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Research Article
Xiaojing Zhai1,2,3, An Xie1,2,3, Wenxin Zhang1,2,3, Lin Ai1,2,3, Hongxing Zhang1,2,3
1Jiangsu Province Key Laboratory of Anesthesiology,Xuzhou Medical University, 2Jiangsu Province Key Laboratory of Anesthesia and Analgesia Application Technology,Xuzhou Medical University, 3NMPA Key Laboratory for Research and Evaluation of Narcotic and Psychotropic Drugs,Xuzhou Medical University
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
本研究では、4つの日常的な社会的ストレス要因を統合することにより、雌のC57BL/6Jマウスにおける精神障害に対する多重統合社会的ストレス(MISS)モデルについて説明しています。10日間の反復MISS曝露の後、マウスは抑うつおよび不安のような表現型を発症し、したがって、女性被験者の精神障害を研究するための自然な病因ベースの動物モデルを提供しました。
精神疾患に苦しむ個人の大多数を女性が占めているにもかかわらず、前臨床研究は、理想的な女性動物のパラダイムの欠如もあって、ほぼ独占的に男性の被験者に焦点を当ててきました。雌動物の精神疾患を研究するための効果的なモデルを開発することは、生命科学における長年にわたる科学的課題であり続けています。C57BL/6J雌マウスにおける「Multiple Integrated Social Stress(MISS)モデル」は、精神疾患の発症に寄与する社会的リスク因子をシミュレートおよび統合することにより、最近確立されました。このMISSパラダイムを確立するために、雌のC57BL/6Jマウスを毎日、10日間連続して無作為に一連のストレッサーにさらしました:チューブテストでの社会的競争の失敗、修正された代用社会的敗北ストレス、避けられない過密ストレス、およびその後の社会的孤立。ナイーブマウスと比較して、ミスに曝露されたマウスは、ショ糖嗜好、尾部懸濁、オープンフィールド、および上昇プラス迷路テストによって測定された、抑うつおよび不安のような表現型を示しました。このパラダイムは、女性、特に病因が曖昧で症状が複雑な女性におけるうつ病や不安の根底にある神経生物学的メカニズムを調査するための貴重なツールを提供します。
何億人もの人々が精神疾患を抱えて生活しており、不安障害や抑うつ障害が最も一般的です。世界保健機関(WHO)によると、2019年には世界中で2億8,000万人以上、3億100万人以上がうつ病と不安を抱えて生活していました1。COVID-19のパンデミックにより、不安障害と抑うつ障害の影響を受けた人の数は、わずか1年でそれぞれ26%と28%と大幅に増加しました。罹患者のうち、女性における精神障害の生涯有病率は男性の約2倍であり2、女性はより重篤な症状、より大きな機能障害、非定型的な抑うつ表現型、より頻繁な再発、および薬物に対する反応性の低下を示しています3,4,5。
精神障害の多くの側面における性差は十分に文書化されていますが6,7,8、ほとんどの前臨床研究は、主に適切な女性動物モデルの欠如のために、主に男性被験者に焦点を当てています9,10。その結果、女性におけるこれらの障害の病因は、まだ十分に理解されていません。このことは、女性を対象とした動物モデルの開発が急務であることを強調しており、これにより、女性の精神疾患の根底にある神経生物学的メカニズムの調査が容易になります。
雌マウスの社会的ストレスモデルは、反復社会的敗北ストレス(RSDS)パラダイム11,12,13,14に基づいて開発されるものが増えている。例えば、最近雌マウスで確立された2つのRSDSモデルでは、雌マウスへの雄の尿の適用による男性の攻撃性を人為的に増強することと、雄の攻撃者における視床下部の腹外側細分化の化学遺伝学的活性化が含まれていた11,12,13。しかし、これらの誘発された攻撃的行動は自然に発生しておらず、雌マウス10に関連するストレッサーを表していない可能性があると主張されている。さらに、マウンティング行動に起因する妊娠は、その後のメカニズム研究を複雑にします。
RSDSに基づく別の修正モデルは、雌マウスが男性間の社会的敗北を視覚的に目撃する代用社会的敗北ストレスパラダイムである12。雌-雌の社会的敗北プロトコルは、さまざまなげっ歯類の系統でも開発されています14,15,16。いくつかの懸念にもかかわらず、これらの後者の2つのモデルで使用される社会的ストレス要因は、人間の精神障害14に病因学的に関連しているようです。理想的なうつ病モデルには、構成物(病因学的)妥当性が必要であり、モデルで使用されるストレス誘発法は、障害の実際の原因を密接に反映している必要があります。
精神疾患の病因は、生物学的、遺伝的、環境的、心理社会的要因が関与する多因子性であると考えられています。実験動物でこれらの危険因子を操作することは、機構研究や薬物スクリーニングの関連モデルを開発するために不可欠です。1つ以上のストレッサーをシミュレートする社会的動物モデルと非社会的動物モデルの両方が、人間の精神障害に関連する中核症状と神経生物学的変化を再現できます。例えば、慢性軽度ストレス(CMS)モデルは、複数の物理的ストレッサー(例えば、濡れた寝具、テールサスペンション、テールクランプ、空腹時)をランダムに交互に組み合わせることにより、安定した効果的な神経病理学的および抑うつ様行動表現型を誘導する17,18,19,20,21,22,23.これらの知見は、複数の危険因子の反復モデリングが、精神疾患を研究するためのパラダイムを構築するための実行可能な戦略であることを示唆している。慢性社会的敗北ストレス(CSDS)モデルは、社会的ストレス要因24,25,26をシミュレートするうつ病の最も広く使用されているパラダイムの1つです。このモデルは、単一のタイプのストレッサーを模倣することに限定されていますが、その病因学的関連性は、トランスレーショナルリサーチの大きな進歩につながっています。例えば、CSDSに基づく研究では、腹側被蓋領域のドーパミン作動性ニューロン上のカリウム(K+)チャネルがうつ病に対するレジリエンスを媒介する主要な標的として特定され、レチガビン(エゾガビン)などのKCNQ型K+チャネルオープナーが、うつ病様マウスとうつ病患者の両方において有望な抗うつ薬候補として強調されている27,28,29,30,31.その結果、いくつかの独創的な研究が、女性指向の攻撃性を誘発することにより、CSDSパラダイムを女性のうつ病をモデル化するように試みてきました11,12。上記の証拠は、複数の社会的ストレス要因を反復曝露と統合することが、雌動物の精神医学モデルを開発するための重要な方向性を表しているという考えを支持しています。
雌のC57BL/6Jマウスでは、精神障害をモデル化するために10日間の多重統合社会的ストレス(MISS)パラダイムが最近開発され、信頼性のある病因、顔、構成、および予測的妥当性が実証された32。MISSモデルを確立するために、雌のC57BL/6Jマウスを毎日10日間連続して4つの連続したストレッサーにランダムにさらしました:社会的競争の失敗(チューブテスト)、修正された代用社会的敗北ストレス、避けられない過密ストレス、およびその後の社会的孤立32。この研究では、MISSパラダイムをモデル化するための詳細なプロトコルを提供します。
すべての実験手順は、徐州医科大学動物管理および使用委員会(承認番号202207S127)によって承認され、実験動物の世話と使用に関する国立衛生研究所のガイドラインに従って実施されました。C57BL/6J雌マウス(対象マウスは7-8週齢、勝者候補は10-14週齢)、C57BL/6J雄マウス(積極的なCD1スクリーニングは7-8週齢)、およびこれらの実験で使用したCD1引退ブリーダーマウスは、市販の供給源から入手した。すべてのマウスは、12時間の明暗サイクルの下で飼育され、餌と水は自由に提供されました33。ベースラインの行動測定は、MISSパラダイムの開始前に、必ずしもすべてのコホートに対して行われましたが、その後の行動結果が個人の変動性ではなくストレス曝露に起因することを確認しました。完全なプロトコルの概要を図1に、完成した実験セットアップを図2に示します。この研究で使用した試薬と機器の詳細は、材料表に記載されています。
1. 慣れ
2. チューブ競技、勝者スクリーニング、CD1アグレッサースクリーニングのトレーニング
3. モデリング
注:このステップには、チューブテストでの社会的競争の失敗、修正された代理社会的敗北ストレス、および避けられない過密ストレスへのランダムな曝露が含まれ、その後、10日間連続して社会的孤立が続きます。
4. 行動テスト
注:行動実験は、マウスのうつ病様および不安様の行動を評価するために、モデリング後1週間以内に実施されます。各テストの前に、雌マウスを行動試験室(15〜20ルクス照明)に移動し、1時間の慣れを行います。各テストの後、マウスは元の住居施設に戻されます。
MISS曝露が抑うつ様行動変化を誘発するかどうかを調べるために、MISSパラダイムにさらされた雌のC57BL/6Jマウス(n = 16/グループ;サンプルサイズは検出力解析により決定、補足ファイル1および補足ファイル2を参照)を用いて評価した。これは、うつ病-無快感症と行動的絶望の中核症状をそれぞれ評価するショ糖選好試験と尾懸濁試験を用いて評価された(図3A-F).ナイーブコントロールマウスと比較して、ミスに曝露されたマウスは、水摂取量に対応する変化なしに、ショ糖選好の有意な減少を示しました(図3C-D)。また、MISS群のマウスは、尾部懸垂試験で不動時間が長くなり(図3F)、行動の絶望感が高まったことが示されました。
MISS曝露が不安様行動にもつながるかどうかを評価するために、マウスを野外でテストし、プラス迷路パラダイムを高めました。ミスに曝露されたマウスは、ナイーブコントロールと比較して、オープンフィールドの中央ゾーン(図4A-C)と高架プラス迷路のオープンアーム(図4D、E)で過ごす時間が大幅に少なかった。
まとめると、これらの知見は、MISSパラダイムへの曝露が雌マウスにおいて抑うつ様行動と不安様行動の両方を誘発することを示している。

図1:MISSモデルの概略図。 (A)馴化:実験マウスを7日間輸送ストレスから回復させた後、3日間チューブを馴染ませて取り扱いました。(B)訓練とスクリーニング:(B1)チューブトレーニング実験マウスを、チューブを通過するように訓練しました、1日2サイクル、3日間連続して。(B2クラス中級)受賞者の選考手順の概略図。(B3)積極的なCD1引退ブリーダースクリーニング手順の概略図。(C)3つのストレッサーへの無作為化された曝露とそれに続く10日間連続した社会的孤立からなるモデリングフェーズ:(C1)チューブ競争の失敗。(C2)代用社会的な敗北ストレス。(C3)避けられない過密ストレス。(C4)社会的孤立。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:MISSパラダイムの実験装置(A)慣れに用いた長さ10cmのアクリルチューブ(内径26mm)。(B)チューブ競技に使用した長さ30cmのアクリルチューブ(内径26mm)。(C)代用社会的敗北ストレスのための穴あきカバー(L × W × H:8 × 8 × 5.5 cm)。(D)過密ストレスに使用されるアクリルスリーブ。(E)チューブ競技の手順の代表的な画像。(F)代用社会的敗北ストレス設定の写真。(G) 過密ストレス設定のトップダウンビュー。(H)社会的に孤立した状態で飼育されているマウスの写真。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:雌のC57BL/6JマウスにおけるMISS曝露による抑うつ様行動。(B)ショ糖選好試験の概略図。(C)ナイーブ対ショ糖の好み。MISSばく露マウス(対応のないスチューデントのt検定、t30 = 3.108、**P < 0.01、n = 16匹/群)。(D)ショ糖選好試験における総水分摂取量(対応のないスチューデントのt検定、t30 = 0.8669、P > 0.05、n = 16匹/群)。(E)テールサスペンションテストの概略図。(F)尾部懸垂試験における不動時間(対応のないスチューデントのt検定、t30 = 2.589、*P < 0.05、n = 16匹/群)。エラーバーはSEMを表します。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:雌のC57BL/6JマウスにおけるMISSばく露による不安様行動 の誘導 (A)オープンフィールド試験におけるナイーブマウスとMISばく露マウスの代表的な活動軌跡。(B)中央ゾーンで過ごした時間(対応のないスチューデントのt検定、t30 = 2.365、*P < 0.05、n = 1グループあたり16匹のマウス)。(C)総移動距離(対応のないスチューデントのt検定、t30 = 1.467、 P > 0.05、n = 1グループあたり16匹のマウス)。(D)高架プラス迷路テストの代表的な軌道。(E) 両手を広げて過ごした時間 (対応のないスチューデントの t 検定、t30 = 2.786、**P < 0.01; n = 16 匹のマウス/群)。エラーバーはSEMを表します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
補足ファイル1:ショ糖選好検定の分散検定の正規性と均質性。SPSSを使用して実施されたShapiro-Wilk検定(表A)とLeveneの検定(表B)の結果により、データが対応のないスチューデントのt検定に必要な仮定を満たしていることが確認されました。結果は、データが正規分布し、分散の均一性を示したことを示しており、パラメトリック検定の使用を検証しています。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
補足ファイル2:ショ糖選好試験のサンプルサイズ推定。(A)サンプルサイズは、オンラインサンプルサイズ計算機(https://www.trialstats.com/statbox/index.htm/samplesize/estimation?sid=4)を使用して計算しました。(B)実験データに基づいて、グループごとに最低15匹のマウスが適切な統計的検出力を達成すると推定されました。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
著者は、競合する利益を宣言しません。
本研究では、4つの日常的な社会的ストレス要因を統合することにより、雌のC57BL/6Jマウスにおける精神障害に対する多重統合社会的ストレス(MISS)モデルについて説明しています。10日間の反復MISS曝露の後、マウスは抑うつおよび不安のような表現型を発症し、したがって、女性被験者の精神障害を研究するための自然な病因ベースの動物モデルを提供しました。
本研究は、中国国家自然科学基金会(31970937および82271255)、江蘇省革新的および起業家チームプログラム、江蘇省重点研究開発プログラム社会開発プロジェクト(BE2023690)、および江蘇省の大学院研究実践イノベーションプログラム(KYCX22_2932、KYCX23_2952)の支援を受けました。
| 75%アルコール | アラジン | A171299-500 mL | 実験装置や器具の滅菌・洗浄に使用 |
| ローラーボール注ぎ口付きボトル | スクロース選好試験用ボール注ぎ口付きゴム栓付き特注飲料水ボトル(50ml) | ||
| C57BL/6J 雌マウス | Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd | 219 | C57BL/6J 7-8 週齢の雌マウスを対象マウスとして使用し、10-14 週齢のマウスを勝者候補として使用 |
| C57BL/6J 雄マウス 。 | 7〜8週齢のC57BL/6J雌マウスを被験者マウスとして使用し、10〜14週齢のマウスを勝者候補として使用します | 。積極的なCD1スクリーニングの侵入者として、8〜16週齢の219匹のC57BL / 6J雄マウスが使用されます。 | |
| 高架プラス迷路 | カスタムメイド | - | 高架プラス迷路は、高架滑走路(床から50cm)と交差する垂直線で構成されています。各滑走路には、2つの対向するアーム(長さ30 cm、幅5 cm)があります。滑走路の1つは高い壁(高さ15cm、腕を閉じた状態)で、もう1つは高い壁がない(腕を開いた状態)。交差領域は中央領域(5 cm&5 cm)と呼ばれます。 |
| 雄のCD-1引退した繁殖マウス | 北京バイタルリバー実験動物技術有限公司 | 201 | 雄 CD-1 引退したブリーダーマウス 4-6 か月を攻撃者候補として |
| フィールドテストボックス | カスタムメイド | - | ホワイトアクリルオープンボックス (L &W×H: 40 cm & 回;40cm&回;40 cm) オープンフィールドテスト用 |
| 穴あきカバー | カスタムメイド | 透明 | 穴あきカバー (L & times;W×高さ:8cm&回;8cm&回;5.5 cm)CD1マウスとの直接の物理的接触からメスを保護するため(上部天井に5つの穴と5つの穴があり、側壁に3つと5つの穴があり、すべての穴の直径は0.5 cmです) |
| リーブ | カスタムメイド | - | 不透明のプラスチックスリーブ(L ×W×H: 14 cm & 回;10cm&回;20 cm) マウスを密集暴露で保持するための |
| ワイヤートップ付き標準マウスケージ | Suzhou Fengshi Laboratory Equipment Co., Ltd. | FS-SAGIVC-X30 | 標準マウスケージ (L ×W×H: 37 cm & 回;16cm&回;12 cm) スチールワイヤートップ付き |
| スクロース | シグマ | V900116 | スクロース選好試験で1%スクロース溶液を調製するために使用されます |
| テールサスペンションボックス | カスタムメイド | - | ホワイトアクリルボックス(H×W×D: 55 cm & 回;60cm&回;テールサスペンションテスト用12cm |
| 透明アクリルチューブ | カスタムメイド | - | 内径26mmの透明アクリルチューブ:チューブ競技用に長さ30mm、チューブ適応用に長さ10mm。 |
| ビデオトラッキングシステム(SMART V3.0) | Panlab | 76-0695 | マウスの動きの活動軌跡と持続時間を追跡、記録、分析するために使用 |