概要

マウスにおけるうつ病様行動を誘導する慢性固定化ストレスプロトコル

Published: May 15, 2019
doi:

概要

この記事では、拘束を用いて慢性固定化されたマウスにおける抑うつ様行動の誘導のための簡略化された標準化されたプロトコルを提供する。また、うつ病の誘導を検証する行動や生理学的手法について説明する。

Abstract

うつ病はまだ完全に理解されていないが、様々な原因要因が報告されている。最近、うつ病の有病率が増加している。しかし、うつ病の治療法やうつ病の研究は少ない。そこで本論文では、運動制限によるうつ病のマウスモデルを提案する。慢性軽度ストレス(CMS)は、うつ病のような行動を誘発するよく知られている技術です。しかし、それは様々な軽度のストレスの組み合わせからなる複雑な手順を必要とする。対照的に、慢性固定化ストレス(CIS)は、容易にアクセス可能な慢性ストレスモデルであり、一定期間の拘束を用いて動きを制限することによって抑うつ行動を誘発する拘束モデルから改変される。うつ病様挙動を評価するために、ショ糖優先試験(SPT)、テールサスペンション試験(TST)、およびストレスマーカーコルチコステロンレベルを測定するELISAアッセイを組み合わせた実験である。記載されたプロトコルは、CISの誘導およびうつ病の検証のための行動および生理学的要因の変化の評価を示す。

Introduction

大うつ病性障害(MDD)は、世界的な精神障害の主な原因であり、発生率は予想よりも速く増加しています。2001年、世界保健機関(WHO)は、MDDが2020年までに世界で2番目に一般的な疾患になると予測しました。しかし、それはすでに2013年1で2番目に一般的でした.さらに、現在の抗うつ薬には、遅延効果、薬剤耐性、再発、および様々な副作用2、3を含む多くの制限がある。したがって、研究者は、より効果的な抗うつ薬を開発する必要があります。しかし、MDDのあいまいな病態生理学は、新規抗うつ薬の開発に障害を提示する。

長期ストレスはMDDの主な危険因子です。それはまた、MDD病因4、5に関連している視床下部下垂体副腎(HPA)軸で機能不全を誘発することができます。前述したように、HPA軸は、コルチコステロンレベル6、7、8を増加させることにより、うつ病や不安障害を含むストレス誘発性精神病態生理学において重要な役割を果たしている。9.多くの動物モデルは、MDD4の患者で観察されるHPA軸の持続的な活性化に基づいている。さらに、慢性的なストレスによって誘発される高いグルココルチコイドと皮下注射されたグルココルチコイドは、神経細胞死、神経過程の萎縮、げっ歯類の脳における成人神経新生の減少と共にうつ病行動を引き起こす10,11.うつ病に関連するもう一つの重要な脳領域は、中間前頭前皮質(mPFC)である。mPFCは、視床下部や扁桃体などの脳のサブ領域を制御する上で重要な役割を果たし、感情的な行動およびストレス応答8,9を制御する。例えば、後部mPFCにおける病変は、拘束ストレス12、13に起因するHPA軸機能障害および増強コルチコステロン分泌を誘発した。最近の研究はまた、繰り返し拘束ストレスがコルチコステロンレベルを増加させ、これはmPFC9のニューロンとアストロサイト間のグルタミン-グルタミンサイクルを介してグルタミン補充によって減少させることができることを示した。

MDDの病因を研究するために使用される最初の慢性ストレスパラダイムは、Katz14によって示唆された。ウィルナーらは、カッツの所見に基づいて慢性軽度ストレス(CMS)モデルを提案した。彼らは、抗うつ薬がCMS誘発性非ヘドニック様挙動15,16を回復したことを観察することによって、モデルが予測的妥当性を持っていることを確認した。一般的に、CMSモデルは、軽度の騒音、ケージの傾き、濡れた寝具、変化した明暗サイクル、ケージの揺れ、強制水泳、社会的敗北などの様々な軽度のストレスの組み合わせで構成されています。CMSモデルは研究者によって広く利用されている;ただし、このモデルは再現性が低く、時間とエネルギー効率が低下します。したがって、うつ病を評価するためのうつ病様行動および生理学的分析の誘導のための標準化された簡素化されたプロトコルの需要が高まっています。CMSモデルと比較して、慢性固定化ストレス(CIS;慢性拘束ストレスとも呼ばれる)モデルは、より簡単かつ効率的です。したがって、CISモデルは、慢性ストレス研究17、18、19、20、21、22、23、および、 24.さらに、CISは、うつ病行動25、26を開発するために、雄と雌両方マウスで使用することができる。CISの間、動物は2または4週間9、27、28のために1日あたり1〜8時間のボディフィットサイズシリンダーに置かれる。このうち、1日2時間の拘束ストレス状態は、マウス9、28における痛みを最小限に抑えたうつ病行動を引き起こすのに十分である。拘束条件下では、血中コルチコステロンレベルは9、28、29と急速に増加した。いくつかの研究は、CISモデルが予測的な妥当性を有することを示しており、CIS誘発うつ病様症状が抗うつ薬19、20、30、31によって回復することを確認した。本明細では、CISの詳細な手順、ならびにマウスにおけるCIS後のいくつかの行動および生理学的結果を報告する。

Protocol

すべての実験プロトコルと動物ケアは、慶南国立大学動物研究のための大学動物ケア委員会(GLA-100917-M0093)のガイドラインに従って行われました。 1. 材料 マウス 出生後第7週で22-24gのC57BL/6株の背景の男性を使用してください。実験の1週間前に飼育室で習慣化する。注:すべてのマウスは、実験動物会社から購入しました。 12時間の光/暗いサイクル(…

Representative Results

代表的な実験では、全てのデータを1群あたり6〜8匹のマウスから得た。代表的な材料と、マウスを自発的に拘束者に挿入する方法を図1に示す。 CIS誘導後の行動試験及び採血を行うために、マウスを図2Aに要約した実験手順に供した。図2および図3に示すように、CISはうつ病様の行動…

Discussion

脳の複雑さとMDDの不均一性は、完全に状態を再現する動物モデルを作成することは困難です。多くの研究者は、アンヘドニア(刺激に対する関心の欠如)と絶望が進化的に保存され、動物モデルで定量化可能な行動と考えられている内方線型ベースのアプローチ32を使用して、この困難を克服しました。うつ病33の患者にも見られる。本論文では,CISとMDDの翻訳…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

本研究は、文部科学省(NRF-2015R1A5A2008833、NRF-2016R1D1D1A1B03934279)の助成を受け、韓国国立研究財団(NRF)を通じて基礎科学研究プログラム(IHS)の助成を受けました。GNU-2016-02) 慶南国立大学

Materials

1 ml disposable syringes Sungshim Medical P000CFDO
Balance A&D Company FX-2000i
Ball nozzle Jeung Do B&P JD-C-88
CCTV camera KOCOM KCB-381
Corticosterone ELISA kits Cayman Chemical
Digital lux meter TES TES-1330A
Ethovision XT 7.1 Noldus Information Technology
Isoflurane HANA PHARM CO., LTD. Ifran solution
Mice Koatech C57BL/6 strain
Restrainer Dae-jong Instrument Industry DJ-428
Saccharose (sucrose) DAEJUNG 7501-4400
Small animal isoflurane anaesthetic system Summit
Acrylic bar The apparatus was made in the lab for TST test
Tail suspension box The apparatus was made in the lab
Timer Electronics Tomorrow TL-2530
Water bottle Jeung Do B&P JD-C-79

参考文献

  1. Ferrari, A. J., et al. Burden of Depressive Disorders by Country, Sex, Age, and Year: Findings from the Global Burden of Disease Study 2010. PLoS Medicine. 10 (11), (2013).
  2. Trivedi, M. H., et al. Evaluation of outcomes with citalopram for depression using measurement-based care in STAR*D: implications for clinical practice. The American Journal of Psychiatry. 163 (1), 28-40 (2006).
  3. Gartlehner, G., et al. Second-Generation Antidepressants in the Pharmacologic Treatment of Adult Depression: An Update of the 2007 Comparative Effectiveness Review. Second-Generation Antidepressants in the Pharmacologic Treatment of Adult Depression: An Update of the 2007 Comparative Effectiveness Review. [Internet]. , (2011).
  4. Checkley, S. The neuroendocrinology of depression and chronic stress. British Medical Bulletin. 52 (3), 597-617 (1996).
  5. Parker, K. J., Schatzberg, A. F., Lyons, D. M. Neuroendocrine aspects of hypercortisolism in major depression. Hormones and Behavior. 43 (1), 60-66 (2003).
  6. de Kloet, E. R., Joels, M., Holsboer, F. Stress and the brain: from adaptation to disease. Nature Reviews Neuroscience. 6 (6), 463-475 (2005).
  7. McEwen, B. S. Central effects of stress hormones in health and disease: Understanding the protective and damaging effects of stress and stress mediators. European Journal of Pharmacology. 583 (2-3), 174-185 (2008).
  8. Chiba, S., et al. Chronic restraint stress causes anxiety- and depression-like behaviors, downregulates glucocorticoid receptor expression, and attenuates glutamate release induced by brain-derived neurotrophic factor in the prefrontal cortex. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 39 (1), 112-119 (2012).
  9. Son, H., et al. Glutamine has antidepressive effects through increments of glutamate and glutamine levels and glutamatergic activity in the medial prefrontal cortex. Neuropharmacology. 143, 143-152 (2018).
  10. Gregus, A., Wintink, A. J., Davis, A. C., Kalynchuk, L. E. Effect of repeated corticosterone injections and restraint stress on anxiety and depression-like behavior in male rats. Behavioural Brain Research. 156 (1), 105-114 (2005).
  11. Woolley, C. S., Gould, E., McEwen, B. S. Exposure to excess glucocorticoids alters dendritic morphology of adult hippocampal pyramidal neurons. Brain Research. 531 (1-2), 225-231 (1990).
  12. Diorio, D., Viau, V., Meaney, M. J. The role of the medial prefrontal cortex (cingulate gyrus) in the regulation of hypothalamic-pituitary-adrenal responses to stress. The Journal of Neuroscience. 13 (9), 3839-3847 (1993).
  13. Figueiredo, H. F., Bruestle, A., Bodie, B., Dolgas, C. M., Herman, J. P. The medial prefrontal cortex differentially regulates stress-induced c-fos expression in the forebrain depending on type of stressor. European Journal of Neuroscience. 18 (8), 2357-2364 (2003).
  14. Katz, R. J. Animal model of depression: Effects of electroconvulsive shock therapy. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 5 (2), 273-277 (1981).
  15. Willner, P., Towell, A., Sampson, D., Sophokleous, S., Muscat, R. Reduction of sucrose preference by chronic unpredictable mild stress, and its restoration by a tricyclic antidepressant. Psychopharmacology. 93 (3), 358-364 (1987).
  16. Slattery, D. A., Cryan, J. F. Modelling depression in animals: at the interface of reward and stress pathways. Psychopharmacology. 234 (9-10), 1451-1465 (2017).
  17. Joo, Y., et al. Chronic immobilization stress induces anxiety- and depression-like behaviors and decreases transthyretin in the mouse cortex. Neuroscience Letters. 461 (2), 121-125 (2009).
  18. Jung, S., et al. Decreased expression of extracellular matrix proteins and trophic factors in the amygdala complex of depressed mice after chronic immobilization stress. BMC Neuroscience. 13 (1), (2012).
  19. Seo, J. S., et al. NADPH Oxidase Mediates Depressive Behavior Induced by Chronic Stress in Mice. Journal of Neuroscience. 32 (28), 9690-9699 (2012).
  20. Seo, J. S., et al. Cellular and molecular basis for stress-induced depression. Molecular Psychiatry. 22 (10), 1440-1447 (2016).
  21. Bowman, R. E., Zrull, M. C., Luine, V. N. Chronic restraint stress enhances radial arm maze performance in female rats. Brain Research. 904 (2), 279-289 (2001).
  22. McLaughlin, K. J., Baran, S. E., Wright, R. L., Conrad, C. D. Chronic stress enhances spatial memory in ovariectomized female rats despite CA3 dendritic retraction: Possible involvement of CA1 neurons. 神経科学. 135 (4), 1045-1054 (2005).
  23. Qin, M., Xia, Z., Huang, T., Smith, C. B. Effects of chronic immobilization stress on anxiety-like behavior and basolateral amygdala morphology in Fmr1 knockout mice. 神経科学. 194, 282-290 (2011).
  24. Popoli, M., Yan, Z., McEwen, B. S., Sanacora, G. The stressed synapse: The impact of stress and glucocorticoids on glutamate transmission. Nature Reviews Neuroscience. 13 (1), 22-37 (2012).
  25. Bourke, C. H., Neigh, G. N. Behavioral effects of chronic adolescent stress are sustained and sexually dimorphic. Hormones and Behavior. 60 (1), 112-120 (2011).
  26. Eiland, L., Ramroop, J., Hill, M. N., Manley, J., McEwen, B. S. Chronic juvenile stress produces corticolimbic dendritic architectural remodeling and modulates emotional behavior in male and female rats. Psychoneuroendocrinology. 37 (1), 39-47 (2012).
  27. Sun, L., et al. Effects of Hint1 deficiency on emotional-like behaviors in mice under chronic immobilization stress. Brain and Behavior. 7 (10), 1-11 (2017).
  28. Kim, K. S., Han, P. L. Optimization of chronic stress paradigms using anxiety-and depression-like behavioral parameters. Journal of Neuroscience Research. 83 (3), 497-507 (2006).
  29. Kim, G., et al. The GABAB receptor associates with regulators of G-protein signaling 4 protein in the mouse prefrontal cortex and hypothalamus. BMB Reports. 47 (6), (2014).
  30. Jangra, A., et al. Honokiol abrogates chronic restraint stress-induced cognitive impairment and depressive-like behaviour by blocking endoplasmic reticulum stress in the hippocampus of mice. European Journal of Pharmacology. 770, 25-32 (2016).
  31. Hurley, L. L., Akinfiresoye, L., Kalejaiye, O., Tizabi, Y. Antidepressant effects of resveratrol in an animal model of depression. Behavioural Brain Research. 268 (5), 1-7 (2014).
  32. Gottesman, I. I., Gould, T. D. The endophenotype concept in psychiatry: etymology and strategic intentions. The American Journal of Psychiatry. 160 (4), 636-645 (2003).
  33. Cryan, J. F., Mombereau, C. In search of a depressed mouse: Utility of models for studying depression-related behavior in genetically modified mice. Molecular Psychiatry. 9 (4), 326-357 (2004).
  34. Son, H., Jung, S., Shin, J., Kang, M., Kim, H. Anti-Stress and Anti-Depressive Effects of Spinach Extracts on a Chronic Stress-Induced Depression Mouse Model through Lowering Blood Corticosterone and Increasing Brain Glutamate and Glutamine Levels. Journal of Clinical Medicine. 7 (11), 406 (2018).
  35. Crowley, J. J., Blendy, J. A., Lucki, I. Strain-dependent antidepressant-like effects of citalopram in the mouse tail suspension test. Psychopharmacology. 183 (2), 257-264 (2005).
  36. Ripoll, N., David, D. J. P., Dailly, E., Hascoët, M., Bourin, M. Antidepressant-like effects in various mice strains in the tail suspension test. Behavioural Brain Research. 143 (2), 193-200 (2003).
  37. Mayorga, A. J., Lucki, I. Limitations on the use of the C57BL/6 mouse in the tail suspension test. Psychopharmacology. 155 (1), 110-112 (2001).
  38. Cryan, J. F., Mombereau, C., Vassout, A. The tail suspension test as a model for assessing antidepressant activity: review of pharmacological and genetic studies in mice. Neurosci Biobehav Rev. 29 (4-5), 571-625 (2005).
  39. Can, A., Dao, D. T., Terrillion, C. E., Piantadosi, S. C., Bhat, S., Gould, T. D. The Tail Suspension Test. Journal of Visualized Experiments. (58), 2-7 (2011).
  40. Weiss, I. C., Pryce, C. R., Jongen-Rêlo, A. L., Nanz-Bahr, N. I., Feldon, J. Effect of social isolation on stress-related behavioural and neuroendocrine state in the rat. Behavioural Brain Research. 152 (2), 279-295 (2004).
  41. Hilakivi, L. A., Ota, M., Lister, R. Effect of isolation on brain monoamines and the behavior of mice in tests of exploration, locomotion, anxiety and behavioral “despair.”. Pharmacology, Biochemistry and Behavior. 33 (2), 371-374 (1989).
  42. Dalla, C., Pitychoutis, P. M., Kokras, N., Papadopoulou-Daifoti, Z. Sex differences in response to stress and expression of depressive-like behaviours in the rat. Current Topics In Behavioral Neurosciences. 8 (2), 97-118 (2011).
  43. Bangasser, D. A., Valentino, R. J. Sex differences in stress-related psychiatric disorders: Neurobiological perspectives. Frontiers in Neuroendocrinology. 35 (3), 303-319 (2014).
  44. Palanza, P. Animal models of anxiety and depression: How are females different?. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 25 (3), 219-233 (2001).
  45. Novais, A., Monteiro, S., Roque, S., Correia-Neves, M., Sousa, N. How age, sex and genotype shape the stress response. Neurobiology of Stress. 6, 44-56 (2017).
  46. Kim, J. G., Jung, H. S., Kim, K. J., Min, S. S., Yoon, B. J. Basal blood corticosterone level is correlated with susceptibility to chronic restraint stress in mice. Neuroscience Letters. 555, 137-142 (2013).
  47. Jeong, J. Y., Lee, D. H., Kang, S. S. Effects of Chronic Restraint Stress on Body Weight, Food Intake, and Hypothalamic Gene Expressions in Mice. Endocrinology and Metabolism. 28 (4), 288 (2013).
  48. Gould, T. D., Dao, D. T., Kovacsics, C. E. . Mood and anxiety related phenotypes in mice: characterization using behavioral tests. , (2009).

Play Video

記事を引用
Son, H., Yang, J. H., Kim, H. J., Lee, D. K. A Chronic Immobilization Stress Protocol for Inducing Depression-Like Behavior in Mice. J. Vis. Exp. (147), e59546, doi:10.3791/59546 (2019).

View Video