本方案将小鼠脑组织一分为二。其中一半用于形态学染色,另一半用于RNA和蛋白质提取。该策略可减少动物使用量,遵循3R原则,并最大限度降低个体间差异。
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本方案将小鼠脑组织一分为二。其中一半用于形态学染色,另一半用于RNA和蛋白质提取。该策略可减少动物使用量,遵循3R原则,并最大限度降低个体间差异。
在日常神经科学研究中,形态学染色与核酸/蛋白质分子检测通常需要使用不同的实验动物,这增加了动物使用量,不符合动物福利的3R原则。本方案建立了一种小鼠脑组织的组织分配流程,可从单只动物中同时获得用于形态学和分子学分析的配对样本。经0.9%生理盐水心脏灌流后,将脑组织沿中线切分为两个半球。其中一个半球用4%多聚甲醛固定,用于免疫组织化学和免疫荧光染色;切片保存于蔗糖-乙二醇-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液中,染色质量可稳定维持长达七年。对侧半球则于-80 °C冷冻保存,用于同时提取RNA和蛋白质,所得产量足以满足后续qPCR和Western Blot分析。该方法在9–10 mg内嗅皮层穿孔组织上进行测试,其RNA和蛋白质得率低于单独分别提取RNA或蛋白质的方法,但所获得的生物分子仍足以满足分子检测需求。该流程减少了动物使用量,并消除了配对形态学与分子学分析之间的个体间差异,为小鼠脑内特定亚区的多维度分析提供了一种可行的组织制备方法。
近年来,神经科学研究取得了显著进展,揭示了调控人类大脑生理、神经系统疾病发生以及治疗开发的关键机制。动物模型对于神经科学研究仍然不可或缺,为探索神经发育、生理功能和病理过程提供了可控且可重复的平台。通过对小鼠进行实验操作和组织学观察,研究人员能够表征神经元信号传导、神经回路形成以及神经与行为之间的关联。随着技术的进步,动物实验伦理问题也日益受到重视。“3R原则”(替代、减少和优化)现已成为全球公认的动物实验标准1,2,要求研究人员在保证实验结果可靠的前提下,尽可能减少动物使用数量。
条件性基因敲除系统等创新工具可实现对小鼠脑内特定亚区的精确遗传操作3。这些技术进步推动了对调控学习、记忆和情绪等功能的脑内微区(如海马体CA1、CA3和DG区)的深入研究4。要解析这些微小脑区的高级功能,需要协调进行形态学、转录水平和蛋白质水平的多重检测。然而,由于其组织量极少,开展并行多指标检测面临重大技术挑战。
形态学染色、RNA 定量和蛋白质免疫检测是神经科学中三种常规的核心检测方法。传统的研究设计需要使用三组独立的小鼠动物模型来完成这三种类型的检测。这种做法显著增加了动物使用量,并引入了较大的个体间生物学变异,从而削弱了组织学与分子数据集之间的可比性。若能建立一种统一的工作流程,从同一只动物中获取匹配的形态学和分子信号,则可有效克服上述两个关键局限性,并更好地遵循“3R 原则”中的“减少”(Reduction)原则。
本文报道了一种可重复的小鼠脑组织半脑分离方案。在经全身生理盐水灌注后,将完整脑组织分为两个半脑:其中一个半脑用于固定以进行形态学检测,对侧半脑则进行冷冻保存,用于同时提取RNA和蛋白质。采用蔗糖-乙二醇-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)保护缓冲液固定并储存的组织,其免疫组织化学和免疫荧光染色信号稳定且质量高,可保持长达七年。我们使用内嗅皮层中仅9–10 mg的微小组织穿孔样本对该方法进行了验证,该组织重量轻于海马和前额叶皮层等常规研究脑区。成功检测到该微量组织样本表明,下丘脑和杏仁核等更小的脑亚区同样适用于本实验流程。尽管该方案获得的RNA和蛋白质浓度低于专用的单用途提取试剂盒,但所分离的生物分子质量足够满足常规下游qPCR和Western blot分析的需求。该流程可减少动物使用量,并消除配对形态学与分子分析之间的个体间差异,为小鼠脑精细亚区的多维度分析提供了一种可行的组织制备方法。
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伦理声明
本研究中进行的所有动物实验均由中国大连医科大学 Institutional Animal Care and Use Committee 批准(大鼠实验批准号:AEE18026,小鼠实验批准号:AEE24261)。所有实验方案均依照实验动物伦理指南实施,并完全符合动物实验的 3R 原则(减少、替代与优化)。在整个实验过程中,采取了严格的措施以有效减轻动物的痛苦与不适。同时,实验动物数量被控制在确保统计分析结果可靠性和有效性所需的最小数量。本方案中所用试剂、耗材和设备的完整清单见《材料表》。
1. 实验动物准备及经心灌注手术
2. 脑组织固定、切片与长期保存
3. 使用TRIzol提取RNA
4. 使用 Minute 试剂盒提取总蛋白
5. 从内嗅皮层(9–10 mg)同时提取RNA和蛋白质
6. 免疫组织化学(IHC)染色
7. 免疫荧光(IF)染色
8. 定量实时聚合酶链式反应(qPCR)分析
9. 蛋白质印迹
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RNA浓度测定、琼脂糖凝胶电泳及qPCR分析
如图所示,使用DNA/RNA/蛋白联合提取试剂盒从内嗅皮层组织(9–10 mg)打孔样本中同时提取了总RNA和蛋白质。平行样本分别采用TRIzol(用于RNA)或蛋白提取试剂盒处理作为对照。该方法获得的RNA产量为235 ± 12 ng µL⁻1,比TRIzol法低36%(p < 0.05)(图3A)。然而,琼脂糖凝胶电泳显示出清晰的28S和18S rRNA条带以及5S信号,表明RNA保持完整(图3B)。CD86、IL-1β、TNF-α和IL-6的qPCR扩增均产生单一且对称的解离曲线(图3C),该组中Ct值较低(图3D);然而,仍需进一步研究(包括RNA完整性分析)以确定这些差异是否反映了RNA质量的提升或提取效率的提...
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在小鼠研究中,由于形态学分析与核酸/蛋白检测的制备流程不同,通常需要使用不同的动物样本。这会增加动物使用量,并引入个体间的生物学差异,从而可能降低组织学与分子数据集之间的可比性。为解决这些局限性,我们开发了一种工作流程,可从同一只动物中同时获取组织学和分子数据。
该实验流程的核心设计是在经心脏灌注0.9%生理盐水后,将脑组织分为两个半球5,6。其中一个半球用4%多聚甲醛固定,用于免疫组织化学和免疫荧光染色,而对侧半球则储存于−80 °C,用于后续的RNA-蛋白共提取、qPCR和Western blot分析。然而,所选检测指标在两个大脑半球之间可能并不完全可比。已有研究记录显示,啮齿类动物大脑存在结构和功能上的偏侧化,此类半球间差异可能在对对侧组织进行分析时引入变异性7,8。因此,研究人员应根据其研究目的,始终选择同一侧大脑半球的组织进行实验。
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作者声明,他们不存在任何已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
本研究由辽宁省教育厅(一般研究项目 JYTMS20230571)与大连医科大学资助。’s 2023 “中西医结合促进健康与保健” 辽宁省本科教学改革研究项目(H0.2XY2023KY10),两项均授予刘CQ教授;以及2025年辽宁省大学生创新创业训练计划项目。 & 创业培训计划(S202510161061)与中国大连医科大学’本科生创新人才培养与教学改革基金(项目编号:112307010209),由 YK Li 获得。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL 无RNA酶离心管 | Axygen | MCT-150-C-S | 组织穿孔样本及RNA/蛋白提取组分的收集 |
| 15 mL 锥形离心管 | Biofil | CFT010150 | 固定、蔗糖脱水及溶液储存 |
| 24孔细胞培养板 | NEST | 702001 | 游离脑切片的收集、染色及长期保存 |
| 30% 蔗糖溶液 | 实验室自制 | N/A | 冷冻切片前对固定脑半球进行冷冻保护 |
| 4% 多聚甲醛溶液 | Biosharp | BL539A | 用于形态学指定脑半球的浸没式固定 |
| 5× 蛋白上样缓冲液 | Beyotime Biotechnology | DL101 | SDS-PAGE蛋白样品制备 |
| 琼脂糖 | Solarbio | Cat: A8201 | 通过琼脂糖凝胶电泳评估RNA完整性 |
| 抗双皮质素抗体 | Abcam | ab18723 | 双皮质素免疫组织化学的一抗 |
| 抗ERK抗体 | Beyotime | AB2014 | 总ERK蛋白Western blotting的一抗 |
| 抗GFAP抗体 | Abcam | ab10062 | 胶质纤维酸性蛋白免疫荧光的一抗 |
| 抗Iba1抗体 | Wako | NCNP24 | 离子化钙结合接头分子1免疫荧光的一抗 |
| 抗NeuN抗体 | Millipore | A60 | 神经元核抗原染色的一抗 |
| 抗NF-κB p65抗体 | HUABIO | ET1603-12 | NF-κB p65 Western blotting的一抗 |
| 抗磷酸化ERK抗体 | Beyotime | ET1610-13 | 磷酸化ERK蛋白Western blotting的一抗 |
| 抗PSD95抗体 | HUABIO | ET1602-20 | PSD95蛋白Western blotting的一抗 |
| 抗ULK1抗体 | HUABIO | ET1704-63 | ULK1蛋白Western blotting的一抗 |
| 抗-β-微管蛋白抗体 | ABclonal | AC021 | Western blotting中作为上样对照的一抗 |
| 抗荧光淬灭封片剂 | Beyotime | P0126-5 | 免疫荧光染色切片的封片介质 |
| 生物素-链霉亲和素过氧化物酶检测试剂盒 | 福州迈新生物技术有限公司 | KIT-9720 | DAB免疫组织化学的二抗检测系统 |
| 牛血清白蛋白 | 千胜生物科技有限公司 | QO3000 | 免疫染色和Western blotting的封闭缓冲液 |
| C57BL/6小鼠 | 辽宁长生生物科技有限公司 | 4周龄C57BL/6小鼠 | 用于小鼠脑组织采集的实验动物(如包含) |
| 化学发光成像系统 | 上海勤翔科学仪器有限公司 | ChemiScope 6200 Touch | 检测Western blot化学发光信号 |
| 共聚焦激光扫描显微镜 | Leica Microsystems CMS GmbH | SN: 591974 | 免疫荧光切片图像采集 |
| 冷冻保护保存液 | 实验室自制 | N/A | 在−20 °C下长期保存游离脑切片 |
| 冷冻切片机 | Leica | CM1950 | 制备30 μm冠状面脑切片 |
| DAB显色底物试剂盒 | Sigma | SLBP7387V | 免疫组织化学显色反应 |
| DAPI核染色液 | Coolaber | SL7100 | 免疫荧光中的核复染 |
| 数字光学显微镜 | 宁波永新光学股份有限公司 | 型号 NE910+FL-900 | 监测DAB显色过程及明场染色切片成像 |
| DNase I | Vazyme | R223-01 | 逆转录前去除残留基因组DNA |
| 驴抗兔IgG,488标记 | Thermo Fisher Scientific | A21206 | 免疫荧光用荧光二抗 |
| 驴抗兔IgG,594标记 | Abcam | ab150076 | 免疫荧光用荧光二抗 |
| E.Z.N.A. DNA/RNA/蛋白提取试剂盒 | Omega Bio-Tek | D3892-01 | |
| 电泳电源 | Bio-Rad | 1645050 | 琼脂糖凝胶电泳和SDS-PAGE的电源供应 |
| 乙二醇 | 国药集团化学试剂有限公司 | 10009828 | 冷冻保护保存液的组分 |
| 凝胶成像系统 | 上海勤翔科学仪器有限公司 | ChemiScope 6200 Touch | 琼脂糖凝胶成像以评估RNA质量 |
| 明胶包被载玻片 | 启泰实验耗材制造有限公司 | REF: 10127105P P/N: 80312-2101 | 用于贴附DAB染色的游离脑切片 |
| 图像分析软件 | 美国国立卫生研究院 | ImageJ/Fiji | Western blot条带密度分析及图像处理 |
| 异丙醇 | 国药集团化学试剂有限公司 | 80109218 | 从有机相/中间相中沉淀蛋白 |
| 制冷型微量离心机 | 盐城凯特实验室仪器有限公司 | TGL16M | RNA/蛋白提取及洗涤步骤中的离心操作 |
| Minute蛋白提取试剂盒 | Invent | MS-026 | |
| 中性树胶封片剂 | 上海源叶生物科技有限公司,中国上海 | 目录号 S30509,CAS 96949-21-2 | 脱水后DAB染色切片的封片 |
| OCT包埋介质 | Sakura | 4583 | 用于固定脑半球冷冻切片的包埋介质 |
| 光学qPCR板或管 | Axygen | PCR-0208-C | qPCR扩增反应容器 |
| Parafilm封口膜 | amcor | PM996 | 密封多孔板以长期保存切片 |
| 戊巴比妥钠 | 华兰生物 | 57-33-0 | 经心灌流前的麻醉剂 |
| 培养皿 | Biosharp | BS-90-D | 冰上处理脑组织及分离脑半球 |
| 酚/胍盐RNA提取试剂 | Sparklade | AC0101-B | RNA提取对照实验的比较试剂 |
| 磷酸酶抑制剂混合物 | APExBIO | K1015-100 | 蛋白提取过程中维持磷酸化状态 |
| 磷酸盐缓冲液 | Biosharp | BL601A | 洗涤缓冲液、蔗糖溶液溶剂及冷冻保护剂溶剂 |
| 聚偏二氟乙烯膜 | Millipore | IPVH08100 | Western blot转膜用膜 |
| 聚乙烯吡咯烷酮K40 | Sigma | 9003-39-8 | 冷冻保护保存液的组分 |
| 蛋白酶抑制剂混合物 | Beyotime | P1045 | 组织裂解过程中防止蛋白降解 |
| 蛋白提取试剂盒 | Invent | MS-026 | 总蛋白提取对照实验的比较试剂盒 |
| 实时PCR系统 | Amolarray | MA6000 | 定量PCR扩增及熔解曲线分析 |
| 十二烷基硫酸钠 | BioFroxx | 3250GR500 | 溶解蛋白沉淀及SDS-PAGE样品制备 |
| 无菌剃刀刀片 | Biosharp | BS-RB-11 | 冰上分离脑半球及修剪组织 |
| 链霉亲和素-过氧化物酶偶联物 | 福州迈新生物技术有限公司 | KIT-9720 | DAB免疫组织化学的信号放大/检测试剂 |
| 蔗糖 | 沪试 | 57-50-1 | 冷冻保护溶液及冷冻保护保存液的组分 |
| SYBR qPCR预混液 | Vazyme | Q711-02 | 定量PCR扩增 |
| 转膜装置 | Bio-Rad | 1703930 | 将蛋白从SDS-PAGE凝胶湿法转至膜上 |
| 含Tween 20的Tris缓冲盐水 | 实验室自制 | N/A | Western blot膜洗涤缓冲液 |
| Triton X-100 | Sinopharm | 9002-93-1 | 免疫染色前脑切片的通透处理 |
| Trizol | Sparklade | AC0101-B | |
| UltraSensitive SP免疫组织化学检测试剂盒(适用于鼠/兔一抗) | 福州迈新生物技术有限公司 | KIT-9720 | DAB免疫组织化学的二抗/检测试剂 |
| Wistar大鼠 | 辽宁长生生物科技有限公司 | 280-320 g,雄性 | 用于大鼠脑组织采集的实验动物(如包含) |
| 二甲苯 | 国药集团化学试剂有限公司 | 10023418 | 封片前对DAB染色切片进行透明处理 |
| 中性树胶封片剂 | 上海源叶生物科技有限公司,中国上海 | 目录号 S30509,CAS 96949-21-2 | 脱水后DAB染色切片的封片 |
| 链霉亲和素-过氧化物酶偶联物 | 福州迈新生物技术有限公司 | KIT-9720 | DAB免疫组织化学的信号放大/检测试剂 |
| Triton X-100 | Sinopharm | 9002-93-1 | 免疫染色前脑切片的通透处理 |
| UltraSensitive SP免疫组织化学检测试剂盒(适用于鼠/兔一抗) | 福州迈新生物技术有限公司 | KIT-9720 | DAB免疫组织化学的二抗/检测试剂 |
| 二甲苯 | 国药集团化学试剂有限公司 | 10023418 | 封片前对DAB染色切片进行透明处理 |
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