Summary
Follikelstimulerend hormoon (FSH) in verschillende extragonadale weefsels en organen wordt in verband gebracht met de pathogenese van meerdere ziekten. Het ovariëctomische en met FSH behandelde muismodel (OVF) kan worden gebruikt om de extragonadale werking van FSH te onderzoeken.
Abstract
Tijdens de overgang van een reproductieve naar een niet-reproductieve fase (menopauze) ervaren veel vrouwen significante fysiologische en pathologische veranderingen, waaronder verminderde botmassa, verhoogde bloedlipiden en verhoogde viscerale adipositas. De niveaus van follikelstimulerend hormoon (FSH) stijgen tijdens de overgang naar de menopauze. Veel onderzoeken hebben aangetoond dat FSH in verschillende extragonadale weefsels en organen geassocieerd is met de pathogenese van meerdere ziekten. Het is dus bijzonder belangrijk om een diermodel te bouwen dat kan helpen bij het bestuderen van de onafhankelijke effecten van FSH in vivo . In deze studie werden C57BL/6 vrouwelijke muizen ovariëctomie gegeven en aangevuld met ovariëlvaleraat (OVX + E2) om het effect van de hypothalamus-hypofyse-gonadale as te elimineren. De OVX + E2-muizen kregen oplosmiddel (N.S.) of verschillende doses recombinant FSH via intraperitoneale injectie om een muismodel (OVF) te creëren dat wordt gekenmerkt door relatief stabiel oestrogeen en stijgende FSH-spiegels. Zo hebben we met succes een experimenteel muismodel gegenereerd om het vroege stadium van de overgang naar de menopauze na te bootsen, gekenmerkt door verhoogde serum-FSH-spiegels. Het OVF-model heeft de voordelen dat het stabiel, goedkoop en eenvoudig te bedienen is, wat geschikt is voor studies om de extragonadale acties van FSH te onderzoeken. Hier beschrijven we gedetailleerde protocollen voor het OVF-muismodel.
Introduction
De niveaus van follikelstimulerend hormoon (FSH) stijgen tijdens de overgang van de menopauze (de term overgang van de menopauze werd in 2011 gedefinieerd in stadia van reproductieve veroudering workshop (STRAW) + 10-systeem)1. Het is tijdens de overgang van de menopauze, een periode die wordt gekenmerkt door stijgende FSH-spiegels en relatief stabiel oestrogeen1, dat vrouwen veranderingen in de menstruatiecyclus en significante fysiologische veranderingen ervaren waarbij verschillende cellen en weefsels betrokken zijn. Deze veranderingen kunnen de kwaliteit van leven en de gezondheid van vrouwen ernstig aantasten. Het onderzoeken van de effecten van FSH kan de kwaliteit van leven en de gezondheid van vrouwen verbeteren.
FSH wordt uitgescheiden door gonadotrope cellen in de hypofysevoorkwab en is van cruciaal belang bij het beheersen van de gonadale functie en voortplanting. De functie van FSH wordt gemedieerd door de FSH-receptor (FSHR), die behoort tot de G-eiwitgekoppelde receptor (GPCR)3. FSHR wordt over het algemeen uitgedrukt in geslachtsklieren, namelijk de eierstok en de testis. Het is bewezen dat FSHR universeel tot expressie komt in meerdere extragonadale cellen en weefsels, waaronder lever4, hippocampus5, osteoclasten6, adipocyten7 en endotheelcellen8. Opkomende studies hebben extra gonadale acties van FSH en de potentiële klinische relevantie ervan bij dyslipidemie4, de ziekte van Alzheimer5, osteoporose 9,10, atherosclerose11, obesitas9 en kanker12 aan het licht gebracht. Het bouwen van een diermodel dat kan helpen bij het bestuderen van de onafhankelijke effecten van FSH in vivo is dus bijzonder belangrijk bij het onderzoeken van de werking van FSH alleen.
In het protocol introduceerden we de procedure voor het opzetten van een muismodel met relatief stabiel oestrogeen en stijgende FSH-niveaus13. Het muismodel bootst de overgang van de menopauze na door ovariëctomie en vervolgens aangevuld met ovariëctomie en vervolgens aangevuld met ovariëlvaleraat en recombinant FSH. Omdat de muizen die ovariëctomie kregen, werden aangevuld met exogeen oestrogeen om vergelijkbare oestrogeenspiegels te behouden als de schijnmuizen, waren de niveaus van endogene FSH stabiel als gevolg van oestrogeenfeedback in de hypofyse. In deze toestand zou het de FSH-spiegels onder controle kunnen houden door exogeen FSH toe te dienen zonder de oestrogeenspiegels te veranderen. Zo kan het OVF-muismodel de invloed van oestrogeen uitsluiten en de extragonadale fysiologische en pathologische effecten van FSH observeren. Wij zijn van mening dat de gedetailleerde en gevisualiseerde procedure nuttig is voor onderzoekers om het OVF-muismodel in hun laboratorium op te zetten en toe te passen om fysiologische en pathologische veranderingen tijdens de overgang van de menopauze te onderzoeken als dat nodig is.
Protocol
Het volgende protocol voldeed aan alle institutionele ethische richtlijnen met betrekking tot het gebruik van proefdieren en werd goedgekeurd door de Animal Ethics Committee van het Shandong Provincial Hospital, China. Alle chirurgische manipulaties werden uitgevoerd onder diepe anesthesie en de dieren ervoeren in geen enkel stadium van de procedure pijn.
1. Voorbereiding voor de operatie
- Sterilisatie van instrumenten
- Steriliseer chirurgische instrumenten met stoom in een autoclaaf (121°C gedurende 15 min) voorafgaand aan de operatie. Zorg voor voldoende wegwerphechtingen en naalden.
- Installatie van het operatieplatform
- Voer de operatie uit in een kamer die gewijd is aan chirurgische ingrepen. Wijs een werkbank van minimaal 60 cm x 60 cm toe voor de operatie. Reinig het oppervlak van het gebied met 75% alcohol en dek af met een medische wegwerphanddoek en desinfecteer het vervolgens 30 minuten van tevoren met ultraviolette straling (Figuur 1A).
- Voorbereiding van dieren
- Huisvest alle dieren in een ruimte met temperatuurregeling (20-25 °C) met een cyclus van 12 uur licht en 12 uur donker. Acclimatiseer 8 weken oude vrouwelijke C57BL/6-muizen gedurende 1 week in de huisvestingsfaciliteit gedurende 1 week voor de operatie.
- Weeg muizen voor de operatie. Dien alle vrouwelijke muizen van 9 weken oud met algemene anesthesie toe door intraperitoneale injectie van tribroomethanol (280 mg/kg), om pijnloosheid te bereiken in elk stadium van de procedure. Injecteer meloxicam (2 mg/kg) subcutaan, ongeveer 1 uur voor een operatie om de pijn te verlichten.
- Breng oogzalf aan om uitdroging van het hoornvlies tijdens de operatie te voorkomen.
- Breng ontharingslotion aan op de rug met een schoon wattenstaafje. Laat de lotion 3-5 minuten op een muis zitten en verwijder vervolgens het haar met gaas en wattenstaafjes. Herhaal deze stap totdat alle haren van de achterkant van de muis zijn verwijderd.
- Gebruik gaas en wattenstaafjes om de huid te reinigen met 75% alcohol. Bevestig de muis weer op het operatieplatform met behulp van een rubberen strip of katoenen touw (Figuur 1B) en breng jodoforoplossing aan om de rug schoon te maken.
NOTITIE: Bevestig de diepte van de anesthesie door een teenknijp vóór de ovariëctomie.
2. Ovariëctomie
OPMERKING: Tribroomethanol kan ongeveer 30 minuten worden gehandhaafd, zodat de operatie zoveel mogelijk wordt voltooid.
- Maak een dorsale incisie van ~1,0 cm in de lengterichting vanaf de basis van de dij naar boven met behulp van een wegwerpscalpel, zorg ervoor dat alleen de huid en de onderhuidse fascia worden ingesneden en vermijd op dit moment in het achterste peritoneum te snijden.
- Trek de incisie naar links en er is een wit vetkussentje te zien. Knip ~0,5 cm langs het witte vetkussentje om de intraperitoneale holte bloot te leggen met behulp van een micropincet en een schaar.
- Na het doorsnijden van het achterste buikvlies, verwijdert u langzaam en voorzichtig het witte vetkussentje uit de intraperitoneale holte met een micropincet. Bevochtig het witte vetweefsel onmiddellijk met 0,9% steriele zoutoplossing buiten het geweekte gaas. Houd blootliggend weefsel altijd vochtig buiten de buikholte.
- Een roze korrelige substantie, namelijk de eierstok, is bevestigd aan het onderste deel van het witte vetkussen (figuur 2A). De eierstokken zijn verbonden met een slank kanaal, namelijk de baarmoeder. Gebruik 5-0 resorbeerbare hechtingen om het ovariumuiteinde van de baarmoeder te ligate en verwijder de linker eierstok (Figuur 2B).
- Behoud bij het verwijderen van een eierstok zoveel mogelijk het omliggende vetweefsel. Vermijd direct contact tussen chirurgische instrumenten en de eierstokken en voorkom intraperitoneale implantatie van eierstokweefsel.
- Plaats het witte vetkussen voorzichtig terug in de intraperitoneale holte. Voer een eenvoudige intermitterende hechting uit op het achterste peritoneum met een 5-0 resorbeerbare hechting (Figuur 2C). Nadat de hechting is voltooid, reinigt u eventuele bloedingen met 0,9% steriel in zoutoplossing gedrenkt gaas.
- Trek de huidincisie naar rechts en verwijder de rechter eierstok met dezelfde methode.
- Voer een intermitterende hechting uit met 4-0 niet-resorbeerbare hechtingen en reinig eventuele bloedingen met 0.9% steriel in zoutoplossing gedrenkt gaas (Figuur 2D).
- Reinig de wond met een jodoforoplossing na het voltooien van beide hechtingen. Intraperitoneaal breedspectrumantibiotica injecteren.
3. Observatie na de operatie
- Verplaats de muizen na de operatie naar een deken met een constante temperatuur van 37 °C. Totdat de muizen zich vrij kunnen bewegen, houdt u de dieren in hun individuele kooi. Laat het dier niet onbeheerd achter totdat het weer voldoende bij bewustzijn is gekomen om sternale ligging te behouden.
- Injecteer meloxicam (2 mg/kg) subcutaan 24 uur na de operatie om de pijn te verlichten.
- Controleer de muizen dagelijks om er zeker van te zijn dat de operatiewond goed geneest zonder tekenen van complicaties (dehiscentie).
4. Suppletie met oestradiol
- Bereid voer aangevuld met oestradiolvaleraat. Gebruik 2,6 mg bèta-oestradiol 17-valeraat aangevuld per 1 kg voer.
- Voer de muizen 3 dagen na voltooiing van de operatie met oestradiolvaleraat.
5. FSH-injectie
- Bereid een recombinante humane FSH-oplossing voor. Los recombinant humaan FSH-poeder voor injectie op met 0,9% steriele zoutoplossing tot 100 IE/ml.
- Groepeer muizen volgens experimentele plannen en geef gedurende 2 weken oplosmiddel of verschillende doses recombinant FSH via intraperitoneale injectie. Gebruik volgens de biologische activiteit van recombinant FSH de injectiedosis FSH bij muizen die gelijk is aan het serum-FSH-gehalte bij vrouwen tijdens de overgangsperiode van de menopauze.
OPMERKING: Op basis van verschillende behandelingen werden ovariëctomische oestrogeen-gesupplementeerde muizen willekeurig verdeeld in drie groepen, de solventgroep (NS) die 100 μL/dag oplosmiddel kreeg, de groep met een lage dosis FSH (L-FSH) die 15 IE/kg lichaamsgewicht per dag kreeg en de groep met een hoge dosis FSH (H-FSH) die 30 IE/kg lichaamsgewicht per dag kreeg.
Representative Results
Het OVF-muismodel bootst het vroege stadium van de overgang naar de menopauze na met relatief stabiel oestrogeen en stijgende FSH-spiegels13. Ten eerste, voor een operatie voor het verwijderen van de eierstokken, kregen 9 weken oude vrouwelijke C57BL/6-muizen algemene anesthesie toegediend en werden ze onderworpen aan een schijnoperatie (Sham) of bilaterale ovariëctomie (OVX). Omdat uitstrijkjes van Papanicolaou-gekleurde cellen duidelijk de pro-oestrus-, oestrus-, metestrus- en diestrus-stadia van de oestruscyclus identificeerden, verloren de OVX-muizen de oestruscyclus (Figuur 3A) en de ELISA-methode toonde een significante afname van de serumoestradiolspiegels (E2) (Figuur 3B). Ten tweede werden de OVX-muizen aangevuld met bèta-oestradiol 17-valeraat (OVX + E2) om het serumoestrogeen op hetzelfde niveau te houden als de Sham-groep. Ten derde kregen de OVX + E2-muizen oplosmiddel (NS) of verschillende doses recombinant FSH via intraperitoneale injectie om een muismodel (OVF) te creëren dat wordt gekenmerkt door relatief stabiel oestrogeen en stijgende FSH-spiegels (Figuur 4).
Figuur 1. Chirurgische omgeving en houding van de muis. (A) Een werkbank van ten minste 60 cm x 60 cm voor de operatie. Reinig het oppervlak van het gebied met 75% alcohol en bedek het met een medische wegwerphanddoek en desinfecteer vervolgens 30 minuten van tevoren met ultraviolette straling. (B) Bevestig de muis weer op het operatieplatform met behulp van een rubberen strip of katoenen touw. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2. Belangrijkste stappen van chirurgische ingrepen. (A) Ovariële positie, (B) ovariëctomie, (C) hechtdraad peritoneum en (D) hechthuidincisie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3. Vaginale cytologie. Vaginale cytologie vertegenwoordigt stadia van de oestrische cyclus en endogeen oestrogeen in de ovariëctomische muizen (OVX) en de schijn-geopereerde muizen (Sham; n = 12 voor de Sham-groep; n = 10 per OVX-groepen). (A) Vaginale cytologie vertegenwoordigt stadia van de oestrische cyclus volgens de relatieve aanwezigheid van leukocyten, verhoornde epitheelcellen en kernige epitheelcellen. Stadia van de oestrus zijn onder meer pro-oestrus, het overwicht van kernige epitheelcellen; oestrus, het overwicht van ontkernde verhoornde cellen; metestrus, de aanwezigheid van leukocyten en verhoornde en gekernde epitheelcellen; Diestrus, het overwicht van leukocyten. Schaalbalk = 100 μm. (B) Endogeen oestrogeen bij de muizen die ovariëctomie hebben ondergaan (OVX) en de muizen die door schijnvertoning zijn geopereerd (Sham). Gegevens worden weergegeven als het gemiddelde ± SEM. De t-toets van de student wordt gebruikt voor statistische analyse. p< 0,001. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4. OVF-model en serumhormoonspiegels. (A) Stroomschema OVF-model. (B) ELISA-analyse van serumoestrogeen- (E2)- en FSH-concentraties. Gegevens worden weergegeven als het gemiddelde ± SEM. One-way ANOVA werd gebruikt voor statistische analyse. * p< 0,05 en ** p< 0,01. Dit cijfer is gewijzigd van4. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Discussion
Tijdens de overgang van een reproductieve naar een niet-reproductieve fase (menopauze) ervaren veel vrouwen aanzienlijke fysiologische en pathologische veranderingen. FSH-niveaus stijgen tijdens de overgang van de menopauze1. Opkomende studies hebben aangetoond dat FSH in verschillende extragonadale weefsels en organen van cruciaal belang is bij de pathogenese van meerdere ziekten, waaronder dyslipidemie4, de ziekte van Alzheimer5, osteoporose 9,10, atherosclerose11, obesitas9 en kanker12. Het is dus bijzonder belangrijk om een diermodel te bouwen dat kan helpen bij het bestuderen van de onafhankelijke effecten van FSH in vivo. Het OVF-muismodel bootst het vroege stadium van de overgang van de menopauze na met relatief stabiel oestrogeen en stijgende FSH-spiegels en is met name geschikt voor studies om de extragonadale acties van FSH te onderzoeken.
Bij deze methode werd een ovariëctomie gemaakt met behulp van een enkele dorsale incisie in de rug, ongeveer 1 cm vanaf de dijbasis naar boven (Figuur 1B). De huid werd bijna samen met de rugspieren doorgesneden met behulp van een scherpe ontleedschaar en zo werd toegang verkregen tot de buikholte. Na de operatie hoefde de spierincisie niet te worden gehecht en werd de huidwond bilateraal gesloten met één catgut-hechting (Figuur 2). De operatie is technisch eenvoudiger, minder tijdrovend en minder schadelijk voor vrouwelijke muizen in vergelijking met andere gebruikte methoden.
Enkele details die tijdens de chirurgische ingreep in acht moeten worden genomen. Ten eerste moeten alle chirurgische ingrepen schoon en zo steriel mogelijk worden gehouden om het risico op postoperatieve infectie te verminderen. Ten tweede, omdat het eierstokweefsel erg kwetsbaar is, kunnen chirurgische instrumenten tijdens de ovariëctomie niet rechtstreeks contact maken met de eierstokken, om intraperitoneale implantatie te voorkomen. Ten derde werden de muizen na de operatie tijdens het herstel verplaatst naar een deken met constante temperatuur van 37 °C om postoperatieve onderkoeling met de dood te voorkomen.
Een eerdere studie heeft aangetoond dat endogeen oestrogeen wordt gesynthetiseerd in de ovariële thecacellen van premenopauzale vrouwen of vetstromale cellen van de borst van postmenopauzale vrouwen en in kleine hoeveelheden in perifeer weefsel14. Het serumoestrogeen daalde sterk voor muizen die ovariëctomie kregen, maar kan niet worden geëlimineerd (Figuur 3B). Endogeen oestrogeen gesynthetiseerd in extragonadale weefsel heeft echter geen invloed op de stabiliteit van de oestrogeenspiegels in het OVF-model (Figuur 4B).
Er zijn enkele beperkingen in het OVF-model. Zodra de chirurgische ingreep niet zorgvuldig is en leidt tot intraperitoneale implantatie van de eierstokken, kan dit leiden tot modelfalen. In dit geval daalt het serumoestrogeen niet sterk en fluctueert het tijdens verschillende stadia van de oestrische cyclus. Na exogene toediening van oestrogeen en FSH duurt het ongeveer 1 week voordat het lichaam in evenwicht is. Pathologische veranderingen van het OVF-model die binnen 1 week optreden, kunnen dus niet wijzen op de effecten van FSH.
Kortom, het OVF-model heeft de voordelen dat het stabiel, goedkoop en eenvoudig te bedienen is. De systemische effecten van FSH op hoog niveau kunnen worden waargenomen na intraperitoneale injectie van FSH; dat wil zeggen, het OVF-model is geschikt voor studies die de extragonadale acties van FSH onderzoeken. De vereisten voor modelchirurgie en intraperitoneale injectieprocedures zijn echter vrij hoog. Als de financiering voldoende is, zijn specifieke knock-outmodellen de beste keuze.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
We willen het dierenlaboratorium van het Shandong Provincial Hospital bedanken voor de technische ondersteuning. Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (NSFC 82101645), de Natural Science Foundation van de provincie Shandong, China (ZR2020QH088), en het Science and Technology Support Plan for Youth Innovation of Colleges in Shandong Province (2021KJ051).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| beta-estradiol 17-valerate | Macklin | E829824 | |
| Estradiol sensitive ELISA | Demeditec | DE4399 | |
| Hematoxylin Staining Solution | Beyotime | C0107 | |
| Meloxicam | Aladdin | M129228 | |
| recombinant human Follicle-stimulating hormone | Merck Serono | N19Z8803G | |
| Tribromoethanol | Sigma | T48402 | Aliphatic name: 2,2,2-Tribromoethanol |
References
- Harlow, S. D., et al. Executive summary of the Stages of Reproductive Aging Workshop + 10: addressing the unfinished agenda of staging reproductive aging. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 97 (4), 1159-1168 (2012).
- Ulloa-Aguirre, A., Zariñán, T. The Follitropin Receptor: Matching Structure and Function. Molecular Pharmacology. 90 (5), 596-608 (2016).
- Franks, S., Stark, J., Hardy, K. Follicle dynamics and anovulation in polycystic ovary syndrome. Human Reproduction Update. 14 (4), 367-378 (2008).
- Guo, Y., et al. Blocking FSH inhibits hepatic cholesterol biosynthesis and reduces serum cholesterol. Cell Research. 29 (2), 151-166 (2019).
- Xiong, J., et al. FSH blockade improves cognition in mice with Alzheimer's disease. Nature. 603 (7901), 470-476 (2022).
- Sun, L., et al. FSH Directly Regulates Bone Mass. Cell. 125 (2), 247-260 (2006).
- Liu, X. M., et al. FSH regulates fat accumulation and redistribution in aging through the Gαi/Ca(2+)/CREB pathway. Aging Cell. 14 (3), 409-420 (2015).
- Maclellan, R. A., et al. Expression of Follicle-Stimulating Hormone Receptor in Vascular Anomalies. Plastic and Reconstructive Surgery. 133 (3), 344e-351en (2014).
- Liu, P., et al. Blocking FSH induces thermogenic adipose tissue and reduces body fat. Nature. 546 (7656), 107-112 (2017).
- Ji, Y., et al. Epitope-specific monoclonal antibodies to FSHβ increase bone mass. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (9), 2192-2197 (2018).
- El Khoudary, S. R., et al. Trajectories of estradiol and follicle-stimulating hormone over the menopause transition and early markers of atherosclerosis after menopause. European Journal of Preventive Cardiology. 23 (7), 694-703 (2016).
- Radu, A., et al. Expression of Follicle-Stimulating Hormone Receptor in Tumor Blood Vessels. The New England Journal of Medicine. 363 (17), 1621-1630 (2010).
- Sowers, M. R., et al. Endogenous hormones and bone turnover markers in pre- and perimenopausal women: SWAN. Osteoporosis International. 14 (3), 191-197 (2003).
- Kristensen, V. N., Kure, E. H., Erikstein, B., Harada, N., Børresen-Dale, A. L. Genetic susceptibility and environmental estrogen-like compounds. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. 482 (1), 77-82 (2001).
