本文介绍了一种快速、可重复的小鼠模型构建流程,用于研究睡眠剥夺引起的情景记忆缺陷。该流程在同一批小鼠中联合应用轻柔处理法诱导睡眠剥夺、新物体识别测试以及海马区生物标志物分析,整个实验周期为10天,并包含结构化的干预记录和预定义的质量控制标准。
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本文介绍了一种快速、可重复的小鼠模型构建流程,用于研究睡眠剥夺引起的情景记忆缺陷。该流程在同一批小鼠中联合应用轻柔处理法诱导睡眠剥夺、新物体识别测试以及海马区生物标志物分析,整个实验周期为10天,并包含结构化的干预记录和预定义的质量控制标准。
睡眠不足会导致认知功能下降,并可能加速神经退行性过程。本文介绍了一种快速且可重复的小鼠睡眠剥夺诱导识别记忆缺陷的建模工作流程,同时将行为学结果与海马区分子变化相联系。该方案在标准化的10分钟新物体识别(NOR)熟悉阶段结束后,立即采用持续5小时的温和干预法进行睡眠剥夺。在精确设定的5小时保留间隔后,通过5分钟的新物体识别测试评估识别记忆,随后立即采集同一批动物的海马组织,用于定量检测促炎性细胞因子(包括白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α))以及氧化应激标志物(包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和丙二醛(MDA))。本方法学的主要进展并不在于行为学或生物化学技术本身——这些技术已较为成熟,而在于将这些技术操作标准化并整合为一个连贯的工作流程。该方案要求对温和干预措施进行结构化、可量化的记录,将训练和睡眠剥夺固定于特定的昼夜节律时间点,保持个体动物的NOR行为记录与组织样本之间的对应关系,并预先规定了质量控制和分析标准。该操作设计旨在最小化物理束缚和强制运动,可在较短的实验周期内完成,可作为候选参考工作流程,供各实验室用于评估自身实施温和干预法睡眠剥夺的效果,待独立验证后推广使用。
睡眠是一种基本的生理过程,对大脑功能、学习和记忆巩固至关重要1。睡眠不足与认知功能障碍、情绪障碍以及神经退行性疾病的发展密切相关2。在啮齿类动物中进行的实验性睡眠剥夺(SD)被广泛用于研究急性睡眠丧失所导致的神经生物学后果。海马是与陈述性和空间记忆密切相关的大脑区域,对睡眠剥夺尤为敏感3。
目前有多种方法可用于诱导啮齿类动物的睡眠剥夺。改良多平台法可有效减少快速眼动睡眠,但可能引入显著的应激反应和身体耗竭4。相比之下,轻柔处理法(GH)通过轻度感觉刺激维持清醒状态,例如当出现睡眠迹象时轻敲笼子、扰动垫料或提供新的筑巢材料。在学习后立即实施短暂的GH干预,可干扰依赖海马的记忆巩固过程,同时避免长期睡眠剥夺范式所伴随的诸多混杂因素5。由于本方案中的干预措施由姿势和行为清醒信号触发,而非基于脑电图确认的快速眼动睡眠检测,因此此处所采用的GH方法属于一种已被确立的全睡眠剥夺技术,而非特异性针对快速眼动睡眠的方法,并且该形式已应用数十年之久6。
新物体识别(NOR)测试是一种广泛用于评估识别记忆的行为学实验方法。该方法基于啮齿类动物对新物体的探索倾向强于熟悉物体的自然行为特征,无需使用奖赏、惩罚或大量训练7,8。急性睡眠剥夺已被证明会损害对新物体的辨别能力,从而为记忆巩固障碍提供了一种有效的行为学读出指标9。在分子水平上,睡眠缺失可引发海马区神经炎症和氧化应激反应,表现为促炎性细胞因子和脂质过氧化产物水平升高,同时伴随抗氧化能力下降10,11。
应用该模型的难点并不在于其各个组成部分的可获得性,而在于不同研究之间缺乏操作上的一致性。轻柔处理(gentle handling)常被报道,但缺乏对干预强度的系统记录;行为学和分子学终点指标通常在不同的动物群组中分别采集;探索行为的质量控制标准以及样本量规划也并非总是明确说明。本文的总体目标是提供一种标准化的操作流程,用于建立睡眠剥夺所致识别记忆缺陷的模型,同时在同一动物个体中将行为学结果与海马区分子检测指标进行关联分析。该方法通过整合训练后5小时的轻柔处理窗口期、干预强度记录日志、同一队列动物的行为学测试与组织样本采集,以及预设的分析标准,形成一个为期10天的统一实验流程(图1),从而弥补上述可重复性方面的不足。此前已有睡眠研究方法学文献指出,轻柔处理操作缺乏标准化的问题6。

图 1. 实验流程的示意图。 该方案历时10天,包括动物处理与适应阶段,随后进入关键测试日,包含10分钟的新物体识别(NOR)熟悉期、5小时的GH睡眠剥夺、5分钟的NOR测试,并立即从同一动物采集海马组织用于生物标志物分析。请点击此处查看该图的放大版本。
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所有动物实验程序均经艾尔默(浙江艾尔默生物科技有限公司)实验动物福利与伦理委员会审查批准,申请单位为南京鼓楼医院(课题负责人:Yuan Liu),批准号:ALM202605070,批准日期为2026年5月7日(有效期4年),符合相关机构及国家法规要求。本方案中使用8–12周龄的成年雄性C57BL/6J小鼠。
1. 准备与动物适应

图2.新物体识别装置及实验设计示意图。 在熟悉阶段,将两个相同的物体(A 和 A′)放置在实验区域对角的两个角落。在经过5 h的保留间隔后进入测试阶段,将其中一个熟悉的物体替换为一个新物体(B)。在不同动物之间交替新物体位于左侧或右侧的位置,每组中约一半动物接受新物体在左侧,另一半在右侧,以尽量减少空间偏好偏差。请点击此处查看该图的放大版本。
2. 新物体识别训练(熟悉阶段)
3. 通过温和操作法进行睡眠剥夺
| 笼具/队列编号 | H1 | H2 | H3 | H4 | H5 | 主要干预类型 | 异常情况或福利观察记录 |
| 记录编号 | H1 记录次数 | H2 记录次数 | H3 记录次数 | H4 记录次数 | H5 记录次数 | 轻敲 / 垫料 / 新物体 / 软毛刷 | 如有则记录 |
表1:温和抓握干预记录模板。 记录笼号或队列编号、在5小时睡眠剥夺期(H1–H5)每小时内进行的温和抓握干预次数、主要干预类型以及任何方案偏离或动物福利观察记录。
4. 新物体识别测试阶段
5. 同一批次组织采集与海马体解剖
6. 海马生物标志物的定量分析
7. 数据分析与质量控制
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成功实施本方案应产生一致的行为-分子结果模式,无需孤立地解释任何单一读数。完整的实验流程如图1所示,NOR装置及实验设计如图2所示。在NSD组中,小鼠应对新物体表现出明显偏好,表现为辨别指数(DI)高于0.5的随机水平。接受训练后5小时GH处理的小鼠应表现出减弱的新物体偏好,其DI低于NSD对照组。各组之间的总物体探索时间应保持相近;若出现探索行为的整体减少,则提示可能存在运动、焦虑或操作上的混杂因素,而非选择性的识别记忆缺陷。在本研究队列中(NSD组,n = 12;SD组,n = 12,其中一只动物根据第7.3步预设的总探索时间阈值被排除,因此NOR分析中SD组n = 11;该排除标准一致应用于下文报告的辨别指数和总探索时间分析),NSD小鼠的平均DI为0.70 ± 0.05(均值 ± 标准差),显著高于0.5的随机水平(单样本t检验,t(11) = 15.21,p < 0.0001),而SD小鼠的平均DI为0.51 ± 0.05,与随机水平无显著差异(t...
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本文提供了一种快速且可重复的研究框架,用于探讨急性睡眠剥夺所致的识别记忆缺陷及海马区分子变化。在标准化的10分钟学习阶段结束后,立即实施5小时的轻柔干预操作,该方法针对学习后的特定巩固窗口,旨在降低与长期剥夺模型或强制运动相关程序所伴随的生理负担4,5。然而,如方法局限性部分所述,本研究未包含直接的压力激素测量数据以证实其生理应激反应较低。
最关键的技术因素包括适应环境、一致的物体选择、固定的5小时保留间隔时间,以及在GH期间持续但非厌恶性的监测。由于NOR依赖于自发探索行为,残留的焦虑或对实验区域的不良适应可能会抑制对物体的探索,从而掩盖与记忆相关的效果8。预先设定的探索时间排除标准和干预记录提供了实用的质量控制手段,有助于区分行为实验失败与真实的记忆表型。当总体探索水平较低、正常睡眠剥夺(NSD)对照组未表现出对新物体的偏好、GH干预次数差异显著、生物标志物测量结果变异度高,或SD小鼠表现出明显痛苦时,研究人员应在...
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作者声明无利益冲突。
本工作由南京鼓楼医院青年培养基金、国家自然科学基金(资助号:82502706)以及江苏省基础研究计划(资助号:BK20250258)资助。在稿件的撰写与修改过程中使用了人工智能辅助工具,包括用于起草和润色文字内容,以及生成和优化示意图。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 70% 乙醇 | 任何供应商 | N/A | NOR实验箱及物体的清洁 |
| 成年雄性 C57BL/6J 小鼠(8–12 周 | 浙江艾力莫生物技术有限公司 | N/A | 实验动物 |
| BCA 蛋白检测试剂盒 | 赛默飞世尔科技(Pierce) | 23225 | 总蛋白测定与归一化 |
| 行为分析软件 | Noldus 信息技术有限公司 | EthoVision XT 版本 17.5 | NOR 探索评分与分析 |
| 可达到14,000的离心机 &4℃下;× g °C | Eppendorf | Centrifuge 5424 R;货号 5404000610 | 海马匀浆的澄清 |
| 洁净的纸管 | 任何供应商 | N/A | 温和操作干预 |
| 低温个人防护装备 | 任何供应商 | N/A | 液氮的安全操作 |
| 谷胱甘肽过氧化物酶检测试剂盒 | Abcam | ab102530 | GPx 定量检测 |
| 海马组织匀浆器 | IKA-Werke GmbH & Co. KG | T 10 基础型 ULTRA-TURRAX;货号 0003737000 | 在裂解缓冲液中匀浆海马组织 |
| 液氮 | 任何供应商 | N/A | 分离海马体的速冻处理 |
| MDA 检测试剂盒 | Sigma-Aldrich | MAK085 | MDA 定量检测 |
| 酶标仪 | 安捷伦科技 / BioTek | BioTek Epoch 2 微孔板分光光度计 | 在试剂盒指定波长下的吸光度测量 |
| 微型刮勺 | 任何供应商 | N/A | 海马体解剖;使用预冷的 |
| 小鼠 IL-1β ELISA试剂盒 | R&D系统 | MLB00C | IL-1β 定量分析 |
| 小鼠IL-6 ELISA试剂盒 | R&D系统 | M6000B | IL-6定量检测 |
| 小鼠 TNF-α ELISA试剂盒 | R&D系统 | MTA00B | TNF-α 定量分析 |
| 对象集 A/A′ 和 B | 任何供应商 | N/A | NOR熟悉化与测试阶段 |
| 不透明的NOR实验箱(40 cm × 40 cm × 40 cm | 任何供应商 | N/A | 行为学测试 |
| 头顶式视频记录系统 | Basler AG | acA1300-60gm | 新物体识别熟悉期与测试期的视频记录 |
| 蛋白酶/磷酸酶抑制剂混合物 | 赛默飞世尔科技(Thermo Scientific) | 78440 | 加入裂解缓冲液中,终浓度为1× 工作浓度(10 µL/mL 从100× 储备液 |
| RIPA 裂解缓冲液 | 赛默飞世尔科技 | 89900 | 海马组织匀浆制备 |
| 适用于低温储存的样品管 | 赛默飞世尔科技(Nunc) | Nunc CryoTube,1.8 mL;货号 375418 | 动物特异性样本编号的维护与海马组织切片的储存 |
| 软毛刷 | 任何供应商 | N/A | 温和操作干预 |
| SOD 检测试剂盒 | Sigma-Aldrich | 19160 | SOD 定量检测 |
| 统计与功效分析软件 | G*Power;Python 软件基金会 | G*Power 3.1 版;Python 3.12 版(SciPy 1.17;statsmodels 0.14) | 第7节方案中所述的先验功效分析与统计分析 |
| 标准啮齿类动物饲料 | 江苏谢通药业生物工程有限公司 | 辐照大鼠/小鼠维持饲料;XTI01WC-010 | 随意喂养动物 |
| −80 °C 冷冻机 | 海尔生物医疗 | DW-86L626 | 长期保存速冻的海马组织 |
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