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Research Article
Stefan Vestring1,2, Tsvetan Serchov3,4, Claus Normann1,5
1Department of Psychiatry and Psychotherapy, Medical Center - University of Freiburg, Faculty of Medicine,University of Freiburg, 2Berta-Ottenstein-Programme for Clinician Scientists, Faculty of Medicine,University of Freiburg, 3Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS),Université de Strasbourg, Institut des Neurosciences Cellulaires et Intégratives, 4Department of Stereotactic and Functional Neurosurgery, Medical Center - University Freiburg, Faculty of Medicine,University of Freiburg, 5Center for Basics in Neuromodulation, Faculty of Medicine,University of Freiburg
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
우울증의 만성 절망 마우스 모델 (CDM)은 반복적 인 강제 수영 세션과 판독 된 또 다른 지연 된 수영 단계로 구성됩니다. 이는 적어도 4주 동안 안정한 만성 우울 유사 상태의 유도에 적합한 모델을 나타내며, 아만성 및 급성 치료 개입을 평가하기 위해 수정가능하다.
주요 우울 장애는 정신 질환의 가장 보편적 인 형태 중 하나이며 엄청난 개인의 고통과 사회 경제적 부담을 유발합니다. 그 중요성에도 불구하고 현재의 약리학 적 치료는 제한되어 있으며 새로운 치료 옵션이 시급히 필요합니다. 잠재적 인 신약을 찾는 핵심 요소 중 하나는 적절한 동물 모델에서 항우울 효능을 평가하는 것입니다. 고전적인 Porsolt 강제 수영 테스트는 우울증과 같은 상태를 유도하고 평가하기 위해 수십 년 동안이 목적으로 사용되었습니다. 그것은 강제 수영의 두 가지 짧은 기간으로 구성됩니다 : 첫 번째는 우울한 상태를 유도하고 두 번째는 다음 날 두 번의 수영 세션 사이에 주어진 에이전트의 항우울제 효과를 평가합니다. 이 모델은 잠재적 인 항우울제에 대한 스크리닝 도구로 적합 할 수 있지만 많은 항우울제의 작용 지연 발병은 무시합니다. CDM은 최근에 설립되었으며 주목할만한 차이점을 가진 고전 테스트의 수정을 대표했습니다. 마우스는 인간에서 우울증이 급성 스트레스보다는 만성적 인 것에 의해 유발된다는 생각에 따라 5 일 연속 수영을해야합니다. 며칠 (1-3 주)의 휴식 기간 동안 동물은 지속적인 행동 절망을 겪습니다. 표준 판독 방법은 추가 지연 된 수영 세션에서 부동성 시간을 측정하는 것이지만 동물의 기분 상태에 대한 더 넓은 시각을 얻기 위해 몇 가지 대체 방법이 제안됩니다. 행동, 분자 및 전기 생리학적 변화를 표적으로 삼는 여러 분석 도구를 사용할 수 있습니다. 우울한 표현형은 적어도 4 주 동안 안정적이며, 신속하지만 아만성 항우울제 치료 전략을위한 시간 창을 제공합니다. 또한, 우울한 상태의 발달의 변화는이 접근법을 사용하여 해결 될 수 있습니다. 따라서 CDM은 우울증을 더 잘 이해하고 새로운 치료 중재를 개발하는 데 유용한 도구입니다.
주요 우울 장애와 같은 정서 장애는 가장 빈번하고 도전적인 정신 질환 중 하나이며 높은 개인의 고통1, 자살 위험의 증가2와 관련이 있으며 사회에 상당한 사회 경제적 부담을 초래합니다3. 그 영향에도 불구하고 치료 옵션은 제한되어 있으며 특히 지난 수십 년 동안 정신 약리학의 혁신 위기로 인해 새로운 항우울 중재의 개발이 시급히 필요합니다. 우울증의 병태생리학을 이해하고 잠재적인 새로운 제제를 시험하기 위해서는 합리적이고 유효한 동물 모델이 시급히 필요하다4. 거의 반세기 동안, 원래 Porsolt5에 의해 묘사 된 고전적인 강제 수영 테스트 (FST)는 잠재적 인 새로운 항우울제의 스크리닝을위한 유도 및 판독으로 사용되었습니다. 그것은 1 일째에 5-15 분 동안 강제 수영 기간, 후속 일회성 약물 적용, 및 다음날 다른 수영 기간에 물에서 움직이지 않는 마우스의 부분 평가로 구성됩니다. 부동성 시간은 누락 된 자연 탈출 행동을 나타내는 것으로 간주되었으며 마우스의 우울증과 같은 상태의 정도와 상관 관계가 있다고 생각되었습니다5.
고전적 FST는 과학계에서뿐만 아니라6,7,8 또한 대중 매체에서8 심하게 비판을 받았다. FST를 둘러싼 대부분의 논쟁은 고전적인 패러다임에서 단 1 일의 짧은 유도 및 치료 기간 때문입니다. FST는 인간의 우울증에 필적하는 상태라기보다는 오히려 급성 외상 모델을 나타낸다고 주장했다. 또한, Porsolt 검사는 잠재적 인 항우울제의 선별 도구로 적합 할 수 있지만 많은 항우울제의 지연된 발병을 무시합니다.
원래의 FST에서 파생 된 만성 절망 모델 (CDM) 9,10,11,12,13,14,15는 우울증에 대한보다 적절한 동물 모델을 나타냅니다. CDM에서 5 일 연속으로 반복되는 수영 스트레스는 급성 외상 효과를 피할 수 있습니다. 반복되고 계속되는 스트레스가 많은 상황에서 벗어나지 못함으로써 생쥐는 무력감, 항복 및 궁극적으로 절망의 상태를 발전시키는 것으로 생각됩니다. 이 패러다임은 외상 후 스트레스 장애의 발병시 일반적으로 경험되는 단일 급성 외상보다 인간의 우울증 발달에 대한 현재의 심리학 이론과 더 비슷합니다. CDM의 우울증 유사 상태는 최대 4주 동안 안정적이며9 따라서 항우울제가 혜택을 나타내기 위해 보통 2-4주가 필요한 임상 조건과 비교할 수 있는 더 긴 치료 기간에 대한 가능성을 열어줍니다16.
우울한 상태에 대한 평가는 다차원적이어야합니다. 고전적인 FST에서와 같이 부동성 시간의 측정은 유용하지만 유일한 결과 매개 변수로 사용해서는 안됩니다. 아래에 설명 된 다양한 방법은 우울한 인간에서 일반적으로 발견되는 증상에 따라 우울 상태의 다른 차원을 매핑 할 수 있어야합니다. 적합한 판독 평가는 탈출 행동 (부동성 시간9,10,17), 꼬리 정지 시험 (TST)9, 무쾌감증 (고전적 수크로오스 선호 시험 (SPT)18), 동기 부여 지향 행동 (코 찌르는 수크로오스 선호도 시험 (NPSPT)10), 기대 / 탐사 행동 (모호한 신호에 대한 반응19; Y-maze test9), 전기생리학(장기 가소성 측정(장기 강화, LTP; 장기 우울증, LTD)20), 분자 평가(즉각적인 초기 유전자(IEGs)의 활성화 패턴; 추가 스트레스 패턴21).
이론적으로, 반복적 인 수영 테스트는 부동성 시간에 대한 평가없이 우울한 상태를 유도하는 데 사용될 수 있습니다. 그러나 적어도 부동성 시간이 있는 개념 증명 실험 시리즈를 제공하는 것이 좋습니다. 추가적으로, CDM은 유도 단계 동안 부동성 시간을 측정함으로써 우울 유사 상태의 발달을 평가하기에 적합한 모델을 나타낸다. 수영 전에 치료된 특정 마우스 균주 또는 마우스는 스트레스에 대한 탄력성 또는 취약성 및 행동 절망의 유도에 대하여 평가될 수 있다.
모든 실험은 유럽 지침 (EU 2010/63) 및 독일 동물 보호법 (TierSchG), FELASA (www.felasa.eu/guidelines.php), 실험실 동물의 관리 및 사용에 대한 국가 동물 복지 단체 GV-SOLAS (www.gv-solas.de/index.html) 가이드에 따라 수행되었으며 프라이부르크 대학의 동물 복지위원회와 Comite d'Ethique en Matiere d'Experimentation Animale de Strasbourg (CREMEAS, CEEA35) 및 지방 당국. C57Bl6N 야생형 마우스의 성별 모두 10-14주(출생 후 70-98일, PND)에 야생형(WT) 지시 실험을 사용하였다. 스트레스 회복성 라인으로서, 전뇌 뉴런 CaMKII 프로모터 하에서 아데노신 A1 수용체의 발현이 강화된 트랜스제닉 마우스 라인9,15를 사용하였다. 실험 후, 마우스를 자궁경부 탈구에 의해 희생시켰다.
1. 준비
2. 유도 단계
3. 항우울 치료의 평가
4. 우울한 상태의 발달에 대한 평가
CDM의 유도 단계의 첫 번째 수영 세션에서, 마우스는 일반적으로 190 초에서 230 초 사이의 평균 부동성 시간을 나타내며, 이는 추가 수영 세션마다 지속적으로 상승합니다 (그림 1A). 이 증가는 처음 3 일 동안 더 두드러지며 지난 2-3 일 동안 고원과 같은 단계에 도달합니다. 5 일째에 측정 된 부동성 시간은 최대 4 주 동안 안정적으로 유지되며 안정적인 행동 절망을 나타냅니다. 개입의 항우울제 효능은 유도 단계의 마지막 날과 시험일 사이의 동물을 치료함으로써 평가될 수 있다. 수영 세션 중 절대 득점 시간은 매우 주관적이며 실험자, 나이, 성별 및 사용 된 마우스 라인에 따라 다릅니다. 그러나 세션 간의 상대적 차이는 작은 인터레이터 차이만으로 상당히 안정적입니다.
그림 1에서는 몇 가지 대표적인 치료법이 나와 있습니다. 이미프라민, 수면 부족 및 케타민은 부동성 시간을 현저하게 감소시킨 반면, 수면 부족과 함께 회복된 수면은 우울한 표현형의 유의한 변화를 나타내지 않았다. 이러한 결과는 적용된 치료법의 항우울 효능과 일치하며 인간 환자에서 관찰 된 효과와 유사합니다. 이 치료에는 식수를 통해 3 주 동안 이미프라민 20 mg / kg / day, 테스트 24 시간 전에 단일 복강 내 주사로 케타민 3 mg / kg, 검사 전 6 시간 동안 수면 부족을 섭취하는 것이 포함되었습니다.
연구 질문에 따라 다양한 표현이 표시 될 수 있습니다. 절대값을 표현하면 실제 데이터 개요를 제공할 수 있으며 유도 단계와 단일 처리를 잘 평가할 수 있습니다(그림 1A,D). 그러나 다양한 치료법의 차이점은 직접 비교할 수 없습니다. 따라서 각 치료 그룹은 5 일째에 부동성 시간의 평균 값이 다릅니다. 따라서 이 경우 정규화된 평균값의 표현을 사용하는 것이 좋습니다(그림 1B). 공간 제한으로 인해 축소된 표현을 선택할 수 있습니다(그림 1C). 적어도 1일, 5일째 및 시험일의 결과를 표시해야 합니다.

그림 1: 절대 및 정규화된 값의 성공적인 결과. (a) 30마리의 마우스에서 우울한 상태의 성공적인 유도가 관찰될 수 있다. 각 점은 특정 날짜에 단일 동물의 부동성 시간을 나타내고 막대는 시험된 동물의 평균 값을 나타냅니다. 부동성 시간은 유도 단계의 매일(제1일 내지 제5일) 및 시험일(점선 후)에 대해 치료 유무에 대해 표현된다. 이 샘플에서는 1일차와 2일 사이에 상당한 증가가 관찰될 수 있습니다. 일부 경우에, 유의 수준은 첫째로 1일째와 3일 사이에 달성된다. 실험을 계속하기 위해서는 1일차와 5일째 사이에 통계적으로 유의한 증가가 필수적이다. 일반적인 천장 효과에 유의하십시오 (4 일과 5 일의 차이와 비교하여 1, 2 및 3 일 사이의 증가). 5일째와 시험일 사이에, 동물들을 추가 처리(CDM) 없이 또는 이미프라민(Imip.)으로 처리하지 않고 그들의 홈 케이지에 4주 동안 수용하였다; 수면 부족 (SD); 수면 부족 및 회복 수면 (RS) 및 케타민 (Ket). (B) 개별 동물의 수행에 대한 예시적인 시간 과정이 매일 주어진다. (c) 도 1A에 이미 도시된 동일한 결과의 정규화된 표현. 각 동물 및 일의 부동성 시간을 5일째에 상응하는 부동성 시간으로 정규화하고 백분율로 표시하였다. 다른 그룹의 치료 후 값은이 접근법을 사용하여 더 잘 표시하고 비교할 수 있습니다. (d) 1일째, 5일째 및 시험일(CDM)에 대한 정규화된 값의 표현. 개념 증명 연구의 성공적인 후, 평가 시간 포인트는 첫날, 다섯 번째 날 및 시험 일로 단축 될 수 있습니다. 이러한 시점은 성공적인 유도를 입증하기 위해 1일째와 5일째 사이의 유의한 증가가 필요하고, 5일째는 치료 효능에 대한 진술을 제공하기 위해 시험일과 비교되어야 하기 때문에 필요하다. (e) 세 개의 상이한 마우스 라인의 부동성 시간의 비교: 야생형(WT)은 성공적인 유도를 나타내고; 예시적인 탄력선(RL)은 처음 사흘 및 시험 당일에 유의하게 감소된 우울증 유사 행동을 나타낸다. Bonferroni 사후 테스트를 사용한 단방향 ANOVA: ∗/#p < 0.05, ∗∗/##p < 0.01, ∗∗∗/###p < 0.001, ∗∗∗∗/####p < 0.0001. (#1일째의 평균값에 대한 차이를 나타내∗도 1A, C의 5일째 평균값과 그림 1E의 WT 마우스 라인에 대한 차이를 나타냄). 데이터는 SEM± 수단으로 표현됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
모든 5일 동안 변하지 않은 부동성 시간의 경우(그림 2), 가해진 스트레스는 행동을 적절하게 변화시킬 수 없었고, 치료 효과를 평가할 수 없었다; 동물을 희생시켜야하며 더 이상 사용해서는 안됩니다.

그림 2: 실패한 결과 비효율적 인 유도의 표현이 그림에 나와 있습니다. 1 일과 5 일 사이의 부동성 시간이 크게 증가하지 않습니다. 따라서 실험 지속에 대한 기준은 달성되지 않았으며 더 이상의 연장은 합리적이지 않습니다 (이 경우 수컷 마우스 만 테스트했으며 회고 조사 후 쓰레기가 아닌 것으로 나타났습니다). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
동물의 행동 절망에 대한 더 넓은 견해를 설명하기 위해 더 많은 판독 방법을 사용해야합니다. 다양한 행동 테스트, 전기 생리학 측정 및 스트레스로 인한 변화에 대한 분자 평가가 가능합니다. 테일 서스펜션 테스트(TST), CDM, 이미프라민 및 케타민 처리, 노즈-포크-수크로오스 선호도 테스트(NPSPT) 및 패치-클램프 기술을 이용한 장기 효능 평가에 대한 예시적인 결과는 도 3에 제시되어 있다. 이러한 결과는 CDM 유도 단계를 행동 절망의 유도를위한 일반적인 도구로 사용하는 것이 좋습니다. 사용된 기술(TST, NPSPT, LTP-평가)에 대한 자세한 내용은 9,10,17,20을 참조하십시오.

그림 3: CDM 마우스를 사용한 추가 결과. (A) 꼬리 현탁액 시험에서 CDM의 효과에 대한 예시적인 표현. 마우스는 꼬리에 의해 정지되었고, 움직이지 않는 시간을 기록하였다(방법론적 세부사항은 참조9). 각 점은 단일 동물의 부동성 시간을 나타내고, 막대는 시험된 동물의 평균 값을 나타낸다. Bonferroni 포스트 혹시 테스트를 사용한 단방향 ANOVA: ∗∗∗p < 0.001. 데이터는 SEM± 의미로서 표현된다. (B) CDM 마우스에서 최근에 확립된 코포크스 수크로오스 선호도 시험의 대표적인 결과. 이 과제에서, 수크로오스 선호도는 수크로오스 병(노즈포크의 수)에 도달하기 위한 점진적인 증가 노력으로 측정되었다(방법론적 세부사항에 대해서는 참조10). CDM에서 슈크로스 선호도가 감소하였고, CDM과 대조군 마우스의 차이가 노력에 따라 점차 증가한다는 점에 유의하여(매일 코찌꺼기의 평균 값은 Nspk1-7로 나타남) 마우스는 달콤한 용액을 마시기 위해 적용해야 했다. Bonferroni 포스트 혹시 테스트를 사용한 양방향 ANOVA: ∗∗p < 0.01, ∗∗∗p < 0.001. 데이터는 SEM± 의미로서 표현된다. (C) 장기 시냅스 가소성의 CDM 의존적 변화는 WT 마우스의 해마 뇌 절편에서 연관 LTP 유도 프로토콜의 적용 후 EPSPs의 평균 값의 변화로서 제시된다. 데이터는 CA3-CA1 시냅스의 자극에 의해 얻어졌다(자세한 내용은 문헌 17,20). 쌍을 이루지 않은 t-test, ∗∗p < 0.01, 데이터는 SEM± 수단으로 표현됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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모든 저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.
우울증의 만성 절망 마우스 모델 (CDM)은 반복적 인 강제 수영 세션과 판독 된 또 다른 지연 된 수영 단계로 구성됩니다. 이는 적어도 4주 동안 안정한 만성 우울 유사 상태의 유도에 적합한 모델을 나타내며, 아만성 및 급성 치료 개입을 평가하기 위해 수정가능하다.
이 연구는 University Clinic Freiburg, Department of Psychiatry and Psychotherapy 및 Berta-Ottenstein Program for Clinician Scientists (SV)의 내부 기금으로 자금을 지원했습니다. TS는 Medical Research Foundation (FRM) (AJE201912009450)과 University of Strasbourg Institute of Advance Studies (USIAS) (2020-035) 및 Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), France의 보조금으로 자금을 지원합니다.
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