小鼠活动性厌食症的评估

摘要

老鼠单独安置与一个奔跑的轮子, 当获得食物的有限的获取开发减少食物消耗量和增加活动在奔跑的轮子。这种实验性的现象叫做活动性厌食症。这个范式为研究神经性厌食症的生物学和行为提供了一个实验工具。

摘要

啮齿类动物在受到限制的喂养计划时, 会产生活动性厌食症 (ABA), 并允许自由进入跑步轮。这些情况导致体重减少危及生命。然而, 只接触到这些条件之一的啮齿类动物最终会适应重新建立正常体重。尽管在 aba 条件下, 随着自愿食物摄入量的增加而减少, 这种现象似乎自相矛盾, 但在许多哺乳动物物种中都有 ABA 的行为。

ABA 范式为神经性厌食症 (a) 提供了一种动物模型, 这种饮食紊乱具有严重的失调食欲行为。受试者单独安置在一个运行的车轮的自由访问。每一天, 这个主题在有限的时间内提供食物。在实验过程中, 一个人的体重从高活性和低卡路里摄入量中减少。研究的持续时间根据每天提供的食物的长短、提供的食物种类、老鼠的应变、如果药物被测试以及环境因素而定。

对患者缺乏有效的药理治疗, 其生活质量低下, 治疗费用高, 死亡率高, 表明了进一步研究的紧迫性。我们提供了一个基本的大纲, 以执行 ABA 实验小鼠, 提供一种方法来调查类似的行为, 以发展新的疗法。该协议是优化用于 Balb / cJ 小鼠 , 但可以很容易地纵其他菌株 , 提供了极大的灵活性 , 在处理不同的问题 , 特别是有关 ABA 的遗传因素。

引言

自1953年以来, 据报道, 啮齿类动物在运行车轮时表现出一种自相矛盾的过度活跃状态, 当食物可用性被限制为¹时, 它们可以自由进入车轮, 而在接受自愿 hypophagia 时。相反 , 啮齿类动物不会迅速下降体重时, 没有运行车轮或与运行车轮, 并提供食物ad 随意^1,2,3, 在一个时间表提供的食物。ABA 模型可靠地导致体重急剧下降, hypophagia, 体温过低, 发情丧失和增加刺激的 HPA 轴⁴。最终, ABA 会导致死亡, 除非主题被从范例⁵中删除。ABA 范式为研究人员提供了一种动物模型, 一种复杂的饮食紊乱, 其特点是食欲行为严重失调, 影响大约 1 100 女性, 而男性的比例则更小⁶。经常出现多动症的患者, 包括极多的运动, 和/或一般躁动不安的^7,8。死亡率约为 10%, 是所有精神疾病中死亡率最高的⁹。目前对 a 的治疗仅限于认知疗法, 因为对于那些患有¹⁰¹¹的患者, 没有经过批准的药理治疗。

a 通常被认为是一种影响主要是女性的障碍。作为女性的10倍于男性的诊断, 女性受试者传统上是¹²中的焦点。但是, 应特别考虑将男性排除在研究之外。虽然诊断的一个遗骸较低的男性, 肌肉 dysmorphia (MD) 是一个条件, 有很多相似之处, 因为身体图像扭曲, 饮食往往紊乱。有支持的概念, MD 和 a 可以归类为类似的方式^13,14,15。这可能意味着一些 MD 的案例代表了 a 的 "男性版本"。在动物模型方面, 一些报告指出, 男性比女性更容易受到 ABA 范式的影响。例如, 最近的一项研究显示, 与 C57Bl/6 小鼠¹⁶中的雌性相比, 死亡率较高, 食物摄入量减少。对 ABA 易感性的一个预测因子是自发的身体活动 (SPA)。高或低 SPA 的大鼠更容易在 ABA 范式中减肥, 雄性大鼠比雌性老鼠表现出更强的效果¹⁷。相反, 在 ABA¹⁸的限制阶段, 雌性啮齿动物的运动比男性多。此外, 与 Balb/cJ 小鼠的研究显示了 C57Bl/6 小鼠的相反效果, 在那里雌性小鼠的死亡率较高, 食物摄取量减少, 与男性相比 (图 1)⁶。由于两性在 ABA 范式中的不同结果和对饮食模式紊乱的男性的认识不断提高, 因此应该对男性和女性的研究对象进行测试。

除了 ABA 范式中的性别差异外, 在选择主语时必须考虑年龄和应变。青春期老鼠可以更准确地模拟 a, 因为通常出现在青春期, 观察老鼠和老鼠^19,20,21,22。在基线水平上比其他活动更活跃的菌株具有更高的易感性和更严重的 ABA²³。已知有较高的焦虑水平的菌株, 如 DBA/2, 增加了车轮运行活动, 这表明 ABA 范式²⁴中的辍学率更快。根据实验设计的不同, 可根据选择的应变来优化 ABA 的持续时间。

ABA 悖论不是老鼠独有的。其他哺乳动物, 包括老鼠, 仓鼠, 沙土鼠, 猪, 花栗鼠, 和豚鼠已经证明了这种现象⁶。在哺乳动物物种之间的 aba 现象的保护表明, aba 范式可以提供一个翻译工具, 以调查在人类的厌食行为的机制。老鼠特别适合研究 ABA 的机制。老鼠可以被密集地安置和世代时间是相对地短的。老鼠有一个完整的序列基因组, 和许多近亲, outbred 和特殊菌株, 如 congenics, 是可利用的。已经产生了大量的基因操纵线, 这使它们成为研究评估遗传对疾病的影响的理想. 根据手头的问题, 研究人员可能会操纵复杂的神经回路和/或基因表达评估 ABA 范式中的行为, 有可能回答关于基因影响的问题, 在研究人类时是不可能的。

目前存在数量有限的动物模型。应力模型利用尾捏、新奇诱发 hypophagia、冷游泳和脑刺激等方法诱导啮齿类动物 hypophagia。通过诱发压力, HPA 轴的变化减少食欲, 从而减少体重²⁵。然而, 完全也刺激了 HPA 轴, 这也包含了一些额外的功能, 如多动症。另一种在研究中考虑的模型是慢性食品限制模型。通过将食物限制在ad 随意的40到60% 范围内, 你可以模仿营养不良的²⁶的生理反应。虽然这种方法对研究喂养不足的影响是有效的, 但它并没有重现一个核心问题, 即自愿食物限制。在 ABA 范式, 动物被剥夺了一天的食物进入, 但也自愿减少食物摄入, 如果车轮也存在。遗传模型也被用来检查的病因. 研究人员发现了神经化学和遗传因素, 如基因 BDNF 和递质多巴胺和血清素²⁷。基因模型的使用对于理解背后的神经机制是至关重要的。然而, 基因组广泛的协会研究尚未产生显著的影响, 并没有发现在一个罕见的变种。未来的研究应该结合一个遗传方法与 ABA 模型, 以增加对一个相关的表型的理解。

由于人类疾病的复杂性和异质性, 发展整个精神疾病的动物模型几乎是不可能的。然而, 通过建模特定的, 明确定义的精神障碍的组成部分, 可以获得对潜在神经生物学或病理生理学的独特洞察力。这样的生物洞察力可以用来识别新的治疗方法。因此, 啮齿动物的 ABA 范式提供了一个临床前的工具, 以研究类似行为的机制, 不能道德地研究人类, 如遗传操作的影响, 神经回路的扰动, 和某些环境因素的后果。

研究方案

这里描述的所有方法都已被加州大学圣地亚哥分校的机构动物护理和使用委员会 (IACUC) 批准。

1. 老鼠

1. 为研究选择合适的鼠标应变。
2. 从供应商处购买鼠标或放大一条线以获得适当的实验数据。
3. 小组房子购买了动物设施的老鼠至少1周前开始研究, 以允许一个充分的驯化期。
4. 在老鼠8周大的时候开始实验性的驯化阶段。

2. 住房

1. 选择足够大的笼子来容纳不受阻碍的跑步轮、食物贮器和水瓶。
2. 调节室温和湿度, 以补充所测试的假说。
   注: 较高的温度会降低 ABA²⁸的开发。

3. 跑步轮

1. 选择带有无线通信的车轮, 以避免在笼子内发生潜在的干扰和纠缠, 请参阅材料目录以了解示例。

4. 水瓶

1. 选择一个水瓶, 将不会与运行轮或在家庭笼中的食物插座争夺空间。
2. 如果在饮用水中提供药物治疗, 则用胶带将瓶子装在瓶中, 创造出光敏感的环境。

5. 食品

1. 选择适合于正在测试的假设的低脂周 (例如, Envigo 的啮齿动物饮食 8604)。
   注意: 高脂肪和糖的饮食可以减少 ABA²⁹的发展。
2. 使用一个小玻璃瓶提供周, 大约65厘米直径 x 50 厘米的高度。
   注: 可使用自动进纸器代替玻璃罐, 通过限制调查人员的干扰, 可以减轻压力。这可能是最有利的, 如果进行 ABA 研究与药物操纵。

6. 实验前驯化阶段

1. 通过选择靠近笔记本电脑和轮毂的笼子架来设置实验区。这将限制数据传输的问题。
2. 打开笔记本电脑和无线集线器。
3. 打开笔记本电脑上的轮子管理软件。
   1. 查看软件以确保两个集线器都处于活动状态。
   2. 打开 "工具" 并选择 "删除车轮"。重复此步骤5次。
   3. 关闭软件, 然后重新打开它。
4. 将3个 AAA 电池放入车轮底座的电池组中。
   1. 将电池组线连接到车轮底座的硬件上。这将在使用之前断开连接。将电池组关闭到车轮底座。
5. 检查软件以确保车轮底座在相应的无线集线器下列出, ID 为 "1"。如果基未列出为 ID "1", 则松开电池包, 然后在步骤6.2 中重新启动。
6. 将车轮 id 从 "1" 更改为 "名称" 列下的鼠标 id。
7. 坚持运行车轮的基础, 以管道胶带底部的笼子, 以确保稳定。不要让任何磁带贴出来, 因为老鼠会嚼在暴露的胶带上。
8. 选择一个没有腐蚀磁性片的运行轮盘。
9. 将车轮放在底座上, 旋转车轮, 以验证从笼壁和光栅的间隙。
10. 旋转光盘特定数量的轮换, 以确保车轮运行软件正确计数轮换。
11. 防止在床上用品中丢失的部分, 或通过管道把食物罐的底部贴在笼子地板上, 远离跑步轮和水瓶而弄湿。
    注: 湿周增加食物摄入量, 比干周³⁰。
12. 把5块的食物放进罐子里。
    注意: 在实验前阶段的周是可用的ad 随意, 不需要重置.在驯化期间接触运行车轮可能会加剧 ABA^21,31。
13. 将一个完整的水瓶放在笼子里, 并提供水的ad 随意。
14. 重复, 直到所有笼子都有一个无线连接运行车轮, 食物和水。
15. 单独安置老鼠入他们适当的笼子。
16. 在轮管理软件中, 转到 "文件" 并单击 "开始获取"。
17. 观看软件更新, 以确保车轮轮换正在计算和系统运行良好。
18. 使小鼠适应实验性住房条件, 共2天。
19. 评估小鼠在这个阶段, 以确保他们足够健康, 以处理 ABA 实验。
20. 每天检查水壶里是否有水淹。如果瓶子进水了, 用新笼子代替旧笼子, 重复必要的步骤, 把轮子和食物粘在笼子里, 不受干扰。
21. 在2天, 检查笼子的食物水平。如果食物很低, 再加2片。在不干扰老鼠的情况下这样做。
    注: 如果在实验前的驯化阶段, 任何鼠标显示 hypophagia 或体重不足, 从研究中删除鼠标。

7. 实验基线阶段-1 天

1. 选择 "结束", 然后在车轮管理软件中 "开始获取"。
2. 测量出9克周在一个小塑料烧杯的规模与0.00 克敏感性。记下确切的重量。
3. 在一个大的塑料烧杯中, 用0.0 克灵敏度轻轻地移除并称量鼠标。记录重量。
   注意: 在处理时限制小鼠的压力是至关重要的, 因此要耐心地处理它们。
4. 处理所有的驯化食物。
5. 搜索床上用品的任何食物, 可能已经从罐子和处置, 以及。
6. 把水瓶放在原处, 但要确保它足够充分。
7. 清洁脏运行车轮与70% 异丙醇和纸巾。
8. 如果清洗是必要的, 在异丙醇干燥后, 将鼠标返回笼子, 并更换机架上的笼。
9. 重复这些步骤, 直到每只老鼠的重量和9克的食物被测量出来, 并放置在笼子里。

8. 实验基线阶段-天 2-7

1. 每天在同一时间返回动物设施。不要因测量超过或低于10分钟而变化。
2. 测量出9克周在一个小塑料烧杯的规模与0.00 克敏感性。记下确切的重量。
3. 在一个大的塑料烧杯中, 用0.0 克灵敏度轻轻地移除并称量鼠标。记录重量。
4. 把食物罐从笼子里拉出, 把所有的食物倒入0.00 克刻度上的小烧杯中。
   1. 如果粪便和床上用品都在食品罐中, 请挑选出所有的床上用品和粪便。用一个小的过滤器把粉状食品揉入称重烧杯中。用镊子 (如有必要) 清除任何粪便。
      注: 床上用品不会分解成小块, 以适应通过过滤器。
   2. 在笼子里寻找任何残留的食物, 并将它们添加到烧杯中进行权衡。记录剩下的食物数量。
      注: 如果必须搜索床上用品和笼子, 最好这样做, 而鼠标在称量烧杯或转移笼, 以减轻压力。
   3. 处理所有的食物。
5. 把罐子擦干净, 放回笼子里。必要时更换磁带。
6. 把以前测量过的9克新食物放进罐子里。
7. 清洁的运行车轮与70% 异丙醇, 然后烘干车轮。一次做一个笼子, 不要意外地互换车轮。
8. 在车轮运行程序中, 每隔一天重新开始购置。
9. 重复这些步骤, 直到限制阶段开始。

9. 试验性限制阶段-1 天

1. 结束和开始收购的车轮管理软件。
2. 衡量老鼠, 旧的, 新的食物每基线协议。
3. 现在不要清理车轮.这可能会分散老鼠在喂食期有限的时间。
4. 允许访问新食品, 9 克的周, 为6 h。记录食物提供的时间。
   注意: 在光循环期间, 食物是可利用的时间将影响 ABA 的发展。由于小鼠通常在光照周期内睡觉, 因此在这段时间内获得食物会加剧 ABA 的发育, 因为小鼠通常不会在此时消耗大部分的日常食物。相反, 在黑暗周期中给予食物进入的老鼠会慢慢地发展 ABA³²。调整食物访问的持续时间将导致生存时间更长或更短 (图 2)。食品预期活动 (FAA) 是多动症, 在提供食物之前立即发生^32,33,34。联邦航空局可能影响 ABA 的发展, 因为它已经表明, 拒绝轮运行访问期间, 联邦航空局变好 ABA 行为 32.
   1. 为每只老鼠取出食物, 6 小时后, 测量剩余的数量。记录食物被移除的时间。
5. 清洁车轮, 如果有必要, 并试图这样做, 而不落后于从后面的笼子拉食物。
6. 权衡食物, 计算食物的差异, 以确定每只老鼠吃的食物量。
7. 计算每个鼠标的辍学重量。
   注意: 辍学重量是当一个小鼠必须从实验中删除时, 它达到其基线体重的最终测量的75%。例如, 如果鼠标在限制阶段开始时重20克, 当它达到15克时, 它必须从实验中移除。
8. 在动物设施中保留手头的辍学重量的复印件。
   注: 评估从 ABA 恢复的实验可能会尝试;食品是提供的ad 随意,或车轮锁定研究的过程中, 老鼠返回健康体重³⁴。

10. 试验性限制阶段-天2到14

1. 重复限制日1协议中的所有度量步骤。不要重新启动轮收购。
2. 如果鼠标到达下降重量 (其基线体重的 75%), 从笼子里取出轮子和食物罐, 在笼子底部提供充足的食物, 然后继续其他老鼠。一旦所有的笼子都被照顾, 弄死所有已经达到下降重量的老鼠。
3. 在实验期间为每只鼠标留出轮子。
4. 每天检查每只鼠标是否有任何损伤。如果需要, 夹子损坏的脚趾甲, 治疗疮,等如果不确定如何进行损伤, 请向动物护理人员请教。

11. 结束研究

1. 如果这项研究持续了14天, 那么就在15天对所有的老鼠进行权衡。限制日1重量被认为是基线重量。
   注意: 研究的长度可以修改, 以解决被测试的假说。长时间的食物存取期可用于延长研究长度。
2. 必要时弄死老鼠。
3. 把脏设备带到合适的房间。
4. 15天结束轮数购置, 提供10天的完整数据。
5. 关闭无线轮集线器。
6. 提取数据。
7. 分析数据。

结果

脑源性神经营养因子 (BDNF), 一种有助于调节喂养和体重维持的蛋白质, 在³⁵患者的血清中减少。该实验评估了定时喂养, 运行轮访问, 或两者都对 BDNF 表达的海马 (HPC), 腹侧盖区 (VTA), 伏隔核 (NAc) 和内侧前额皮质 (mPFC) 的影响。还评估了神经细胞黏附分子 1 (NCAM1) 的表达, 探讨了 mesocorticolimbic 通路中对 BDNF 影响的特异性。

讨论

ABA 的实验可以由实验者修改, 以测试不同的菌株, 年龄, 药物, 和各种其他变量的. 铭记遗传变异, 对跑步轮或食物进入期的调整将增加或减少严重程度症状和辍学率。这可以用来增加或减少实验的长度, 这取决于实验的兴趣问题。

准确测量食物摄入量是 ABA 范式的一个关键部分, 但往往会造成问题。在食品罐中的床上用品、粪便和尿液, 加上食物被移入笼子空间, 这为精确称量剩...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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