低成本步态分析用于神经肌肉疾病小鼠模型的行为表型鉴定

足迹分析是一种低成本的替代方法，可用于数字化步态分析程序，帮助研究人员量化小鼠的运动异常。由于该方法具有快速、简便以及适用于长期观察的优点，因此非常适用于包括神经退行性疾病、神经肌肉疾病或中风模型在内的小鼠行为表型分析。本次实验操作将由我实验室的研究技术员 Virginia Wertman 演示。

在开始实验前，将已完全清醒并保持警觉至少5分钟的小鼠置于检测室内适应环境30分钟。将隧道置于一条略宽于隧道长度和宽度的纸条上。在纸条上标记小鼠编号及检测日期。

根据需要在目标区域添加葵花籽以提供动机，并牢固地抓住第一只待测小鼠的颈背部。使用直径约0.5厘米的锥形刷头，将一种无毒、可水洗的水性颜料均匀涂抹于所有前爪脚趾的整个底面及每个前爪的掌心部位。以类似方式，用另一种颜色对比明显的无毒、可水洗的水性颜料涂抹后爪。

使用干净的湿布擦去小鼠身体其他部位沾染的油漆，以防止污迹干扰数据采集。然后将小鼠放置于隧道起点处，让其完全行走至目标室后再取出动物，并用沾水的布轻轻擦拭其足部进行清洁。

然后将小鼠放回其居住笼，并在测试下一只动物之前，用消毒剂清洁测试区域和通道。为了准确评分，需等待脚印完全干燥，再选择间距一致且清晰无模糊的脚印。为了获得足够的评分数据，每只脚必须至少有连续两个步态印记。

不要将纸张上的第一个和最后一个足印包含在内，因为此时小鼠正在改变行走速度，这些足印不太可能代表正常的步态。为定义步长（即同一肢体连续两个足印之间的距离），可用铅笔在单一步幅中前肢足印的前足区域周围画出直径两到四毫米的圆圈，然后用尺子在两个圆圈之间画一条直线。以每个圆圈中心之间的距离作为步长记录，根据情况标记为右前一或左前一，并对所有可评分的步幅重复此测量。

然后，针对每只肢体，将同一批次中各个个体记录的步幅距离进行平均，具体方式应符合实验设计要求。为定义步宽（即左右前肢或左右后肢之间的距离），从一只后肢脚印中标记出的前足区域画一条线，并使其与对侧后肢步幅长度线垂直相交，测量该线段距离。对所有可评估的后肢脚印重复此测量过程，并计算这些测量值的平均值。

将足趾展开度定义为单个前肢或后肢脚印中第一趾与末趾之间的距离，使用卡尺测量第一趾印尖端与末趾印尖端之间的距离。随后对所有可评分的后肢脚印重复此测量，并计算测量值的平均值。当动物数量足够时，该方法能够检测同一品系不同基因型小鼠随时间推移而产生的步态差异。

例如，此处展示了使用X连锁脊髓延髓肌萎缩症小鼠模型获得的足迹图像的代表性轨迹，该疾病是一种影响下运动神经元和骨骼肌的神经退行性疾病。对发病前和发病后转基因雄性小鼠及其同窝非转基因对照小鼠进行步态分析显示，在疾病发病前，转基因小鼠的步长、步宽和脚趾展开程度与同窝非转基因对照小鼠相似。然而，在疾病发病后，转基因小鼠表现出显著缩短的步长。

类似的纵向分析显示，在所测试的任一年龄段，步宽均无差异。症状出现后的转基因小鼠的后肢脚趾展开宽度也显著窄于同窝年龄匹配的对照组。正确地将染料涂抹于足部可获得最佳结果。

请记住，只有步距均匀且足迹清晰无模糊的步态才能进行评分。该技术具有足够高的灵敏度，可检测步幅的微小变化。并且由于其非侵入性的特点，可用于在个体整个生命周期内对其表型表现及治疗干预效果进行检测。