Bedömningen av verksamhetsbaserad anorexi hos möss

Summary

Möss som individuellt inrymt med ett rinnande hjul medan ges begränsad tillgång till mat utveckla sänkningar av livsmedelskonsumtion och öka aktiviteten på igång hjulet. Detta experimentella fenomen kallas aktivitetsbaserat anorexi. Detta paradigm ger en experimentella verktyg för att studera neurobiologi och beteenden som underliggande aspekter av anorexia nervosa.

Abstract

Gnagare utveckla aktivitetsbaserade anorexi (ABA) när utsätts för en begränsad utfodringen schema och får gratis tillgång till ett rinnande hjul. Dessa villkor leda till en livshotande minskning i kroppsvikt. Dock anpassa gnagare utsatta för endast en av dessa villkor i slutändan för att återupprätta normal kroppsvikt. Ökad kör tillsammans med minskning i frivilliga födointag tyckas paradoxal ABA villkor, observeras ABA beteende över många däggdjursarter.

ABA paradigm ger en djurmodell för anorexia nervosa (AN), en ätstörning med svår dysreglering av aptit-beteende. Ämnen ligger ensamma med gratis tillgång till ett rinnande hjul. Varje dag, erbjuds föremål mat under en begränsad tid. Under loppet av experimentet minskar försökspersonens kroppsvikt från hög aktivitet och låga kaloriintaget. Studiens varaktighet varierar beroende på hur länge mat erbjuds dagligen, vilken typ av mat som erbjuds, stam av mus, om läkemedel testas, och miljömässiga faktorer.

En brist på effektiva farmakologiska behandlingar för en patienter, deras låg livskvalitet, höga kostnaderna för behandling och deras hög dödlighet tyder brådskan att ytterligare forskning AN. Vi tillhandahåller en grundläggande disposition för att utföra ABA experiment med möss, erbjuder en metod för att undersöka AN-liknande beteende för att utveckla nya terapier. Detta protokoll är optimerad för användning i Balb/cJ möss, men kan enkelt manipuleras för andra stammar, vilket ger stor flexibilitet i att arbeta med olika frågor, särskilt i samband med genetiska faktorer av ABA.

Introduction

Sedan 1953, har gnagare rapporterats att visa en paradoxal hyperaktivitet på Kör hjul när de får fri tillgång till hjulen samtidigt som genomgår frivillig hypophagia när mat tillgänglighet är begränsad¹. Gnagare tappa däremot inte snabbt i kroppsvikt när erbjöd mat på ett schema utan att köra hjul eller när inrymt med rinnande hjul och erbjöd mat ad libitum^1,2,3. ABA modellen ger tillförlitligt dramatiska nedgångar i kroppsvikt, hypophagia, hypotermi, förlust av brunst och ökad stimulering av HPA-axeln⁴. Slutändan, ABA leder till döden, om inte ämnet tas bort från paradigm⁵. ABA paradigm ger forskare med en djurmodell av ammoniumnitrat, en komplexa ätstörning som har svår dysreglering av aptit-beteende, som drabbar cirka 1 av 100 kvinnor och en mindre andel män⁶. Patienter som lider av AN ofta uppvisar hyperaktivitet, bestående av extrema mängder av motion och/eller allmänna rastlöshet^7,8. Med en dödlighet på cirka 10% har AN den högsta dödligheten bland alla psykiatriska störningar⁹. Nuvarande behandling för AN är begränsad till kognitiva terapier, som det finns inga godkända farmakologiska behandlingar för dem som lider en^10,11.

AN har vanligtvis betraktas som en sjukdom som drabbar främst kvinnor. Som en diagnos som är 10 gånger mer sannolikt hos honor än hanar, är kvinnliga försökspersoner som traditionellt i fokus i en¹². Särskild hänsyn bör dock tas i exklusive hanar från studier. Även om diagnosen av en förblir lägre hos män, muskel dysmorphia (MD) är ett tillstånd som har många likheter med AN, däri kroppsuppfattning är förvrängd och kost är ofta störda. Det finns stöd för uppfattningen att MD och AN kan klassificeras på ett liknande sätt^13,14,15. Detta kan tyda på att vissa fall av MD representerar den ”manliga versionen” av ammoniumnitrat. I samband med djurmodeller, har vissa rapporter antytt att män är mer mottagliga än Honor för ABA paradigm. Till exempel en nyligen genomförd studie visade en högre dödlighet och minskat födointag jämfört med kvinnor i C57Bl/6 möss¹⁶. En prediktor för känslighet för ABA är spontan fysisk aktivitet (SPA). Råttor med högre eller lägre SPA är mer benägna att gå ner i vikt i ABA paradigm, med hanråttor som visar en starkare effekt än honor¹⁷. Däremot har kvinnliga gnagare observerats för att utöva mer än män under begränsning av ABA¹⁸. Dessutom har studier med Balb/cJ möss visat den motsatta effekten av C57Bl/6 möss, där honmöss har en högre dödlighet och minskat födointag jämfört med män (figur 1)⁶. Med varierande resultat mellan könen i ABA paradigm och öka medvetenheten om män med störda äta mönster, bör både manliga och kvinnliga försökspersoner testas.

Bortsett från könsskillnader i ABA paradigm, måste ålder och stam beaktas när man väljer ämnen. Adolescent möss kan mer exakt modell AN, eftersom AN framträder vanligtvis i tonåren, som observerats med råttor och möss^19,20,21,22. Stammar som är mer aktiva än andra på en basnivå har en högre känslighet och svårighetsgraden av ABA²³. Stammar som är kända för att ha högre nivåer av ångest, såsom DBA/2, har ökat den rinnande aktivitet, vilket skulle indikera dropout snabbare i ABA paradigm²⁴. Beroende på experimentell design, kan stam av val skräddarsys för att maximera längden på ABA.

ABA paradoxen är inte unik för möss. Andra däggdjur inklusive råttor, har hamstrar, gerbiler, grisar, gänget och marsvin visat detta fenomen⁶. Bevarande av ABA fenomenet över däggdjursarter tyder på att ABA paradigm kan ge ett translationell verktyg för att undersöka mekanismerna bakom anorexi-liknande beteende hos människor. Möss är särskilt väl lämpade för studier av mekanismerna bakom ABA. Möss kan hållas tätt och generationstid är relativt kort. Möss har en fullt sekvenserat genomet, och talrika inavlade, utkonkurrerat dö ut och särskilda stammar, såsom congenics, är tillgängliga. Ett stort antal genetiskt manipulerade linjer har genererats, vilket gör dem idealiska för studier bedömningen av genetisk påverkan på sjukdomar såsom AN. beroende på frågan till hands, forskare kan manipulera komplexa neurala kretsar eller gen uttryck att bedöma beteende i ABA paradigm, potentiellt svara på frågor om genetisk påverkan som inte är möjligt när man studerar människor.

Ett begränsat antal djurmodeller av AN finns för närvarande. Stress modeller inducera hypophagia hos gnagare med svans klämmande, nyhet-inducerad hypophagia, kallt bad och hjärnstimulering. Genom att framkalla stress, minska förändringar i HPA-axeln aptiten vilket resulterar i nedsatt kropp vikt²⁵. HPA-axeln är dock också potent stimuleras av ABA, som också innehåller ytterligare funktioner i AN såsom hyperaktivitet. En annan modell att överväga i studerar AN är kronisk mat begränsning modell. Genom att begränsa mat till ett spektrum från 40 till 60% av ad lib, kan en efterlikna den fysiologiska Svaren till undernäring²⁶. Även denna metod är effektiv för att studera effekterna av otillräcklig utfodring, reproducera det inte en kärnfråga av ammoniumnitrat, som är frivillig mat begränsning. I ABA paradigm, djur saknar mat tillgång för del av dagen, men också frivilligt minska födointaget om ett hjul är närvarande. Genetiska modeller har också använts för att undersöka etiologi av AN. forskare har hittat neurokemiska och genetiska faktorer inblandade i AN, såsom gen BDNF och neurotransmittorer dopamin och serotonin²⁷. Användning av genetiska modeller är viktigt att förstå de neurala mekanismerna bakom AN. Dock genome wide associationsstudier för AN har ännu inte gett betydande träffar, och inga sällsynta varianter i AN har identifierats. Framtida studier bör kombinera en genetisk metod med ABA modellen att öka förståelsen för AN-relaterade fenotyper.

Utveckla modeller för hela psykiatriska störningar är nästan omöjligt på grund av den komplexitet och heterogenitet av mänskliga sjukdomar. Dock kan modellering specifika, väl definierade komponenter av en psykiatrisk sjukdom, unika insikter i den underliggande neurobiologi eller patofysiologi erhållas. Sådana biologiska insikter kan sedan användas för att identifiera nya behandlingar. Gnagare ABA paradigm ger därför ett prekliniska verktyg för att studera mekanismerna bakom AN-liknande beteende som inte etiskt kan studeras på människor, såsom effekterna av genetiska manipulationer, störningar till neurala kretsar, och den konsekvenserna av vissa miljöfaktorer.

Protocol

Alla metoderna som beskrivs här har godkänts av den institutionella djur vård och användning kommittén (IACUC) vid University of California, San Diego. 1. möss Välja lämpliga mus stammen för studien. Köpa möss från en leverantör eller förstärka en linje för att få lämplig experimentell siffror. Grupp-hus köpt möss i djuranläggningen minst 1 vecka före början studien att under en riklig acklimatisering. Börja fasen före experiment…

Representative Results

Hjärnan som härrör neurotrofa faktorn (BDNF), ett protein som bidrar till regleringen av utfodring samt vikt underhåll, reduceras i serum hos patienter med en35. Detta experiment bedömt effekterna av regelbunden utfodring, rinnande hjul tillgång eller båda på BDNF uttryck inom hippocampus (HPC), ventral tegmental area (VTA), nucleus accumbens (NAc) och mediala prefrontala cortex (mPFC). Uttryck av neuronala cell adhesion molekylen 1 (NCAM1) bedömdes också…

Discussion

ABA experimentet kan ändras av praktiker att testa olika stammar, åldrar, droger och olika andra variabler i AN. uthärda i sinne genetiska variation, justeringar rinnande hjul eller mat tillgång period skulle öka eller minska svårighetsgraden av symtom och andelen avhopp. Detta kan bidra till att öka eller minska längden på experimentet, beroende på den experimentella frågan av intresse.

Noggrann mätning av födointag är en kritisk del av ABA paradigm, men kan ofta göras problema…

Materials

Wireless Low Profile Running Wheels, Hubs, Software	Med Associates	ENV-047
Standard Teklad Rodent Chow	Envigo	8604
8 Week Old Mice	Jackson Laboratories	Balb/cJ	Strain used in our study – Can use other strains to assess ABA
Scout Pro Scale 200 g	Ohaus	SPE202	Used to weigh mice
Scout Pro Scale 400 g	Ohaus	SPE402	Used to weight food