一、CSDS模型研究背景
CSDS的全稱是chronic social defeated stress,又稱慢性社會挫敗應激模型,是一種用來制作動物抑郁模型的方法。在神經精神病學研究領域中,引起人們極大興趣的是開發有效的抑郁癥動物模型,以幫助理解抑郁癥背后的神經生物學和分子機制。慢性應激的各種模型已被用于在小鼠中誘發與抑郁相關的癥狀,其中包括慢性不可預測的應激,足部震顫,固定應激,然后進行性yu減退或類似絕望行為的測量(例如,蔗糖偏愛測試,強迫游泳測試和尾巴懸吊測試),但它們并未很好地驗證為人類抑郁癥的模型。
當前,慢性社交挫敗壓力由于其可靠性和可重復性而被廣泛接受為抑郁癥的有效模型。由于以下原因,社交失敗范例已被證明是人類抑郁的良好模型:
1)易感小鼠的抑郁表型(社交回避,快感不足,代謝變化等)。可以通過抗抑郁藥的長期治liao來逆轉,但不能通過急性給藥來逆轉。
2)社會挫敗壓力會產生易感表型和適應性表型,這可用來解釋抑郁癥病理生理學中人類壓力敏感性的個體差異。
3)社交失敗壓力誘發的易感表型在大腦獎勵電路中伴隨遺傳和表觀遺傳變化而持久。
二、設備及軟件(建議)
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透明的鼠籠(帶襯墊的一次性鼠籠)
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標準水瓶(鼠標水瓶)
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帶吸管的水瓶塞(氯丁橡膠塞,1英寸彎曲管–尖頭)
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氣缸(定制,用于額外注水的塑料支架)
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分壓器(定制,透明的多孔有機玻璃板)
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可移動外殼(定制,透明有機玻璃,頂部和底部打開)
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秒表
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開場實驗箱(定制,44 [w] x 44 [d] x 30 [h] cm)
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用于社交互動測試的視頻跟蹤系統(例如,上海欣軟,VisuTrack動物行為分析軟件,CCD攝像頭和計算機)
三、 慢性社交挫敗應激模型的建立
(1)傳統 CSDS 建模方法
該部分實驗內容是參照了有關文獻:Kudryavtseva NN,Bakshtanovskaya IV,Koryakina LA. Socialmodel of depression in mice of C57BL/6J strain[J]. Pharmacol Biochem Behav,1991,38(2):315-320.
首先根據需要選取一定數量的CD 1小鼠作為攻擊性小鼠,在正式實驗前2-3周開始對其攻擊性進行篩選。具體方法就是:每個飼養籠中飼養雄性和雌性兩只周齡相近的CD1小鼠,一定時間內讓CD1雄性小鼠產生領地意識;1周以后,將配對飼養的雌鼠分離出飼養籠,隨機放入一只陌生的C57小鼠作為領地入侵者,如果CD1雄性小鼠在1 min之內就開始對C57小鼠發動攻擊,那么該CD1小鼠則被視為攻擊性CD1小鼠。運用同樣的方法篩選出所有需要的攻擊性雄性CD1小鼠。正式實驗前,選取雄性C57小鼠(7周),隨機分配成正常組和應激組,每組10只,對照組每2只一籠,其余均單籠飼養,給正常飲食飲水一周充分適應環境。當實驗開始時,提前分離CD1雌鼠,取模型組C57小鼠一只,直接放入陌生雄性CD1小鼠(8-9周)飼養籠中,使C57小鼠遭受雄性CD1小鼠持續性攻擊約5-10 min;然后將兩只小鼠用帶有密集小孔的透明塑料隔板隔開,使兩只小鼠彼此仍能互視和聞嗅但是無法接觸,運用這種方法持續到下次進行攻擊前為止,完成該過程后即為第1天應激。第2天再將該C57鼠放入另一不同的CD1雄性鼠的籠中,使C57小鼠受到相同程度的應激;第三天再放入第三只CD1雄性鼠的籠中,同樣使C57小鼠受到同樣程度的應激。如此連續應激10天,并保證每tian同一只C57小鼠受到不同CD1雄性鼠的攻擊。在此期間,對照組和應激組C57小鼠均維持正常飲食飲水,而對照組則保持2只一籠,每tian相互更換接觸不同的小鼠。
(2)改進型慢性社交挫敗應激(CSDS)
模型的建立CSDS模型的構建方法參照文獻:Golden SA,Covington HE 3rd,Berton O,et al. A standardizedprotocol for repeated social defeat stress in mice[J]. Nat Protoc,2011,6(8):1183-1191.
將CD-1小鼠單籠飼養 7 d 產生領地意識,C57BL/6 小鼠 4~5只飼養 7 d 適應環境。首先篩選 CD-1 小鼠的攻擊性,將C57BL/6小鼠置CD-1小鼠籠中3 min,若CD-1小鼠發起攻擊多于 5 次且攻擊潛伏期< 1 min,認為有攻擊性,在 3 d 中至少 2 次有攻擊性,可作為模型中的攻擊鼠。實驗組(Sus)小鼠進行 10 d 的 CSDS,即將實驗組 C57BL/6 小鼠連續 10 d 放入 CD-1 小鼠籠中,被攻擊 5~10 min后用一帶孔透明亞克力板隔離24 h,每tian更換新的CD-1小鼠避免適應。10 d后將實驗組C57BL/6小鼠取出并單籠飼養。而非應激對照組(Con)為同周齡C57BL/6小鼠,每tian與無攻擊性 C57BL/6 小鼠接觸 5~10 min 后用相同的板隔離24 h,每tian更換新的C57BL/6小鼠。10 d結束后將非應激對照組C57BL/6小鼠取出并單籠飼養。
四、CSDS模型的檢測方法
10天連續應激結束后即開始行為學測試。根據糖水消耗,社會接觸的行為學和懸尾測試的結果將C57小鼠分為正常組,抑郁敏感組,抑郁非敏感組。
(1)糖水偏好實驗
糖水偏好測試是檢測抑郁癥快感缺失的經典方法。根據文獻稍做修改。首先給予小鼠兩瓶清水,24 h后將其中一瓶換成1%蔗糖溶液,稱重并記錄兩瓶質量,12 h后交換瓶的位置避免方向偏好,經過 24 h 測試后再次稱重,糖水偏好系數為:糖水消耗質量/總消耗質量。
參考文獻:Liu MY,Yin CY,Zhu LJ,et al. Sucrose preference test for measurement of stress -induced anhedonia in mice[J]. Nat Protoc,2018,13(7):1686-1698.
測試前用自來水配制好1%蔗糖水,與不含蔗糖的正常自來水同時放在C57模型鼠的鼠籠處,保證其自由飲用,同時提供充足的鼠食,每12h將糖水和白水互換位置,以防止C57模型鼠產生位置偏好。到第三天將所有的水和食物同時撤走,將C57模型鼠禁食24 h。禁食結束后分別稱量糖水和白水的重量并記錄,然后將兩瓶水隨機放在飼養籠上供模型鼠自由飲用,1h后取下兩瓶水分別測量兩瓶水剩下的重量,計算出糖水消耗重量A和白水消耗重量B,利用公式A/(A+B)X 100%即得到CSDS模型鼠的糖水偏好率。糖水偏好率的值與動物的快感程度呈正相關,其值越小則表明動物快感缺失越嚴重。
(2)社會互動實驗/社會接觸實驗
該實驗方法主要用于檢測小鼠對陌生目標的靠近,探索和躲避行為。正常的嚙齒類動物是社會性動物,當正常鼠與陌生鼠相遇后會與陌生鼠頻繁接觸;而遭受過社會挫敗應激的小鼠則會產生孤立和逃避接觸的行為,該行為一般判定為抑郁樣行為;而相比之下,在一定的時間內,正常鼠在單位時間內與正常鼠接觸的時間明顯長于模型鼠在單位時間內與正常鼠接觸的時間,因此,在規定時間內計算出模型鼠與攻擊鼠接觸的時間能反應出模型鼠的抑郁程度。其具體操作方法是:在敞箱(45X45 X 45cm)一側的中央放入隔板(10 x 6cm,底部有密集小孔,用來放置陌生CD1小鼠),以中央放置CD1小鼠的區域為中心,劃出一矩形區域作為接觸區域(14x26 cm ) }46}。結果通過由上海欣軟信息科技有限公司公司提供的VisuTrack軟件進行接觸時間的統計。使用VisuTrack 軟件記錄小鼠在社交互動區以及角落區的時間,社交互動比率(social interaction,SI)為:第2階段在互動區的時間/第1階段在互動區的時間。認為 SI<1 的小鼠表現出社交回避為敏感型,SI>1的小鼠表現出社交偏好為抵抗型。整個實驗步驟如下:
(1)打開軟件和攝像頭后將實驗籠放置到合適的位置,然后進行軟件的設置;
(2)不放入陌生的CD1小鼠,然后放入C57小鼠,然后開始計時,時間設定為2.5 min,zui后得到接觸區和非接觸區的累積時間,此階段為Target absent;
(3)放入陌生的CD1小鼠,然后放入C57小鼠,然后開始計時,時間設定為2.5 min,zui后得到接觸區和非接觸區的累積時間,此階段為Target present;
(4)分別統計對照組和模型組的Target absent和Target present的累積時間,在Target absent階段,對照組和模型鼠無明顯差異,但是在Target present階段,模型鼠的接觸時間明顯降低。
(3)強迫游泳實驗和懸尾實驗
強迫游泳實驗 :強迫游泳實驗是用于評價動物抑郁樣行為的經典實驗[12]。實驗裝置為3 L燒 杯,在其中加2 L清水,水溫在(22±1)℃,2只動物之間應更換清水。實驗第 1 天將小鼠置燒杯中,游泳15 min 后取出擦干。第 2 天將小鼠置燒杯中,計時6 min,記錄后4 min的不動時間。
懸尾實驗:將高60cm的架子放置于安靜的實驗環境中,用夾子夾住小鼠尾巴末端1cm處,然后將夾子固定在架子上,使其倒吊于架子上,小鼠為克服不正常體位而掙扎活動,在此期間記錄小鼠的不動時間。總共時間為6min,開始1min為適應時間,隨后5min為記錄時間,記錄分析軟件同樣為VisuTrack軟件。
(4)高架十字迷宮實驗
高架十字迷宮實驗是對焦慮樣行為進行分析的經典測試。迷宮由2條垂直的跑道(寬 5 cm×長 35 cm)組成,一條跑道由15 cm高墻包裹(閉合臂),另一條跑道無包裹(開放臂)。2 個臂通過中心區域(5 cm×5 cm)連接,距地面 40 cm。在測試開始時,將小鼠置中央區域面對開放臂,記錄在開放臂和閉合臂上的時間,整個實驗共記錄5 min。
(5)Y 迷宮實驗
Y 迷宮實驗可用于評價小鼠的空間記憶能力。迷宮由 3 個臂組成(8 cm×30cm×15 cm),兩臂間夾角為 120°。在第1階段將其中一個臂關閉,放入小鼠任其自由探索15 min。1 h后開始第2階段,打開先前關閉的臂,計時5 min,記錄小鼠在新臂中的探索時間。
五、探討
(1)CSDS引起小鼠生理指標改變
我們發現,在CSDS模型中經過10 d的社交挫敗應激之后,應激敏感組小鼠(n=23)的體質量與非應激對照組小鼠(n=20)相比顯著減輕(P=0.002)。與此同時,對兩組小鼠進行血糖監測時發現,隨著社交挫敗應激的進行,敏感組小鼠的血糖逐漸增加。
(2)CSDS引起小鼠焦慮樣行為
我們通過曠場和高架十字等行為學方法對CSDS模型小鼠的焦慮樣負性情緒進行了分析評價。在曠場實驗中,我們發現,與非應激對照組小鼠(n=18)相比,應激敏感型小鼠(n=21)在曠場中活動的距離顯著降低(P=0.0008),表現出探索減少的行為。同時,小鼠在曠場中心位置活動的時間也顯著減少(P=0.0002),更喜歡貼壁行走或躲在角落中。可見,應激敏感組小鼠表現出更高的焦慮樣行為。但在采用高架十字迷宮進行驗證時發現,應激敏感組小鼠(n=21)較非應激對照組小鼠(n=18)在開放臂的活動時間也稍有減少,但未見顯著差異(P=0.3)。
(3)CSDS導致小鼠抑郁樣行為
我們借助糖水偏好實驗、強迫游泳實驗以及懸尾實驗等評價動物抑郁樣行為的經典行為學實驗, 對 CSDS 模型小鼠進行了系統研究。其中,糖水偏好實驗反映小鼠是否出現快感缺失;強迫游泳以及懸尾實驗反映小鼠是否存在絕望行為,這兩點是抑郁癥患者的經典行為改變。
(4)CSDS引起小鼠空間記憶受損
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