基于蒙古药的大鼠慢性不可预测的轻度应激

摘要

该协议概述了基于蒙古医学理论的抑郁症慢性不可预测轻度压力 （CUMS） 模型，以及验证行为测试的方法。

摘要

抑郁症是一种普遍存在的情感障碍，是导致全球残疾的主要原因。目前药物干预的局限性导致了这种疾病带来的巨大健康负担。迫切需要更深入地了解抑郁症的潜在机制，这使得具有转化潜力的临床前模型非常有价值。蒙古医学是传统医学的一个分支，认为疾病的发生与风、胆汁和痰液的平衡密切相关。在这项研究中，我们介绍了大鼠慢性不可预测的轻度应激（CUMS）方法的方案。在这个框架内，大鼠受到一系列波动的、温和的压力源的影响，以诱导出类似抑郁症的表型，模仿人类抑郁症的发病机制。该协议中采用的行为测定包括蔗糖偏好测试 （SPT），表明快感缺乏——抑郁症的核心症状;测量焦虑水平的旷场测试（OFT）;以及评估空间记忆和学习能力的莫里斯水迷宫测试（MWM）。CUMS 方法证明了诱导快感缺乏和导致长期行为缺陷的能力。此外，与其他旨在引发抑郁样行为的动物模型相比，该协议更符合蒙古医学理论。这种动物模型的开发和后续研究为蒙古医学领域未来的创新研究奠定了坚实的基础。

引言

重度抑郁症 （MDD） 是一种普遍存在的精神疾病，是全球第三大残疾原因，影响着超过 3 亿人^1,2,3.值得注意的是，据估计，至少有一半的受影响个体没有得到充分的治疗⁴.鉴于这一差距，动物模型可以作为调查抑郁症病因的重要工具。迄今为止，存在 20 多种不同的抑郁症动物模型⁵.其中，Paul Winer 于 1987 年改进的慢性不可预测的轻度压力 （CUMS） 模型是最常用的⁶.CUMS 模型的前提是，将啮齿动物暴露于各种社会环境压力源会导致类似于焦虑、紧张和抑郁的症状。该方法涉及在几周内将动物暴露于各种轻度压力源中，最终导致一系列行为改变，包括快感缺乏和抑郁样行为^7,8.这些变化伴随着内分泌和神经递质谱的变化，例如 5-HT 的减少^9,10.这些结果与在被诊断患有MDD的人类中观察到的结果非常相似，从而验证了该模型的实用性。CUMS 模型因其在评估抗抑郁药方面的有效性而受到特别重视，表现出高水平的表面、结构和预测有效性^11,12.与其他模型不同，CUMS 对长期服用单胺能抗抑郁药的影响敏感。例如，选择性血清素再摄取抑制剂 （SSRIs），如西酞普兰、帕罗西汀和氟西汀，已被证明可以预防和逆转慢性压力条件下的快感缺乏^12,13.此外，新的速效抗抑郁药，如氯胺酮，也证明了这种模型的疗效^14,15.相比之下，其他测试，如强迫游泳测试（FST）和尾部悬挂测试（TST）在模拟长期行为变化方面不太可靠，通常反映出对急性压力的适应，而不是持久的抑郁症状¹⁶.这些特征强调了CUMS模型在抑郁症研究中的稳健有效性。CUMS模型最显着的特征之一是快感缺乏症，该模型因其在经典研究中的高可靠性而得到认可 - 无法在日常活动中体验快乐或兴趣^17,18.这种现象通常使用蔗糖偏好测试进行评估，许多抗抑郁药已被证明可以逆转蔗糖消耗减少。CUMS 文献中也常用其他几个指标，包括开场测试 （OFT），它评估自愿运动行为、探索倾向和紧张程度，从而衡量抑郁症的严重程度¹⁹.其他测试，如高架加迷宫 （EPM） 评估类似焦虑的行为，莫里斯水迷宫测试 （MWM） 检查认知功能²⁰，FST 评估对负面情绪和行为绝望的易感性²⁰.此外，影响人类的大多数压力源本质上都是社会性的。社会关系欠佳的个体，其特征是社会活动、网络和支持有限，患各种疾病的风险更高^21,22.这也与啮齿动物有关，啮齿动物是群居的群居动物。例如，隔离饲养的大鼠表现出所谓的隔离综合征的特征，这种特征会引起社会压力并加速抑郁症的发作²³.

蒙古医学是中医的一个重要分支，它认为疾病的发作是内在因素和外部因素之间的复杂相互作用。这些外部因素被称为四个辅助条件，包括气候变化、饮食、生活方式和突发事件，如感染、令人震惊的事件和心理障碍。疾病过程被概念化为三个元素（称为三种类型的同源体）与七种身体成分与四种辅助条件之间的持续相互作用²⁴.蒙古医学认为，人体作为一个整体运作，由三个同源之间的相对平衡维持。这种平衡的破坏被认为是疾病的前兆²⁴.鉴于动物实验在连接传统医学和现代医学方面发挥着关键作用，开发与蒙古医学领域研究相关的动物模型至关重要。因此，我们采用了 28 天隔离方法与 CUMS 相结合来模拟这些生理和心理压力源。我们选择了九个特定的不可预测的应激源，并试图通过蒙古医学的三同源理论来支持这种建模方法。建立稳健的动物模型是推进蒙古医学基础研究的基础，并将对其基础研究做出重大贡献。

研究方案

实验方案获得了内蒙古医科大学（YKD202301172）动物实验护理伦理委员会的批准，并遵守了美国国立卫生研究院的动物护理和伦理指南。我们动物中心的许可证号是NO.110324230102364187。获得 24 只雄性 Sprague-Dawley （SD） 大鼠，每只 8 周龄 （200 g ± 20 g），并将其饲养在温度为 22°C ± 2°C，湿度为 55% ± 15% 的受控环境中。用啮齿动物维持饲料喂养大鼠，用玉米芯喂养饲料和纯净水作为垫料。在实验前，将大鼠置于12小时/ 12小时的光/暗循环中1周。

1. CUMS大鼠模型的建立

1. 分组
   1. 将 24 只大鼠随机分为 2 组：对照 （CON） 组和模型 （MOD） 组，前者不会暴露于隔离或压力下。每组包含12只大鼠。
   2. 将大鼠饲养在尺寸为55 cm x 40 cm x 20 cm的标准笼中，每个笼子6只大鼠。除非另有说明，否则在整个适应期间保留笼子分配。
   3. 用新鲜的垫料填充每个育种笼，每周更换两次。
   4. 进行为期 1 周的适应期。让大鼠不受限制地获取食物和水，除非在CUMS压力源应用期间。除非另有说明，否则保持恒定的环境，温度为 22°C ± 2°C，湿度为 55% ± 15%，从 08：00 到 20：00 为 12 小时的光/暗循环。
   5. 在开始实验之前，每天处理大鼠，使它们适应研究人员，并尽量减少实验阶段的额外压力。
2. 与慢性不可预测的轻度应激隔离
   1. 同时将 MOD 和 CON 组放置在不同的房间中。将MOD组大鼠单独饲养，同时将CON组大鼠保持在一起。保持所有其他条件不变。
   2. 实施 28 天的压力源方案²⁵.为了防止习惯化并确保压力源的不可预测性，每天随机管理一个压力源，避免连续几天使用相同的压力源。
   3. 在不同的日子随机应用以下九个压力源^26,27 之一：24 小时缺水、24 小时食物剥夺、湿填充物、笼子倾斜、明暗循环反转、4 °C 的冷暴露、45 °C 的热暴露、1 分钟的尾部夹紧或 15 分钟的 160 rpm 摇晃。具体设计见表1。
   4. 在施加压力源期间，限制 MOD 组获得食物和水，直到压力结束，除非在明暗循环反转期间。CON组不需要限制水和饮食。
3. 压力方法
   1. 通过对所有大鼠（不包括对照组）应用抑郁刺激并结合 28 天隔离来启动实验。将这些老鼠饲养在单独的笼子中。请参阅 表 2 了解与抑郁刺激相关的情况。
   2. 为了执行尾夹方法，通过用标准回形针夹住尾巴，在距离大鼠尾巴根部1-2厘米的距离处，将大鼠的尾巴从MOD组中固定出来。测量 1 分钟的夹紧时间 （n = 12）。
   3. 在禁水方法中，通过取出MOD组大鼠的水瓶来扣留水，并记录24小时。
      注意：记录了缺水开始的时间，以便可以准确计算结束时间;观察大鼠在此期间的行为，包括活动、食欲和精神状态。
   4. 在食物剥夺方法中，从MOD组大鼠中扣留食物并记录24小时。
      注意：记录食物剥夺开始的时间，以便准确计算结束时间;确保大鼠在此期间获得足够的水分;并观察大鼠在此期间的行为，包括活动和精神状态等。
   5. 对于4°C的冷刺激，将MOD组的大鼠置于一桶冷水中并记录5分钟。确保水温在整个测试过程中保持一致。在实验结束时，用鼓风机干燥大鼠并将其放回原来的笼子。
      注意： 使用温度计和冰块将冷水温度保持在 4 °C，以在水温上升时调节水温。应定期更换水质，保证水质清洁，温度恒定。游泳时，除头部外，大鼠的所有肢体和躯干都应浸入冷水中。水的深度必须大于老鼠身体的长度，以防止老鼠因接触桶底而跳出水面。
   6. 为了施行45°C热应激，将MOD组大鼠置于培养箱中并记录5分钟，确保温度在整个测试过程中保持稳定。
   7. 在明暗循环的反转中，将笼子包裹在黑布中1小时，以模拟白天的黑暗。随后，在夜间照亮笼子12小时以模仿白天。记录大鼠的行为，食物和水的摄入量以及24小时的睡眠模式。
   8. 对于湿填充物实验，将 200 mL 水引入含有 100 g 填充物的笼子中。将MOD组大鼠饲养在湿笼中，并记录大鼠在湿垫料压力下的行为，包括活动、食欲、饮水量等。观察是否有任何异常行为或不适反应，如大鼠的皮肤和毛发状况，这可能是由湿填充物引起的，并及时记录下来，以便后续分析24 h。测试后，用鼓风机干燥大鼠，然后将其放回装有新鲜木屑的笼子中。
   9. 在笼子倾斜方法中，将MOD组大鼠置于以45°角倾斜的笼子中，靠墙并记录24小时。使用笼架结构调整角度并将笼子固定到位。
      注：计算从开始到结束的时间，观察大鼠在倾斜笼子期间的行为，包括活动、食欲和精神状态，并确保倾斜笼子的角度设置正确并保持稳定，以确保实验的准确性和可重复性。
   10. 对于高速振荡，将MOD组大鼠置于设置为160rpm的机械振荡器中，并记录大鼠15分钟。随后使用行为测试方法来评估模型的成功建立。
   11. 施加压力源后，将 MOD 组笼从 CUMS 室移回饲养室。在为期 4 周的压力暴露期间，将 CON 组保持在位于住房房间的家庭笼子中。
4. 实验过程中的注意事项
   1. 在CUMS室中施加压力源后，将MOD组的笼子转移回普通住房室。
   2. CUMS建模期间的动物监测
      1. 在夹尾过程中，由于诱导刺激，动物可能会挣扎。在此期间，持续监控夹具。如果它脱落，暂停计时器，重新应用夹子，然后恢复计时器 1 分钟。
      2. 不要同时施加缺水和湿床褥压力源。
         注意：避免同时施加湿填充物和缺水有助于保持实验的完整性，减少混杂变量，并促进动物福利。
      3. 在冷水游泳期间，动物的体温和环境室温可能会升高水温。因此，通过添加冰水或冰块进行调整，以保持恒定的水温。
      4. 在施加压力源期间，以30分钟的间隔观察大鼠，昼夜反转期间除外。特别注意异常痛苦的迹象，例如颤抖、嗜睡或缺乏运动。如果观察到这些症状 - 特别是在4°C，冷水，游泳和潮湿的床上用品期间可能出现的体温过低 - 立即将大鼠从压力源中移开。
         注意：当实验动物有健康问题时，如感染、严重创伤、攻击性行为、行动不便等，将实验动物从研究中移除的条件通常围绕着保护它们的健康和安全，同时确保实验结果的完整性。
      5. 每天检查每只大鼠的伤口或其他身体或行为异常。如果观察到任何异常，请咨询实验室兽医，以确定是否应将大鼠排除在实验之外。
      6. 每3天称重每只大鼠一次。如果动物失去超过其饲喂前基础体重的 20%，则必须将其排除在实验之外。

2. 行为测试

1. 首先，对所有大鼠（不包括对照组）进行抑郁刺激并隔离28天。将老鼠饲养在单独的笼子中。有关抑郁刺激条件的详细信息，请参阅 表 2 。
2. 对于旷场测试，将黑匣子分成 25 个面积相等的正方形部分。在箱内安装视频跟踪分析系统。将大鼠置于中央广场，并监测其水平和垂直活动5分钟。
   注意： 盒子的尺寸为 500 mm x 500 mm x 300 mm。将使用视频跟踪系统收集活动数据，以评估啮齿动物在暴露于新环境中时与焦虑相关的行为。
3. 随后，使用所有爪子计算大鼠穿过的方格数，以量化水平活动。将站立和梳理的实例计为垂直活动的指标。每次测试后，使用 75% 的酒精对盒子进行消毒，以消除任何残留的老鼠气味，以便进行后续测试。
4. 接下来，通过蔗糖偏好测试评估快感缺乏。将两个瓶子放在笼盖上：瓶子 A 含有纯水，而瓶子 B 含有 1% 的蔗糖溶液。允许 随意 使用大鼠的两种解决方案。在食用前后称重瓶子，以计算第 0、7、14、21 和 28 天的 60 分钟蔗糖偏好率。计算公式如下：
   蔗糖消耗量 = × 100%
5. 要测量空间记忆和学习能力，请采用莫里斯水迷宫测试。将池划分为四个象限，从 1 到 4 进行编号。在第三象限的水面以下 1 厘米处放置一个浸没式休息平台。
6. 将牛奶引入池中以增加水的不透明度，并在整个实验过程中保持约23°C的水温。
7. 将每只老鼠放在迷宫的各个象限中，让它们 120 秒找到隐藏的平台。老鼠必须依靠空间记忆和学习技能来记住平台的位置。一旦他们了解了平台的位置，他们就可以直接游到平台上。使用莫里斯水迷宫视频跟踪系统记录延迟时间。
8. 将大鼠放置在池中的固定位置。如果被摄体在 120 秒内未能找到隐藏的平台，则将延迟记录为 120 秒。
9. 最后，移除隐藏的平台，将老鼠放回水中，并记录 120 秒内的区域交叉次数。

3. 统计分析

1. 为了评估生化参数的显着差异，采用单因素方差分析 （ANOVA），然后进行 Duncan 事后检验。将数据显示为均值±标准误 （SE），并将小于 0.05 的 p 值视为具有统计显著性。

结果

CUMS诱导的大鼠抑郁模型中的行为测试结果
为了证实 CUMS 程序在诱导抑郁样行为方面的功效，进行了操作检查。雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠被随机分配到MOD或CON组，为期4周，如步骤1.2.3所述。随后，处死大鼠，并完全解剖其海马体，使用酶联免疫吸附测定（ELISA）²⁸评估5-HT，这是一种与抑郁症病理生理学密切相关的神经递质¹⁰。

讨论

抑郁症是一种精神障碍，其特征是情绪低落、缺乏快乐和精力减少等症状³⁰.在抑郁症研究领域，建立可靠的动物模型对于推进治疗干预至关重要。在各种动物模型中，CUMS模型因其高信度、效度以及与人类抑郁症³¹特征的一致性而特别值得关注。它非常适合在各种环境中模拟低水平压力源在长时间内的累积效应。在这项研究中，我们采用了步骤 1.2.3 和表 2

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5 mL centrifuge tube	service Biotechnology Co., Ltd	EP-150-M
1000 µL Pipette	service Biotechnology Co., Ltd	IC021198160223
10 µL pipette tip	service Biotechnology Co., Ltd	IC012395160823
10 µL pipette tip	service Biotechnology Co., Ltd	TP-10
1250 µL pipette tip	service Biotechnology Co., Ltd	TP-1250
2 mL centrifuge tube	service Biotechnology Co., Ltd	EP-200-M
200 µL pipette tip	service Biotechnology Co., Ltd	TP-200
200 µL pipette tip	service Biotechnology Co., Ltd	IC021029160323
300 µL Multi-Channel Pipette	service Biotechnology Co., Ltd	IC091006161022
50 µL Pipette	service Biotechnology Co., Ltd	DS35110
Automatic plate washing machine	rayto Life Sciences Co., Ltd	RT-3100
Benchtop High-Speed Freezing Centrifuge	dalong construction Co., Ltd	D3024R
electronic balance	Mettler Toledo International Trade (Shanghai) Co., Ltd	ME203E/02
Electrothermal blast drying oven	Labotery Experimental Instrument Equipment Co., Ltd	GEL-70
Enzyme Label Detector	BioTeK Co., Ltd	Epoch
High Speed Tissue Grinder	service Biotechnology Co., Ltd	KZ--F
Horizontal Freezer	Mellow Group Co., Ltd	BCD-318AT
Laboratory Ultrapure Water Machine	Jinan Aiken Environmental Protection Technology Co., Ltd	AK-RO-C2
Morris water maze video trail analysing system	Tai Meng Tech Co., Ltd	WMT-200
Rat 5-HT ELISA Kit	Lian Ke bio Co., Ltd,China	96T/48T
SPF grade Sprague Dawley (SD) rats	SPF (Beijing) Biotechnology Co	SCXK(JING)2019-0010
Sprague Dawley rats	Beijing Biotechnology Co., Ltd, China	SCXK (JING) 2019-0010
Vertical Refrigerated Display Cabinet	Xingx Group Co., Ltd	LSC-316C
video tracking system	Tai Meng Tech Co., Ltd	ZH-ZFT
vortex mixer	Servicebio technology Co., Ltd	MV-100