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脑声问答(10)期丨如何进行动物社交挫败应激模型(SDS)的行为学评价?

 脑声常谈 2024-04-15 发布于上海

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往期实验方法,需要的老师可以按照以下操作进行查阅:进入公众号脑声常谈→底部菜单栏脑声助手方法检索→最上方搜索框输入实验名称,您找的实验方法就出来啦!

社交挫败应激模型(SDS):一种模拟抑郁症的动物模型。SDS模型通过模拟人类社交行为来制造动物的抑郁状态,特别是通过慢性社交挫败应激(CSDS)来复现人类抑郁症状。在CSDS模型中,可以识别对抑郁应激反应敏感或不敏感的动物,使其应用更加广泛。相比于持续四周以上的慢性不可预见性轻度应激(CUMS)模型,社交挫败模型的实验周期较短,仅需10天,因此具有更高的稳定性和可重复性。该模型结合生理和心理的双重应激,评估动物的抑郁样行为,使用传统的抑郁动物模型评价指标及社会交互作用指数,有效地模拟了人们在面对过大的社交压力、频繁挫败或长期遭受欺凌时的抑郁反应。

大鼠社交挫败应激模型


大小为20×10×10cm,作为入侵者(n=20)或者对照组(n=16)。雄性Long-Evans大鼠(380-450克)与输卵管结扎后的雌性LE大鼠配对喂养,笼子大小为54×40×20cm。所有实验大鼠均处于标准实验环境(开灯:19:00,关灯:07:00,最佳温度为21±1°C。

居留者-入侵者模型:社交挫败应激的实验过程。在这个模型中,使用经过筛选的Long-Evans大鼠作为“居留者”,以确保它们的攻击性适中,既不是攻击性不足也不是过度攻击。实验分为两个阶段,总时长为45分钟。在第一阶段,持续15分钟,将SD组大鼠(即“入侵者”)放入“居留者”的笼中。此时,居留者将发起包括身体对抗、击打、缠斗和撕咬等行为的攻击,引发入侵者的屈服行为,表现为停止挣扎,背部向下,腹部暴露,这象征着社交挫败的发生。SDS造模实验每天在上午9:30开始,总时长约60分钟,实验前10分钟移除LE雌鼠。实验分为两个主要阶段:第一阶段为躯体应激,持续不超过5分钟。在此阶段,“入侵者”(CSDS组的SD大鼠)被放入“居住者”(LE大鼠)的笼中,允许两者身体接触。如果躯体应激过于剧烈或持续时间达到5分钟,则立即终止此阶段。过于剧烈的攻击定义为SD大鼠出现投降动作或被居住者抓住不放超过3秒。第二阶段为心理应激,持续约55分钟,通过金属网格筛分隔两只大鼠,避免直接身体接触。入侵者被放入一个金属丝制的保护笼中,并放入居住者的家中,使其能看见、听见和闻见居住者,但无身体接触。对照组大鼠放置在没有居住者的笼中1个小时。实验结束后,SD大鼠返回自家笼中,LE大鼠的配对雌鼠也被放回其相应的笼中。这一社会挫败刺激过程持续3周。

小鼠社交挫败应激模型


雄性C57BL/6小鼠,7-8周龄,体重20-30g;雄性、雌性CD1小鼠,40-42周龄,体重120-150g。所有动物均饲养于同一环境中,环境温度为24-27℃,所有小鼠可自行获得食物和水,控制光照时期为12小时(07:00-19:00)。

选用CD-1雄性小鼠作为攻击鼠(宿主),选择C57BL/6J作为实验鼠(入侵者),利用雄性小鼠的领地意识,当有外来小鼠C57BL/6J入侵的时候,宿主CD-1小鼠便会自发攻击入侵小鼠。社会挫败刺激主要分为两个阶段,第一阶段是5~10min的身体攻击,实验鼠C57BL/6J进入CD-1的领地,被CD-1连续攻击5~10min;第二阶段为24h的感官接触。

将一只雄性CD1小鼠和一只雌性CD1小鼠一同放置在同一笼子中以共同生活,使雄性CD1小鼠形成领地意识。同时,随机将雄性C57小鼠分为对照组和实验组,每组至少20只。对照组每笼养两只,而实验组则每只单独养一笼,分配好编号,并进行一周的正常喂食和饮水以适应环境。一周后,从CD1的笼子中取出雌性小鼠,再放入一只陌生的C57雄性小鼠作为领地入侵者。如果CD1笼中的雄性小鼠在一分钟内开始攻击入侵者,则认定为具有攻击性的CD1小鼠;如果没有显示攻击性,继续养育。随后开始正式实验。首先选取C57品系小鼠一只,将其放入含有随机攻击性CD1品系小鼠的笼中,同时将配对的雌性鼠移出,让CD1品系雄性小鼠持续攻击C57小鼠约20分钟;接着用铁丝网将两鼠隔开,使它们可以相互看到对方并嗅到彼此的气味,但不能直接接触,此隔离状态维持40分钟。完成后,将C57小鼠放回其原笼,这标志着第一天的应激实验结束。第二天,再次将C57小鼠放入一个新的CD1雄性小鼠的笼中,采用与第一天相同的方式施加应激;第三天,将其放入第三只CD1雄性小鼠的笼中,同样施加应激。如此重复,连续进行10天,每天都确保C57小鼠受到不同CD1雄性小鼠的攻击。对照组的C57小鼠则保持正常的饮食与饮水,保持两只一笼,并且每天交换同居的小鼠。经过这10天的应激刺激后,所有的C57小鼠将进行行为学测试。根据社会接触和糖水消耗的行为学结果,将实验组的C57小鼠分类为抑郁易感组和非易感组。

雌性小鼠CSDS模型的建立


在多数情况下,雄鼠都不会攻击雌性侵入者,但可利用其他雄鼠尿液中气味和信息素增加其攻击行为。即将其他雄鼠尿液应用于雌性小鼠尾巴根部及会阴处,诱导具有攻击性的雄性CD1小鼠反复攻击雌性入侵者C57BL/6J小鼠,每次5~10min,持续10d。

- Fig1 社交挫败应激流程 -

在实验开始前进行了以下基线测试:糖水偏好测试(SPT)、体重测量(BW)、自发活动测试(LAT)。建模完成后,对实验动物进行了体重测量、糖水偏好测试、强迫游泳测试(FST)、旷场测试(OFT)和高架十字迷宫测试(EPM)。LAT、OFT、FST和EPM的测试过程均进行了视频录制,并对行为进行了分析。测试时间定在早上9点至下午5点。每次行为测试前,每只大鼠需先被转移到行为学房间中适应6到7分钟。行为学房间保持恒温(21±1℃)、恒湿(55±5%),并采用约2lx的昏暗照明。每次测试前,实验区域均用75%酒精消毒,并等待酒精完全挥发。简要来说,OFT是用来测量大鼠在5分钟内的总运动距离和中央区域活动时间,以此反映其活动水平和焦虑行为。在大鼠禁食及禁水6小时后,SPT通过测量一小时内的蔗糖摄入量与总液体摄入量(水加蔗糖)的比值来评估糖水偏好,使用的公式为:蔗糖偏好=蔗糖摄入量/总液体摄入量,此测试用于评估大鼠的快感缺乏状况。FST中,大鼠在5分钟内的不动时间被视为绝望行为的指标。EPM则是通过测量大鼠进入开放臂与封闭臂的时间比来评估其行为。

1
社会接触行为实验

啮齿类动物同样也是社会群居性动物,正常鼠在陌生环境里会四处摸索、寻求互动;在遇到陌生鼠后会频繁与其接触、互动交流,单位时间内接触次数时间较多;而经过社会挫败应激刺激的C57小鼠产生了孤避和逃避打击等抑郁样症状,遇到陌生鼠后会极力躲避前期经历(被CD1鼠攻击),因而单位时间内接触次数时间少。

在研究慢性社会应激对小鼠的影响时,可以通过测量它们与陌生小鼠的互动时间来评估造模是否成功。实验设置如下:在社会交互箱的右上角,安放一个带盖的圆柱形铁丝笼(半径6厘米,高20厘米),用于放置陌生鼠。闸门下方涂黑,使C57小鼠只能看到笼子内的陌生鼠。以此笼为中心,划定一个矩形接触区(15×27厘米)。实验分两个阶段进行:

  • target absent阶段:不放入陌生鼠,打开闸门后,将一只C57小鼠放入箱中,允许其自由活动。设定时间为3分钟,记录小鼠进入接触区的时间,记为A。实验后,取出小鼠并清理交互箱。

  • target present阶段:在铁丝笼中放入一只完全陌生的CD1小鼠,并覆盖笼子。再次将同一只C57小鼠放入箱中,记录3分钟内它进入接触区的时间,记为B。实验完成后,将两只小鼠取出并归还原笼,清理箱体。

通过计算B与A的比值作为行为学指标,比值越小表示抑郁样行为越明显。此方法有助于确定慢性社会应激造模的成功与否。

- Fig2 社会接触行为实验 -

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糖水偏好实验

糖水偏好实验快感缺失是抑郁症的主要症状之一,一般来说正常人或动物偏爱甜的事物。糖水消耗值与动物快感成正比:越大就表明动物越正常,反之则表示快感缺失。在测试的C57小鼠的笼子上左边配置一瓶1%蔗糖水,右边配置一瓶纯水,保持自由饮食饮水两天,期间每12h将糖水瓶和纯水瓶的位置互相交换一次,防止C57小鼠有位置偏好。然后第三天将两瓶水和饲料全部撤走,让其禁食禁水24h。第四天再将每笼随机位置放回两瓶水,让C57小鼠自由饮用,2h后取下两瓶水分别测量小鼠喝完后剩余的溶液体积。分别计算糖水消耗体积A和纯水消耗体积B;得出的A/(A+B)就是每只小鼠的糖水偏好。

- 小鼠糖水偏好测试系统,型号:XR-XT212,上海欣软 -

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强迫游泳测试

强迫游泳测试(FST)是研究抑郁症的经典行为实验,适用于对大鼠和小鼠的研究,主要用以评估动物的行为绝望程度。实验中使用的Wistar大鼠游泳桶,内径为25厘米,水深为45厘米。实验操作中,将大鼠置于水中让其游泳6分钟,观察者会对最后4分钟内大鼠在水中的静止时间进行记录和分析。静止的定义是大鼠仅让头部露出水面,漂浮不动,身体不进行挣扎动作。静止时间越长,说明大鼠的行为绝望程度越高。为了保证实验的准确性,每只Wistar大鼠在实验中应相互隔离,避免视觉和听觉的相互干扰。实验前需要清除水面上的粪便,实验后应使用毛巾将大鼠毛发尽可能擦干,以防其感冒。

- 强迫游泳实验系统,型号:XR-XQ202,上海欣软 -

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社会交往测试

社会交往测试(social interaction test,SIT)用以评价社交挫败模型小鼠的社会交往能力。实验所用旷场为定制的不透明塑料箱,其规格为42cm(w)×42cm(d)×42cm(h)。旷场分为两个区,一是围绕金属笼周边14cm(w)×24cm(d)的接触区(interaction zone),另一个是与接触区相对应的两个9cm(w)×9cm(d)的角落区(corner zone)。这个测试由两个阶段组成。在第一阶段,即无攻击鼠阶段(target absent),实验中将一个空的金属笼子放置在接触区。随后,将C57BL/6J小鼠头部朝向角落区的方向,放在旷场的中央,同时录像记录5分钟内的活动情况。第二阶段是有攻击鼠阶段(target present),此阶段在接触区中放置一个新的同样的金属笼子,并在笼内加入一只陌生的CD-1攻击鼠。然后,同样将C57BL/6J小鼠头朝角落区放在旷场中间,录像记录5分钟的活动情况。实验结束后,使用视频分析系统来分析300秒内小鼠在旷场各区的活动时间。

社会交往率(social interaction ratio,SIR)=有攻击鼠存在时C57BL/6J小鼠在接触区持续时间/无攻击鼠存在时C57BL/6J小鼠在接触区持续时间。SIR≥1,表明C57BL/6J小鼠是抵抗鼠(resilient),对此应激不敏感;SIRR<1,表明C57BL/6J小鼠是易感小鼠(susceptible),即为造模成功小鼠。实验中要保持绝对安静,且每阶段放C57BL/6J小鼠进旷场前,都要将粪便处理干净并喷洒75%的酒精去除异味,以免对测试造成干扰。

Fig3 社会交往测试图示

Fig4 交挫败模型后的行为学评价

总结


在社会挫折模型中,如果SIR(社会互动比)小于1,则将动物归类为敏感型;如果SIR大于1,则归类为抵抗型。这种分类方法可以有效减少个体间差异对整体动物行为学评估的影响,例如在慢性不可预见性温和应激(CUMS)实验中,由于个别动物天生对糖水不感兴趣,可能会影响到整体的糖水偏好率评估。此外,还可以采用悬尾实验等方法来评估动物的抑郁样行为。关于动物的学习和记忆能力,常用的评估方法包括Morris水迷宫(Morris water maze,MWM)、Y迷宫和新物体识别实验(novel object recognition,NOR)。

遭受社交挫败应激的实验动物则会表现出易受惊吓、逃避以及蜷缩的状态,自主活动较少,毛发杂乱无光泽。

社会挫败带来的应激影响可能持续一个月,因此在筛选抗抑郁药物和评估潜在治疗药物引起的生理反应时,可考虑在10天的实验模型建立后进行连续给药。这样做可以避免在建模过程中药物干预引起的额外生理刺激,影响实验模型的成功与否。

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