2012年1月5日
掘洞、筑巢和贮食是小鼠在实验室中易于表现的物种典型行为。本文介绍了如何以简便且低成本的方法对这些行为进行评估。这些实验方案对小鼠品系、脑损伤及疾病状态极为敏感。此外,这些行为测试本身为小鼠提供了“环境丰富化”,体现了“3R原则”中的“优化(Refinement)”环节。
本实验的目的是表征小鼠物种典型的行為。首先通過將管道填滿材料並測量動物移除的量來研究掘穴行為。將築巢棉塊置於籠內,通過評估築巢的完整程度來量化築巢行為。
通过将小鼠放入一个可接触装有食物颗粒隧道的盒子中,并测量动物从隧道中取回食物的量,来检测其囤积行为。这一系列测试的结果可反映小鼠是否能够完成日常生活活动。通常情况下,该技术的意义可延伸至痴呆症治疗的探索,因为在功能上相似的行为在小鼠和人类中均会受损。
小鼠的典型行为甚至可以类比于人类的日常生活活动。阿尔茨海默病最初的影响就是抑制正常日常生活活动的能力,例如准备早餐、系鞋带、计划一顿饭或进行购物出行。在我们的阿尔茨海默病小鼠模型中,我们发现物种典型的这些行为受到了显著抑制。
因此,我们在此建立了一个直接模型,该模型几乎在阿尔茨海默病患者在家中和临床环境中所表现出的日常生活活动能力与物种抑制之间实现了同源对应。小鼠的典型行为可通过一个由直径68毫米、长20厘米的塑料管构建的巢穴装置来观察。用一段12毫米厚的中密度纤维板(MDF)制成的塞子封闭管道一端。
接下来进行钻孔,距离钻孔管开口端1厘米处钻两个孔,角度为90度。将长度为5厘米的机制螺钉插入每个孔中,并拧紧固定。此时,管道应离地面约3厘米。
在一端,用 200 克食物颗粒填满洞穴,并将其放入动物的饲养笼中过夜以适应环境。如果小鼠群养,由于社会促进效应,适应过程会更快且更充分。然而,仍应对单只饲养的小鼠进行基线测试。
随后,也可使用非食物物质来测量挖掘行为。一些示例包括黏土球、豌豆砾石和沙子。在动物适应环境后,于下午4:00左右将完整的洞穴放入测试笼中,以进行基线测试。
建议进行两次基线测试,每次间隔 48 小时。两小时后,将洞穴中的内容物倒入已去皮重的容器中,称量剩余材料的重量。
将未消耗的材料放回管中,并于次日早晨放回原笼。取出管子,称量剩余材料以进行测试。在最后一次基线测量至少48小时后重复此操作。
C57黑鼠在前两小时内通常挖掘约70克,过夜时接近200克。海马体损伤小鼠的挖掘量通常少于5克。朊病毒病会抑制挖掘行为,脂多糖同样会抑制挖掘行为。
埋藏行为检测可在注射患病脑组织匀浆后10至12周发现朊病毒病,而临床症状直到22周才会出现。研究表明,埋藏行为对菌株差异和钾离子通道亚基的基因敲除具有敏感性。为测量筑巢行为,需设置单独的笼子,并在笼底铺上0.5厘米厚的垫料。
在每个笼子中放入一块被压紧的棉花垫,大小为5厘米见方,称为巢垫料。在暗期开始前约一小时,将一只小鼠放入每个带有巢垫料的笼子中,并于次日早晨评估结果。
称量未被撕碎的巢材重量,并按五级评分标准评估巢穴。若巢材基本未被触碰,则评分为1分;若巢穴接近完美,且超过90%的巢材被撕碎,则评分为5分。雄性和雌性均会筑巢,其主要功能是体温调节,并与繁殖行为相关。
C57黑鼠的雄性和雌性在筑巢评分上处于相同范围。尽管我们尚未在单次实验中进行对照比较,但大多数C57黑鼠的筑巢评分通常为4到5分。然而,当海马体受损时,其中位评分约为2分。
评分通常不会超过3分。为了测量贮藏行为,准备一个作为基地的盒子,在其中插入水瓶,并在侧面钻一个孔,用于连接贮藏管。通过将一段45厘米长的金属网围绕直径40毫米的管子卷成圆筒形来制作贮藏管。
使用内六角夹具或金属丝固定,然后将其推入一段长10厘米、直径40毫米的黑色管材中。接着,将围挡管连接到先前准备好的箱体上,并用可拆卸的木塞封闭近端开口。
用来自鼠笼的脏垫料和纸板隧道准备小鼠的居住箱。确保阻止其进入贮食管。在当天早些时候将小鼠放入箱中以进行后续的适应性驯化,随后移除贮食管,并在其远端填充大、小食物颗粒的混合物,总重量为100克。
在暗期开始前不久,取下木塞,以便小鼠在第二天早晨可以进入贮藏管。同样,时间并不关键。
收集并称量已储存在家园箱中的食物颗粒。使用雌性C57BL/6小鼠时,储存食物的中位量约为50至70克。
海马体损伤会显著抑制贮食行为,而前额叶皮层损伤仅产生轻微影响。观看本视频后,您应能充分理解如何评估群体中物种的典型行为。
本文概述了评估小鼠物种典型行为的方法,包括挖掘、筑巢和贮食。这些行为对多种因素敏感,例如小鼠品系和脑损伤,且可作为环境丰富化的一种形式。
对小鼠挖掘、筑巢和贮藏行为的定量评估,可为神经退行性疾病模型中早期功能衰退提供具有转化相关性的读数。这些行为学检测方法使临床前研究团队能够评估日常生活活动的类似行为,从而提高对靶点结合及疾病修饰潜力的预测信心。将此类终点指标整合到发现阶段的工作流程中,有助于优化项目筛选,并降低阿尔茨海默病及相关适应症的推进决策风险。
这些行为学检测位于从早期发现到临床前研究的连续过程中,可连接神经退行性疾病项目中的靶点验证与转化研究。