选的便捷结局指标。
社会优势地位在神经发育性和神经退行性疾病中会发生改变,可作为这些疾病临床前研究中有用的结局指标。管测试是一种简单的行为检测方法,用于评估社会优势地位,且无需昂贵的设备。在此测试中,两只小鼠从一根透明塑料管的两端进入,相遇于管中后,其中一只(较弱势者)必须退出管外。该管测试可用于雄性和雌性小鼠,并包含多个可调节的参数,以满足研究者的需求。小鼠可与多个不同的对手进行测试,从而获得社会优势地位的指数。在重复测试中,管测试中的社会优势地位保持稳定,并与其他社会行为检测的结果具有相关性。此外,该测试也可在同笼饲养的小鼠之间进行,以评估笼内社会优势等级结构。管测试在临床前治疗研究中尤为有用,因其可在实验干预前后进行纵向重复测试。因此,它可作为机制研究和临床前药物筛选的便捷结局指标。
破坏 社会行为的异常是许多人类疾病的一个特征,包括发育性、精神性和神经退行性疾病1,2小鼠模型被用于深入了解这些疾病的发病机制,并为治疗药物的临床前测试提供平台。然而,许多小鼠社会行为检测方法操作耗时,需要昂贵的设备和/或视频追踪软件进行分析,或者依赖主观的评分算法。相比之下,社会优势地位的管测试(tube test)操作快速简便,无需特殊设备或视频追踪系统。该检测具有二元化的胜负结果,使实验结果的解读更加直观明确。
为评估小鼠的社会支配性,Lindzey 及其同事开发了管测试方法3。自该方法建立以来,管测试也被证实可用于评估笼内小鼠的社会支配等级4。管测试表型与雄性小鼠的其他社会支配性指标(如理毛行为、奖励竞争和排尿标记)具有相关性5。然而,管测试与食物和饮水获取竞争以及攻击性之间的相关性研究结果尚不一致3,6,7。重要的是,管测试表型与其他社会行为表型(如三室社交性)也存在相关性8,9。
管测试的一个优势在于其解剖结构明确,因此在多种小鼠模型中具有重要应用价值,包括自闭症谱系障碍及其他以社交缺陷为特征的疾病模型,如额颞叶痴呆8,9,10,11,12,13,14,15,16。内侧前额叶皮层(mPFC)是调控小鼠管测试行为的关键脑区6。Wang 及其同事发现,mPFC 的神经活动驱动小鼠的社交支配行为6,而近期的研究进一步深化了这一认识,表明丘脑背内侧核向喙部前扣带皮层和前边缘皮层的输入调控社交支配行为17。与 mPFC 在管测试社交支配中的关键作用一致,自闭症谱系障碍15,18、额颞叶痴呆8,19、慢性应激20以及社会隔离21的啮齿类动物模型中,均发现 mPFC 存在树突分支、树突棘、谷氨酸受体和/或神经元兴奋性的异常,并与管测试中的行为异常相关。
管状测试的另一个关键优势在于,能够在治疗干预前后检测小鼠的社会优势地位,因为小鼠在管状测试中的社会优势地位具有时间稳定性,允许在实验干预前后进行多次重复测试6,8,22,23. 一个 这一例子来自颗粒蛋白前体杂合子(Grn+/−)由颗粒蛋白前体(progranulin)引起的额颞叶痴呆小鼠模型GRN)突变,一种单倍剂量不足疾病。前颗粒蛋白杂合小鼠存在社会优势行为缺陷8该管状测试缺陷可通过使用AAV-progranulin基因疗法恢复颗粒蛋白前体而逆转22, 或给予抗sortilin抗体以减少前颗粒蛋白的降解23这些实例表明,管式试验在设计针对痴呆相关研究的临床前试验中具有重要应用价值。
本方案提供了在非同笼小鼠之间进行管测试以评估实验组间差异,以及在同笼小鼠之间进行管测试以评估笼内社会等级优势关系的基本方法。
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所有实验程序均经阿拉巴马大学伯明翰分校机构动物照护与使用委员会批准,并依照实验室动物照护评估与认证协会(AAALAC)的规定执行。前颗粒蛋白杂合小鼠的制备及其与C57BL/6J背景小鼠的杂交如先前所述。9用于本研究的小鼠已在 C57BL/6J 背景上回交至少 12 代。样本数据使用了 9–16 月龄的小鼠,涵盖可能进行测试的多个年龄阶段。本研究同时使用了雄性和雌性小鼠。小鼠饲养在 12:12 小时光照/黑暗循环条件下,光照时间为 06:00 开始,所有实验均在光照阶段进行。小鼠被给予 随意摄取 所有实验期间均提供食物和水。所用试剂与设备的详细信息列于下文 材料表.
1. 试管试验匹配设计
2. 离心管的选择
注意:通常使用市售的透明PVC塑料管进行管式试验(参见材料表)。需要注意的是,本方案针对小鼠进行了优化,但也可应用于其他啮齿类动物模型,如大鼠、田鼠和仓鼠2。
3. 测试地点
4. 习惯化
5. 标准试管试验
注意:(可选)初次进行管测试的研究人员可使用另一组非实验用小鼠练习将小鼠放入管中的操作。研究人员通常需要多次练习才能熟练掌握将小鼠放入管中的技巧。经验丰富的研究人员在测试过程中可使小鼠受到的应激更小。有关将小鼠放入管中的更多操作细节详见步骤 5.3。
6. 通过笼内管测试评估社会支配等级
注意:小鼠会形成稳定的社会等级 hierarchy,可通过笼内所有小鼠的循环管测试揭示4,6。雄性和雌性小鼠均会形成此类等级 hierarchy8。评估社会等级 hierarchy 时,最好使用至少包含 5 只小鼠的笼子。
7. 使用管式试验进行临床前治疗筛选
注意:在许多小鼠模型中,社会优势表型具有较强的稳健性和稳定性,且管测试操作简便,因此管测试成为临床前治疗策略评估的一种有效范式。该测试可采用个体内设计,因其可进行连续多次测试。也可采用交叉设计,即先给予药物后给予对照处理,或顺序相反。此前已有研究利用管测试评估了Grn+/− 小鼠中促进颗粒蛋白前体(progranulin)水平升高的疗法22,23,结果表明在此小鼠模型中,社会优势表型是可逆的。为便于下文讨论,小鼠将被描述为"对照"(野生型、非转基因等)或"模型"(基因敲除、转基因等),实验干预措施则被描述为"溶剂对照"或"处理"(治疗性干预)。尽管下文将小鼠称为"对照"和"模型",但理想情况下,每组应使用同窝出生的小鼠。
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管式实验已广泛用于颗粒蛋白前体基因突变所致的额颞叶痴呆小鼠模型, Grn+/− 小鼠8,9,22,23,25这些小鼠在9个月大时表现出较低的社会优势性图2A-D)8. 老年个体的低社会支配表型 Grn+/− 小鼠在多次测试中表现稳定(图2A)8,使其成为一种可靠的实验结果评估指标
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用于评估社会优势地位的管测试是一种易于采用且操作快速的检测方法,研究者可将其作为小鼠模型行为学测试的主要结局指标,或作为一系列行为学测试中的一部分。本文提供了在陌生小鼠之间或同笼小鼠之间进行管测试的基本实验方案。
研究者应注意可能影响管测试行为的多个参数。对于所有这些参数,建议进行预实验以确定其对特定小鼠模型的影响。雄性和雌性小鼠均可进行管测试,但应分别分析每种性别的小鼠,因为某些小鼠模型在社会支配表型上表现出性别差异26,而其他模型则无此差异8,15,27,28。同一动物可多次重复管测试,既可在一次测试会话内重复(以便计算每只小鼠的获胜百分比),也可在多个测试会话之间重复(可用于纵向测试以评估年龄或干预措施的影响)。然而,重复测试可能会影响某些小鼠模型的社会支配表型
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Erik D. Roberson 曾担任 AGTC 和 Lilly 的顾问,并从 Genentech 获得版税。
感谢 James Black 和 Miriam Roberson 在小鼠繁育和品系维护方面的帮助,感谢 Anthony Filiano 和 Alicia Hall 在管测试初步实验中的协助,以及 Robert Farese, Jr. 提供的颗粒蛋白前体基因敲除小鼠。本研究由额颞叶变性研究联盟(Consortium for FTD Research)和治愈额颞叶变性蓝土项目(Bluefield Project to Cure FTD)、美国国立神经疾病与卒中研究所(R01NS075487、P30NS047466 和 F32NS090678)以及美国国立衰老研究所(P30AG086401、R00AG056597 和 K00AG068428)提供资助。行为学实验在阿拉巴马大学伯明翰分校的动物行为评估核心设施中完成。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 动物饲料 | Envigo | NIH-31 饲料 #7917 | 动物饲料 |
| 2% 氯己定溶液 1 加仑 | Patterson Veterinary Supply INC | 78924243 | 用于清洁管子和表面 |
| 70% 乙醇 | Vion Biosciences | VNEE0069CS/4 | 用于清洁管子和表面 |
| 适用于雄性小鼠(月龄 > 9 个月)的大号管 | Home Depot | 门店 SKU # 1000017942 | 外径 1-7/8 英寸 × 内径 1-1/2 英寸 × 长 24 英寸 透明 PVC 乙烯基管 |
| 适用于雄性小鼠(6–9 个月)及雌性小鼠(月龄 > 9 个月)的中号管 | Home Depot | 门店 SKU # 1000017945 | 外径 1-5/8 英寸 × 内径 1-1/4 英寸 × 长 24 英寸 透明 PVC 乙烯基管 |
| 适用于雄性小鼠(月龄 < 6 个月)及雌性小鼠(月龄 < 9 个月)的小号管 | Home Depot | 门店 SKU # 1000017938 | 外径 1-3/8 英寸 × 内径 1 英寸 × 长 24 英寸 透明编织 PVC 乙烯基管 |
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