Name: 开发双相情感障碍的大鼠模型 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-05-02T14:50:00.000+00:00
Duration: 4 min 42 s
Description: 学习建立双相情感障碍大鼠模型的方法，该模型可同时呈现躁狂样和抑郁样行为特征。通过行为学评估验证其有效性，为神经精神疾病机制研究及治疗策略开发提供更全面的动物实验平台。

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本工作由德国研究基金会（Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG）资助：项目编号 552842155 和 GRK2862/1，项目号：492434978。JA 获得了鲁尔大学医学院 FoRUM 研究基金的资助（资助号 P109-24）。图 2 中大鼠的图像取自 Servier Medical Art，采用 CC BY 4.0 许可。

本文所述的立体定位注射方案已获得德国北莱茵-威斯特法伦州自然、环境与消费者保护局（LANUV）的批准。实验使用成年雄性Sprague Dawley大鼠（体重350-650 g）。本研究中使用的试剂和设备列于材料表中。
1. 慢病毒载体构建
注意：采用第三代慢病毒系统实现DRD1或红色荧光蛋白（dsRed）的条件性表达，其中dsRed作为对照条件25,27。
<ol>
	<li>根据 Stewart 等人37 的方案，使用 Addgene 公共库中的包装质粒 8454 和 8455 制备慢病毒。 
	注意：如果未计划自行进行病毒制备，许多核心设施可提供高滴度慢病毒，例如德国柏林夏里特医学院（Charité Berlin）。</li>
	<li>对浓缩的病毒进行滴定，并将其储存于 -80 °C。</li>
	<li>将病毒配制为每 µL 含 2 × 107 转导单位（TU），用于注射。</li>
	<li>将病毒置于干冰上运输至手术室。</li>
</ol>
2. 动物
注意：BD 的大鼠模型已在成年雄性 Sprague Dawley 大鼠（体重 350–650 g）中建立。若需研究雌性大鼠或更早发育阶段的个体，必须考虑到 mPFC 中 DRD1 的表达在发育过程中会发生变化，并可能受到动情周期的影响38,39,40。
<ol>
	<li>将同条件的大鼠成对饲养，提供食物和水 随意摄取 在恒定的温湿度条件下（相对湿度45%-65%，温度22 °C ± 2 °C）。</li>
	<li>将大鼠置于12小时颠倒光照-黑暗循环条件下（光照关闭时间为上午11点），因为行为学检测应在动物黑暗期的活跃阶段进行。</li>
	<li>在开始任何实验之前，应让动物至少有七天时间适应实验设施环境以及实验人员的接触和操作。</li>
</ol>
3. 病毒载体的立体定位注射
注意：手术操作应在安全罩内（使用慢病毒时的安全预防措施）及无菌条件下进行。
<ol>
	<li>准备
	<ol>
		<li>确保所有必需材料均已备齐、无菌且功能正常（材料表）。</li>
		<li>安装立体定位仪，并将注射器固定器连接至立体定位臂。将注射器固定器与注射泵连接。</li>
		<li>准备牙科钻并安装直径为0.9 mm的钻头。</li>
		<li>铺设加热垫并将其温度设定为37 °C。将加热垫调节至适当高度，以便更方便地安置大鼠。</li>
		<li>用吸水性手术单覆盖加热垫。</li>
		<li>在无菌操作台上准备好已灭菌的手术器械。</li>
		<li>将一支10 µL立体定位注射器（配备33 G注射针头）安装到注射器固定器上。</li>
		<li>吸取2.3 µL病毒悬液，用于双侧各1 µL的注射。肉眼确认成功吸取。请将此步骤作为最后的准备步骤执行，以尽量减少慢病毒在室温下的暴露时间。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>镇痛与麻醉诱导
	<ol>
		<li>手术当天早晨，给予美洛昔康（1 mg/kg体重，口服）。</li>
		<li>在开始手术操作前20分钟，为镇痛目的皮下注射布托啡诺（0.5 mg/kg体重，s.c.）。</li>
		<li>开启麻醉机，调节氧气流速为0.8–1 L/min。</li>
		<li>用4%异氟烷充满诱导室，并将大鼠放入其中。</li>
		<li>麻醉成功后（表现为呼吸减慢和意识丧失），将大鼠从诱导室中取出，并转移至立体定位仪。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>大鼠体位固定
	<ol>
		<li>确保麻醉气体已切换至鼻罩。</li>
		<li>将大鼠从诱导室转移至立体定位仪，将其门齿固定于门齿夹中。</li>
		<li>正确佩戴麻醉面罩，并将异氟烷浓度调节至1.5–2.3%以维持麻醉。</li>
		<li>使用无菌眼膏保护眼睛。</li>
		<li>在进行任何切口前至少10分钟，在计划切口部位下方皮下注射利多卡因（10 mg/kg体重，s.c.）进行局部麻醉。</li>
		<li>使用耳杆将大鼠固定在立体定位仪上。确保两侧耳杆位置对称，头部处于水平位置。</li>
		<li>使用剪刀修剪切口区域周围的毛发。用手术单覆盖修剪区域，防止毛发污染手术部位。使用浸有皮肤消毒剂的纤维素垫清除残留毛发。</li>
		<li>使用皮肤消毒剂对术区进行消毒。移除可能被污染的手术单，并更换为新的无菌手术单。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>开颅及病毒载体注射
	<ol>
		<li>通过检查趾反射是否消失，确认麻醉深度足够。</li>
		<li>对手部进行消毒并更换为无菌手套，再接触任何设备。</li>
		<li>使用手术刀片做一条约1.5 cm长的正中切口。</li>
		<li>使用止血钳将皮肤向两侧牵拉，充分暴露手术视野。</li>
		<li>使用无菌棉签清除术区血液和残留组织，确保前囟清晰可见，并留出足够的前方操作空间。</li>
		<li>以前囟为基准，将前后（A/P）和左右（M/L）坐标归零。</li>
		<li>将立体定位臂移至A/P +2.7、M/L ±0.4的坐标位置，并使用已消毒的笔进行标记。</li>
		<li>钻出直径约1 mm的孔洞，覆盖双侧半球的注射位点。</li>
		<li>使用无菌棉签清除任何血液。</li>
		<li>以脑表面为参考将背腹（D/V）坐标设为零，缓慢将注射针下降至-2.8，以注入内侧前额叶皮层（mPFC）的前肢区。</li>
		<li>等待5分钟，使组织充分松弛。</li>
		<li>以0.1 µL/min的速度注入1 µL病毒悬液。</li>
		<li>注射后等待5分钟以促进吸收，再缓慢撤出针头。</li>
		<li>在对侧半球重复上述注射步骤。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>缝合与术后护理
	<ol>
		<li>撤出针头，使用骨蜡封闭颅骨上的开口。</li>
		<li>移除止血钳，用3-0外科缝线缝合皮肤。</li>
		<li>皮下注射美洛昔康（1 mg/kg）以进行术后镇痛。</li>
		<li>关闭麻醉机，将动物从立体定位仪中取出并放回其饲养笼中。确保大鼠完全苏醒。</li>
		<li>用100%乙醇冲洗注射器以灭活残留的慢病毒，随后用蒸馏H2O冲洗，为下一次注射做准备。</li>
		<li>术后连续3天每日口服美洛昔康（1 mg/kg）进行镇痛，并持续1周评估动物健康状况。</li>
		<li>术后最初24小时内单独饲养动物，以防其他动物干扰手术部位。之后可将其与同笼伙伴重新合笼。</li>
		<li>若大鼠未自行拆除缝线，则在术后10–14天拆除缝线。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 诱导模型的多西环素处理
注意：注射后 24 小时即可开始模型诱导。也可在注射与诱导之间等待更长时间，最长可达数月，例如为了同时检测更大规模的动物群组。已有研究表明，这不会影响病毒载体的功能。
<ol>
	<li>诱导类似躁狂发作
	<ol>
		<li>为诱导类似躁狂的表型，通过将0.5 g/L盐酸多西环素加入饮用水中给予动物。此处理可诱导病毒转录及DRD1的过表达。</li>
		<li>每48至72小时新鲜配制含多西环素的饮水，在此时间范围内，即使使用非避光水瓶，多西环素的稳定性也不受影响41。 
		注意：给予多西环素处理7天后，病毒介导的过表达将达到峰值，此时可对类似躁狂发作阶段进行行为学检测。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>诱导类似抑郁发作
	<ol>
		<li>将动物换回正常饮用水，以诱导类似抑郁的发作。</li>
		<li>等待4天，直至病毒转录停止，随后进行类似抑郁发作阶段的行为学评估。</li>
		<li>后续发作的诱导可依照相同模式进行。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 行为学评估
注意：模型诱导后，可评估双相情感障碍样行为。已有多种将临床症状转化为在啮齿类动物中可观察行为模式的转化框架被提出。其中最具影响力的一种是研究领域标准42，该标准考察可能在精神疾病中受影响的功能和行为领域变化。然而需要注意的是，由于物种差异，某些症状（例如自杀意念）无法在啮齿类动物中进行研究43。由于大鼠具有较高认知与情绪能力，其模型在症状的转化性评估方面具有特别强的潜力44，可支持更复杂的测试程序。行为评估的相关考虑详见表1。
<ol>
	<li>将行为学研究设计为一系列行为学测试45，以全面描述所产生的表型特征。</li>
	<li>注意将侵入性较强的测试安排在最后进行。</li>
	<li>当尝试对同一只动物在两种类似疾病发作期（躁狂样和抑郁样）进行测试时，需考虑先前测试经历可能引起的行为变化。 
	注：根据具体研究问题，可分别在躁狂样或抑郁样发作期对不同组的大鼠进行测试，这也有利于在相应发作期收集组织样本。经验表明，测试未经行为学测试训练的动物可能在某些行为学测试中表现出更显著的表型。</li>
	<li>同时应考虑其他因素，如饲养条件46或实验操作者的性别47。</li>
	<li>应采取一切可能措施减少动物遭受非预期的应激，这不仅出于动物福利的考虑，也为了排除精神疾病表型与应激之间可能存在的相互作用48。</li>
	<li>需特别关注昼夜节律，因为昼夜节律紊乱是双相情感障碍（BD）的症状之一17。由于大鼠在黄昏和黎明时最为活跃，应在红光弱光条件下进行测试，并将动物饲养于反转的明暗周期环境中49。 
	注：本文所展示的大部分代表性结果均采用此方法获得。然而，即使不反转动物的昼夜节律，仍可观察到类似疾病的表型27。</li>
	<li>实验应始终进行预先注册，并依据PREPARE50和ARRIVE51指南进行实施和描述。</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本文介绍了一种具有更高表观效度的新型双相情感障碍（BD）大鼠模型。通过对内侧前额叶皮层（mPFC）中多巴胺D1受体（DRD1）进行靶向调控，可在同一只动物体内诱导出类似躁狂和抑郁的表型。代表性结果表明，在两种发作期均能观察到明显的类疾病表型。该模型操作相对简便，仅需两种可诱导的慢病毒载体，分别表达DRD1或作为对照的dsRed。在动物中生产和使用慢病毒系统需具备相应的生物安全等级条件。若缺乏病毒生产所需的设备，与核心设施合作的经验已被证明是行之有效的。
构建该模型最关键的步骤是慢病毒系统的立体定位注射。立体定位手术在神经科学领域是成熟的技术，经过培训的研究人员操作成功率较高。可能存在两种主要的误差来源。麻醉相关问题可能导致手术过程中动物死亡。本方案中采用异氟烷吸入麻醉被证明是最佳方法，因为与注射麻醉相比，其药物浓度易于调节，具有明显优势。由于异氟烷不具有镇痛作用，而脑膜伤害性感受器对刺激敏感52，因此建议术中联合使用阿片类药物以提供镇痛。结合方案中所述的适当术后用药，动物术后无明显疼痛表现。然而，应始终考虑药物可能对研究问题产生的影响，例如多巴胺系统与阿片系统之间的相互作用，并据此选择合适的用药方案53。若手术在无菌条件下进行，感染或伤口愈合障碍的发生率极低。若手术或恢复过程中出现问题，应重点排查操作是否严格按照方案执行。确保无菌操作环境和精确给药至关重要。术后补充液体或葡萄糖溶液可进一步促进恢复。若发生感染，治疗时应避免使用四环素类药物，因其会干扰病毒系统的转录。术后伤口感染的一线治疗药物为恩诺沙星，可酌情联合卡洛芬使用。
手术过程中另一个可能的误差来源是注射位置偏离目标区域。然而，只要严格按照方案操作并确保动物头部位置正确，这种情况很少发生。注射位置的成功定位应始终进行验证。虽然在对照动物中表达dsRed的病毒位置很容易检测，但验证表达DRD1的病毒位置则需要额外步骤。针对病毒载体不同部分进行抗体染色并未产生满意的结果。建议通过解剖mPFC并进行PCR检测rtTA3转录本来验证病毒位置，方法见Beyer等24。还需注意，病毒注射应为双侧对称，且两侧注射量应相等。已有研究表明，双相情感障碍患者的脑部功能和行为偏侧化存在差异54,55，单侧病毒注射可能无法诱导出预期的行为表型。
通过在饮水中添加多西环素以诱导病毒性DRD1表达并引发类躁狂发作，效果非常理想。用含多西环素的饮水替代普通饮水已被证实不会显著改变动物的饮水行为。然而，仍应监测液体摄入量。若计划联合使用其他物质（例如药物），可对此方案进行适当调整。 通过 饮用水。多西环素的给药也可执行 通过 食物颗粒。但此方法尚未得到验证。
在进行行为学研究时，需考虑的因素列于表1中。尤其在设计实验时，必须评估特定模型的具体要求。例如，应确定是使用两组动物进行测试，还是同一只动物在两个阶段均接受行为评估，后者可能需要重复测试。如果在行为学检测中无法观察到双相样表型，尽管电极植入位置已确认无误，此时可针对可能影响行为结果的多种因素进行故障排查。在实验过程中，应严格评估实验操作人员的更换或昼夜节律的变化，因为环境中的应激条件可能会影响行为学结果。
尽管该模型表现出良好的结构效度和表面效度，但其预测效度仍有待评估。作为双相障碍（BD）的一线治疗方案56，长期锂盐给药应能有效预防模型诱导的行为改变。此外，还可通过检测该模型对其他用于治疗双相障碍的药物（如抗精神病药或抗惊厥药）的反应，来全面验证其预测效度。
此外，目前的一个局限性在于，该模型在雌性动物中的有效性仍有待未来研究进一步评估。尽管目前在临床前研究中已逐渐倾向于纳入雌性动物，但这一做法仍常被忽视。对于本研究所呈现的模型，预期多巴胺系统会与动情周期产生相互作用，但目前尚不清楚这种相互作用的程度如何。同时，也需牢记精神疾病动物模型所共有的普遍局限性。尽管在同一只大鼠身上诱导出类似疾病的多个发作阶段可提高表观效度，但外部诱导的改变仍不同于双相情感障碍（BD）患者疾病发作的自发性及其周期性变化。由于该模型完全基于对多巴胺系统的靶向调控，因此主要效应将源于多巴胺传递及其相关继发性效应的改变。其他系统在BD症状学中的作用在该模型中未被涵盖。
综上所述，该模型在研究双相情感障碍（BD）方面具有很强的潜力，因为可在单个动物体内同时研究疾病的两个发作阶段。与大多数已建立的模型相比，这为研究发作阶段之间的转换提供了独特的可能性。本研究所述方案所需的设备和技术能力在大多数临床前研究实验室中均具备，因此具有广泛的适用性。迄今为止，所得到的行为表型在多种行为测试中均表现出良好的稳定性。其他领域，如社会行为57或认知功能，仍有待进一步探索。尽管本方案目前主要聚焦于行为学结果，但未来仍可拓展应用于深入探究其分子机制。进一步开展研究以阐明双相情感障碍发病机制中潜在的生物学基础，特别是发作阶段之间的转换机制，可能有助于发现新的治疗靶点，并最终转化为未来的临床应用。

双相情感障碍（BD）是一种严重的情绪障碍，影响着全球约1%的人口1。其特征是出现极端情绪发作，包括抑郁&#160;和躁狂，同时伴有情绪正常期。双相情感障碍中的抑郁发作症状与单相抑郁相似，患者表现为对活动的兴趣和愉悦感降低，以及悲伤、绝望和无价值感。此外，常可观察到食欲、睡眠行为的改变以及认知功能损害2。躁狂发作的特征包括异常高涨的情绪、睡眠需求减少、社交抑制降低、自尊心增强、夸大感，以及冒险行为增多和易激惹2。
双相障碍（BD）的病因似乎是遗传因素与发育因素之间复杂的相互作用3，但其病理生理学中涉及的具体机制尚未完全阐明。目前认为，症状源于神经递质系统的失衡4，尤其是针对多巴胺系统的研究具有重要影响5。例如，Berk 等人6提出了多巴胺假说，认为躁狂发作源于多巴胺能亢进状态，而抑郁发作则由多巴胺能低下引起。此后，来自动物模型以及药理学和影像学研究的证据，为躁狂症状与多巴胺能亢进之间的关联提供了强有力的支持。此外，尽管证据相对有限，但仍可发现多巴胺能信号减弱与抑郁发作之间存在关联7。同时，遗传学研究的结果也进一步支持了双相障碍的多巴胺假说8。
为了进一步阐明多巴胺系统在双相情感障碍（BD）中的作用，可以利用动物模型来研究潜在的神经生物学机制。疾病模型的应用与局限性通常根据Willner9最初提出的三项效度标准进行评估，即表面效度、结构效度和预测效度。表面效度指模型模拟该疾病行为特征的能力；当模型基于疾病的病理生理学和病因学时，即具备结构效度；而当模型能够重现对该疾病的药物治疗反应时，则具有预测效度。
迄今为止，多种啮齿类动物模型已帮助人们理解双相情感障碍10，这些模型包括广泛的遗传修饰、药物干预以及环境调控手段11。
对 Clock 基因进行实验性操控已被证明可在小鼠中诱导出类似躁狂的表型。转录因子 CLOCK 在调控昼夜节律中发挥重要作用，而基因改造后表达无法激活 Clock 转录蛋白的小鼠则表现为活动过度及奖赏反应增强12。该表型的形成似乎由大脑腹侧被盖区中多巴胺能信号通路相关基因的差异性调控所介导13。
直接影响多巴胺信号传导 通过 给予增加多巴胺的药物（如精神兴奋剂苯丙胺）已被证明可诱发活动过度，而随后的戒断则与类似抑郁的症状相关，包括快感缺失。14药理学上使用氯胺酮或多巴胺D2/D3受体激动剂喹吡罗进行干预也被证明可诱导出与双相情感障碍（BD）相关的行为表现15,16.
除了药物干预外，环境干预（例如睡眠剥夺）也可用于诱导与双相情感障碍（BD）相关的行为表型17。睡眠剥夺的动物表现出类似躁狂的表型，其特征是活动量增加以及发出与多巴胺信号改变相关的超声波发声18。
还有许多其他啮齿类动物模型可用于研究抑郁样19或躁狂样20行为。然而，尽管这些模型极大地促进了对双相情感障碍（BD）病理机制的理解，但它们仅能研究单次发作或短期效应，存在局限性。相比之下，模拟情感状态之间典型的转换过程一直难以实现。
本文介绍了一种独特的双相情感障碍（BD）大鼠模型的实验方案。该模型通过单一靶向调控多巴胺系统，即在四环素诱导型慢病毒载体的介导下，条件性地在内侧前额叶皮层（mPFC）过表达多巴胺D1受体（DRD1），从而在同一动物个体中诱导出双向发作，提高了模型的表面效度。&#160;通过在钙调蛋白激酶IIα（CamKIIa）启动子的调控下驱动基因转录，DRD1主要在谷氨酸能神经元中表达，从而提高了基因操作的特异性。
原始的慢病毒骨架 pRRL.cPPT.WPRE.Sin 由瑞士洛桑联邦理工学院（Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland）的 Didier Trono 博士提供21，并通过将 GFP 小基因替换为多克隆位点进行改造（慢病毒载体 PL13）。随后使用 PL13 构建 PL13.pTRE2.DRD1.CamKIIa.rtTA3 或 PL13.pTRE2.dsRedExpress.CamKIIa.rtTA3。大鼠 DRD1 的 cDNA 由美国国立神经疾病与卒中研究所/国立卫生研究院（NINDS/NIH）的 David Sibley 博士提供22，反向四环素调控激活因子 3（rtTA3）cDNA 由阿姆斯特丹大学医学中心（Academic Medical Center, University of Amsterdam）的 Atze Das 和 Ben Berkhout 博士提供23。CamKIIa 启动子 DNA 由美国加州斯坦福大学的 Karl Deisseroth 博士提供，dsRedExpress 和四环素反应元件 2（pTRE2）序列则分别从实验室内部质粒 pcDNA3.1-dsRedExpress 和 pcDNA3.1-pTRE2 中亚克隆获得。病毒载体通过亚克隆经限制性酶切位点侧翼的 PCR 扩增 DNA 序列构建而成。
使用该病毒载体的模型表明，在mPFC的CamKIIa阳性神经元中过表达DRD1会导致类似躁狂的表型24,25，而随后下调基因表达则会诱发类似抑郁的行为26。由于可在同一只动物体内反复诱导出类似疾病的表型27，该模型具有较高的表面效度。此外，对多巴胺系统的干预在双相情感障碍（BD）动物模型中具有很强的结构效度7，因为DRD1水平的变化28,29或DRD1的多态性均与BD的病理机制相关30,31,32。
其他动物研究也加深了人们对前额叶DRD1功能的理解。例如，在抑郁症模型中，DRD1的减少是一致的发现33,34，而在mPFC谷氨酸能神经元中对DRD1进行光遗传学刺激则可减轻焦虑并产生抗抑郁效应35。在Wu等人最近发表的一项研究中36，揭示了mPFC中DRD1在情绪状态转换中的作用。该研究强调，这些受体对于兴奋性突触可塑性的潜在变化至关重要。
综上所述，采用一种双相情感障碍（BD）的大鼠模型，该模型通过对mPFC中CamKIIa阳性神经元内的DRD1进行靶向且条件性操控，构建了一个具有高度结构效度和表型效度的模型系统，因此在双相情感障碍的转化研究中展现出强大的潜力。
下文将描述用于模型构建的手术操作步骤。此外，还将介绍模型诱导和行为学评估的方法学考量，并展示所获得的类疾病表型的代表性结果。文章讨论了模型构建和行为学评估过程中可能遇到的障碍及影响因素，并展望了未来的研究方向。

<table><tbody><tr><td>0.9 mm 钻头</td><td>FST</td><td>19007-09</td><td>开颅用磨钻</td></tr><tr><td>10 &amp;micro;神经外科注射器</td><td>Hamilton</td><td>65460-06&amp;nbsp;</td><td>安装至注射泵以进行注射</td></tr><tr><td>1ml 一次性使用注射器</td><td>Braum</td><td>9166017V</td><td>给药</td></tr><tr><td>33 G 针头</td><td>Hamilton</td><td>65461-02</td><td>神经学注射器替换针头</td></tr><tr><td>四通阀</td><td>UNO</td><td>180000259</td><td>用于同时连接诱导室和面罩</td></tr><tr><td>吸收性手术单</td><td>Sabanindas</td><td>1834014</td><td>在放置动物前覆盖设备</td></tr><tr><td>麻醉气体过滤器</td><td>UNO</td><td>180000140</td><td>麻醉气体收集</td></tr><tr><td>立体定位用麻醉面罩</td><td>Hugo Sachs 电子设备</td><td>73-4922</td><td>手术期间麻醉给药</td></tr><tr><td>麻醉蒸发器</td><td>UNO</td><td>180000002</td><td>提供并调节异氟烷蒸气的浓度</td></tr><tr><td>骨蜡</td><td>SMI</td><td>Z046</td><td>封闭颅骨上的孔洞</td></tr><tr><td>布氏钳</td><td>FST</td><td>18038-45</td><td>保留皮肤并暴露手术区域</td></tr><tr><td>布托啡诺</td><td>Elanco</td><td>18760711</td><td>术中镇痛</td></tr><tr><td>导管</td><td>特格勒</td><td>T138339</td><td>给药</td></tr><tr><td>棉拭子</td><td>Meditrade</td><td>1177</td><td>清洁皮肤</td></tr><tr><td>连接器</td><td>UNO</td><td>180000005</td><td>连接麻醉管路至面罩</td></tr><tr><td>加热垫控制单元</td><td>UNO</td><td>180000122</td><td>控制加热板</td></tr><tr><td>牙科钻机</td><td>Saeyang</td><td>SMT K-38</td><td>开颅用牙科钻；可配备精细牙科磨头</td></tr><tr><td>桌面式数字立体定位仪</td><td>真实世界数据</td><td>E03135-002</td><td>配备数字操作器的全套立体定位仪</td></tr><tr><td>蒸馏水 H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>-</td><td>-</td><td>冲洗注射器</td></tr><tr><td>盐酸多西环素&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D9891</td><td>用于模型诱导</td></tr><tr><td>干冰</td><td>-</td><td>-</td><td>运输病毒悬液</td></tr><tr><td>耳杆</td><td>真实世界数据</td><td>68302</td><td>立体定向框架中的头部固定</td></tr><tr><td>乙醇</td><td>-</td><td>-</td><td>冲洗注射器并灭活病毒</td></tr><tr><td>流量计</td><td>UNO</td><td>CM2</td><td>验证并调节流速</td></tr><tr><td>镊子 - 解剖用</td><td>FST</td><td>11000-12</td><td>持握皮肤</td></tr><tr><td>手术镊</td><td>FST</td><td>11027-12</td><td>持皮</td></tr><tr><td>加热垫</td><td>UNO</td><td>180000028</td><td>手术期间用于保持动物体温的加热垫</td></tr><tr><td>诱导室</td><td>UNO</td><td>180000233</td><td>麻醉初始诱导室</td></tr><tr><td>异氟烷</td><td>CP Pharma</td><td>V7005232.00.00</td><td>麻醉</td></tr><tr><td>慢病毒悬液</td><td>-</td><td>-</td><td>编码DRD1或dsRed的慢病毒载体用于模型诱导</td></tr><tr><td>利多卡因</td><td>燃烧</td><td>8780701</td><td>局部镇痛</td></tr><tr><td>美洛昔康</td><td>勃林格殷格翰</td><td>7578423</td><td>术前与术后镇痛</td></tr><tr><td>持针器</td><td>FST</td><td>91201-13</td><td>缝合</td></tr><tr><td>氧气浓缩器</td><td>UNO</td><td>180000399</td><td>为麻醉提供氧气</td></tr><tr><td>PE管</td><td>-</td><td>-</td><td>连接麻醉机组件至诱导室 &amp;和口罩</td></tr><tr><td>铅笔</td><td>-</td><td>-</td><td>标记开颅手术的正确侧别</td></tr><tr><td>手术刀片夹持器</td><td>FST</td><td>10003-12</td><td>持手术刀片</td></tr><tr><td>手术刀片</td><td>FST</td><td>10011-00</td><td>用于切口的精细手术刀</td></tr><tr><td>清除单元</td><td>UNO</td><td>180000260</td><td>烟雾收集器的容量控制</td></tr><tr><td>皮肤消毒剂</td><td>博德&amp;nbsp;</td><td>975042</td><td>切口前皮肤消毒</td></tr><tr><td>无菌棉签</td><td>Boettger</td><td>1102241</td><td>清洁手术区域</td></tr><tr><td>无菌眼霜</td><td>拜耳</td><td>1578675</td><td>手术期间保护眼睛</td></tr><tr><td>手术剪</td><td>FST</td><td>14000-12</td><td>修剪毛发和剪断缝合材料</td></tr><tr><td>3-0 聚乙醇酸缝线</td><td>SMI</td><td>11201519</td><td>缝合皮肤</td></tr><tr><td>注射泵</td><td>KdScientific</td><td>788130</td><td>可连接支架的注射泵</td></tr></tbody></table>

建立双相情感障碍的大鼠模型

Developing a Rat Model for Bipolar Disorder

双相情感障碍是一种以极端情绪波动为特征的精神健康疾病，包括情绪高涨期（躁狂）和情绪低落期（抑郁）。尽管其确切的神经生物学机制尚未完全阐明，但神经递质系统（尤其是多巴胺系统）的失衡似乎在其中起着核心作用。因此，研究人员常通过调控多巴胺能通路在啮齿类动物中建立躁狂或抑郁的动物模型。然而，能够准确模拟这两种状态之间典型转换的模型较为罕见，限制了其表型效度。在一种独特的模型中，现代技术被用于暂时性地增加多巴胺D1受体的表达，而该受体已被证实参与双相情感障碍的病理过程。通过立体定位注射，将一种四环素诱导型慢病毒载体注入成年大鼠的内侧前额叶皮层，该载体在钙调蛋白激酶IIα启动子的控制下表达多巴胺D1受体。通过在动物的饮水中添加四环素类似物多西环素，可实现多巴胺D1受体的过表达，从而导致与奖赏相关的行为、冲动行为和冒险行为增加，同时焦虑水平降低，这些行为特征类似于躁狂样表型。当从饮水中撤除多西环素后，同一动物体内可诱导出抑郁样表型，表现为无助感增强和快感缺失。本文提供了实施该手术的逐步操作方案，以及诱导双相情感障碍样表型的具体步骤。此外，还描述了评估躁狂样和抑郁样行为相关行为变化的注意事项。这一具有良好的构效效度和表型效度的模型，为深入研究双相情感障碍的病理生理机制提供了有价值的工具。

当将多西环素加入动物的饮水中后，会额外表达DRD1，经过7天即可达到足够的过表达水平，用于检测动物的类躁狂行为。迄今为止，已观察到与奖赏相关的行为增加。在双瓶选择实验中，与对照组相比，类躁狂动物对蔗糖溶液的摄取量相对于水的比例更高25。当将动物置于含有发情雌性动物的观察箱中并观察25分钟时，类躁狂动物表现出比对照组更多的交配骑跨行为27（图1A）。在可卡因自我给药范式中，它们在固定比率程序下会自我给予更多的可卡因，并在渐进比率程序中表现出更高的断点。其剂量-反应曲线向对低剂量更高的敏感性方向偏移25。这种敏感性的改变也在多种情境条件范式中表现为动机显著性增强。与对照组相比，类躁狂动物在尼古丁、酒精和可卡因的情境偏好测试中，在条件化区域停留的时间更长25。在基于T型迷宫的延迟折扣测试中，也发现其新奇寻求行为增强以及更具冲动性的选择25。在操作性条件反射的大鼠版爱荷华赌博任务中，与对照组相比，类躁狂动物更倾向于选择不利选项（高风险、高回报）24（图1B）。类躁狂动物的焦虑水平降低，这在高架十字迷宫实验中表现为在开放臂停留的时间更长25。
通过终止DRD1的过表达可诱导产生类似抑郁的表型。在类似抑郁的发作期间，可观察到无助感增加。在无助感的三联范式中，首次接受电击刺激的组别（图1C），以及已学会控制电击的组别，相较于各自的对照组均表现出更高的无助性，逃避潜伏期延长27。在诱导产生无助感的各组中，实验动物与对照动物之间未表现出任何差异。在蔗糖双瓶选择实验中观察到快感缺失现象27，性行为中也存在类似表现（未发表数据）。在弹珠埋藏实验中，类似抑郁的动物也表现出更高的焦虑水平26（图1D）。
该动物模型不仅为研究类似躁狂或抑郁的行为提供了可能，还提供了一个独特的观察机会，即在终止DRD1过表达时观察到行为的转变，类似于患者从躁狂转为抑郁的过程。在此过程中，需注意某些行为可能存在习惯化现象，因此应选择习惯化程度最小的实验方法。例如，在类似躁狂期和类似抑郁期，性行为的增加在后者中会减少至与对照组动物相当的水平。在本实验中，同一动物体内诱导了三个类似躁狂/抑郁的周期27。在糖水饮用实验中，动物处于类似躁狂状态时对糖水溶液的偏好，在转变为类似抑郁状态后不仅降低至对照组水平，甚至进一步下降27。在大鼠版爱荷华赌博任务中，类似躁狂动物的不利选择次数增加，而在类似抑郁状态下，该次数与对照组相比无显著差异；但在后一状态下，动物获得的总食丸数量较对照组动物减少24。
总体而言，动物表现出明显的双相情感障碍样表型，这种表型在不同行为领域中均可观察到，且贯穿于两个发作期。该模型中发作期之间的转换增强了表观效度。受影响的行为领域概览见图2。
<img alt="行为学比较柱状图；类躁狂/类抑郁 vs. 对照组；显著性：*, **" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68307/68307fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1：病毒介导DRD1过表达后类躁狂与类抑郁状态下的行为变化。在病毒介导DRD1过表达期间，处于类躁狂状态的动物表现出更多的性爬跨行为（A），并在爱荷华博弈任务中表现出更高比例的风险选择（B），与对照组相比具有显著差异。过表达终止后，动物转为类抑郁状态，表现出显著增加的无助行为（C）和焦虑水平（D）。*p &lt; 0.05；**p &lt; 0.01；误差棒表示均值的标准误。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68307/68307fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="躁狂-抑郁模型示意图，小鼠行为：焦虑、冲动性、奖赏、无助感分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68307/68307fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 2"> 
图2：模型的行为表型。 在类躁狂发作期间，与奖赏相关的行为（例如性行为）、冲动性和冒险行为增加。在高架十字迷宫实验中，焦虑水平降低。在类抑郁发作期间，大理石埋藏实验显示焦虑增加，性行为减少，动物表现出更多的无助行为。图中大鼠的图像取自Servier Medical Art，采用CC BY 4.0许可。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68307/68307fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
表1：行为学评估的注意事项。 该表格重点列出了行为学评估过程中主要实验步骤的重要注意事项。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68307/68307_Table%201.xlsx" target="_blank">请点击此处下载该表格。</a>

本文介绍了一种诱导独特的大鼠双相情感障碍模型的实验方案，该模型可同时表现出类似躁狂和类似抑郁的行为。

双相情感障碍是一种以情绪剧烈波动为特征的心理健康疾病，包括情绪高涨（躁狂）和情绪低落（抑郁）的交替发作期。

我们正在使用啮齿动物模型研究精神疾病的潜在神经生物学机制。大多数动物模型要么表现出类似躁狂症的行为，要么表现出类似抑郁的行为，这使得研究双极模式具有挑战性。通过使用诱导型抗病毒系统，我们可以在同一动物身上诱导躁狂样和抑郁样行为，从而可以对双相情感障碍进行彻底的研究。通过这种独特的动物模型，我们将研究双相情感障碍患者从躁狂症转变为抑郁症的神经机制。[导师]首先，设置立体定向框架，并将注射器支架连接到立体定向臂上。将注射器支架连接到注射泵。将带有 33 号注射针的 10 微升立体定位注射注射器安装到注射器支架上。设置牙钻并安装 0.9 毫米的毛刺。然后铺设加热垫并将其设置为37摄氏度，并用吸水窗帘覆盖加热垫取出2.3微升病毒悬浮液，用于双侧注射，每次1微升。麻醉大鼠后，将其转移到立体定向框架上，将其门牙放入支架中。使用耳杆将大鼠固定在立体定向框架中，使用手术刀刀片在内侧切开一个约 1.5 厘米的小切口，然后用斗牛犬夹将皮肤推到两侧。使用无菌拭子清除手术区域的血液和残留组织。现在，基于 Bregma，将前、后和中侧坐标设置为零。将立体定向臂移动到坐标前后正 2.7 和内侧外侧正负 0.4，并使用消毒铅笔进行可视化。接下来钻一个直径约一毫米的孔，覆盖两个半球的注射部位。使用无菌拭子去除任何血液。现在将大脑表面的背侧腹侧坐标设置为零，然后慢慢将注射针降低到负2.8，以注射到内侧前额叶皮层的前边缘区域。等待五分钟让组织松弛。然后以每分钟 0.1 微升的速度注射 1 微升病毒悬浮液。等待五分钟吸收，然后慢慢拔出针头。在另一个半球重复注射后，使用骨蜡关闭颅骨的开口。取下斗牛犬夹并使用三 oh 手术缝合线缝合皮肤。每 48 至 72 小时新鲜制备一次含有水的多西环素。为了诱发躁狂样表型，将每升 0.5 克多西环素多西环素添加到饮用水中。将动物换回正常饮用水以诱发类似抑郁症的发作。像动物一样，躁狂症表现出与奖励相关的行为增加，包括在观察箱中增加的性行为，并在爱荷华州赌博任务的大鼠版本中做出更不利、高风险、高回报的决定，像抑郁症一样的动物在三元范式中表现出更多的无助感，如响应电击时更长的逃逸潜伏期所表明的那样。在大理石埋葬测试中，抑郁的动物也更加焦虑。

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