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抑郁症小鼠模型怎么构建?深度精讲各抑郁症动物模型造模方法

“抑郁症不是简单的坏心情”

——前段时间,围绕抑郁症的疾病防治议题登上热搜,其中提到了1种特殊的抑郁症,即微笑型抑郁,这类患者即使在日常生活中会对外表现出礼节性微笑,内心并不能感受到真正的快乐和喜悦。尽管微笑只是他们的面具,抑郁症却也不该是被调侃的“网抑云”。

 

抑郁症小鼠模型

图1 抑郁症议题下的热门微博

                                                                                                                                                                                                                                                        01 认识抑郁症

 

抑郁症(Depression)又称抑郁障碍,以显著而持久的心境低落为主要临床特征,是心境障碍的主要类型[1]。抑郁症的临床症状包括:情绪低落、失去兴趣和快乐、体重显著变化、社交回避、睡眠障碍;部分抑郁症患者伴有严重的焦虑症状出现自杀观念及行为[2]

 

近年来,抑郁症的发病率逐年上升,然而我们对其病因、发病机制仍知之甚少。建立合适的动物模型有助于我们深入探究抑郁症的发病机制,进而寻找有效的治疗方法。

 

02 建立动物模型

 

越来越多的证据表明,抑郁症是由遗传和环境等多种复杂因素相互作用而引发的疾病[3]。目前,科学家们已开发出相应的动物模型,这些模型再现了人类抑郁症的典型症状,可以帮助我们更好地了解该疾病的发病机制。啮齿类动物常用的抑郁症造模方式有:应激造模、手术造模、药物造模和基因造模[4]

 

抑郁症小鼠

图2 抑郁症的造模方式[6]

 

Part 1 应激造模

研究表明,急性或慢性压力应激会导致抑郁症等精神疾病[5]。具体造模方法包括对啮齿动物施加不可控制及不可预测的压力源,可分为急性和慢性应激抑郁模型

 

1、习得性无助(Learned Helplessness, LH)模型

造模方法:让实验动物暴露于不可避免的足部电击环境中,持续一段时间之后,动物最终无法学会避免电击,将这种行为称为习得性无助。

 

特点:可观察到类似抑郁的行为,如体重减轻、运动活动改变、睡眠障碍、动机行为减少和快感缺乏等。但尚未证实习得性无助症状是否为抑郁症患者所特有,因此该模型目前常用于进行抗抑郁药物的初步筛选

 

2、慢性社交挫败(Chronic Social Defeat)模型

造模方法:将实验动物多次暴露于具有攻击性的常驻小鼠(如ICR小鼠)笼中,长期承受一定的身体和心理压力,易感模型动物由于多次被攻击压迫而表现出斗争消极状态以及情绪低落的现象,对应于社交回避和快感缺乏等抑郁样行为。

 

特点:需要使用大量的动物,造成实验设施及人力资源的消耗;并且由于雌性动物攻击力较低而较难实现社会挫败,因此该模型仅适用于雄性啮齿动物

 

3、慢性束缚应激(Chronic Restraint Stress)模型

造模方法:将动物放入束缚管中无法移动(保证通风使其可正常呼吸),每天2~8小时,持续14~21天。

 

特点:造模成功后动物可表现出社交互动减少、快感缺乏和空间学习记忆受损等抑郁样表型。该模型制备方法简单,与人类抑郁症相似程度高,但其缺点为动物易对反复出现的束缚应激产生适应性,导致抑郁样症状难以维持。

 

4、慢性不可预测性温和刺激(Chronic Unpredictable Mild Stress)模型

由于单一的重复刺激易引发动物产生适应性反应,而使用慢性不可预测性温和刺激模型则可以避免这种情况,使动物产生长期有效的抑郁样情绪。

 

造模方法:动列不可预测的温和刺激,包括昼夜节律变化、笼子倾斜、社会压力、冷热刺激、束缚、悬尾等其他类似的应激源。

 

特点:可诱导动物表现出持续的抑郁状态,较好地模拟出人类在社会环境中长期受到各种低水平刺激所引起的反应,与人类抑郁症吻合程度高。

 

因此,该模型被认为是目前最经典的抑郁症动物模型,但其缺点在于造模耗时长、工作量大。

 

Part 2 手术造模——嗅球切除术

嗅球切除术(Olfactory bulbectomy, OBX)是最常用的手术造模方法,该手术依赖于啮齿动物双侧嗅球的手术消融。造模两周后,动物可出现快感缺乏、行为改变、睡眠周期中断和体重减轻等,类似于抑郁症患者表现出的症状。

 

该模型稳定性好,但缺点在于这种造模方式是由嗅球皮层损伤产生的,仅能模仿一定数量的抑郁症患者;并且造模中动物死亡率较高

 

Part 3 药物造模

1、皮质酮给药

慢性皮质酮给药可通过皮下注射或通过饮用水直接饲喂,持续数周至数月后,啮齿动物可出现绝望行为及快感缺失,以及学习记忆受损和焦虑样行为等。

 

该模型具有简单易行、周期短等优点,但存在一定的副作用。

 

2、利血平给药

利血平是一种囊泡再摄取抑制剂,通过静脉注射给药可使动物出现抑郁样表型。

 

该模型造模时间短(在静脉注射1h后即可出现抑郁样行为),且操作简单。然而,利血平给药可产生类似于帕金森疾病中的运动障碍、体温过低等症状,死亡率较高。

 

Part 4 基因造模

基于抑郁症的单胺假说、BDNF的作用及参与HPA轴调控的基因,目前已经建立起相应的转基因动物模型,来靶向「血清素能系统」「去甲肾上腺素能系统」以及「HPA轴调控系统」相关的基因。

 

1、基于血清素(5-hydroxytryptophan, 5-HT)系统的基因模型

5-HT药物通常用于治疗抑郁症,因此大多数抑郁症的遗传模型都是基于5-HT操纵系统。

 

Tph1/Tph2:色氨酸羟化酶(tryptophan hydroxylase, TPH)是5-HT合成步骤中的限速酶,其两种亚型TPH1和TPH2参与催化血清素能系统。对于Tph2-/-小鼠,其在悬尾实验中的不动时间增加,表明该动物模型出现绝望行为的抑郁样表型,并且有较高的焦虑水平。此外,Tph1/Tph2双敲除小鼠模型也表现出相应的抑郁样行为。

 

Vmat1/Vmat2:囊泡单胺转运蛋白(Vmat)由两种蛋白质组成:Vmat1和Vmat2,Vmat1富含嗜铬蛋白,而Vmat2主要在单胺能神经元中表达。纯合的Vmat2-/-小鼠出现致死现象,而Vmat2+/-小鼠表现出明显的抑郁样表型,如绝望行为及快感缺乏反应等,但并未观察到焦虑样行为。

 

2、基于BDNF的基因模型

BDNF是抑郁症研究最多的基因。但缺失BDNF的纯合子遗传模型小鼠不可存活,而杂合BDNF KO小鼠的表型与正常动物相比并无差异。

 

3、基于HPA轴的基因模型

基于HPA轴改变相关基因的遗传操作也为探索抑郁症相应的分子基础提供了很好的机会。其中,促肾上腺皮质激素释放因子(Corticotropin-releasing factor, CRF)在小鼠中的过表达导致焦虑样行为增加,但不会导致抑郁样行为。而纯合CRF敲除小鼠与对照同窝小鼠相比,没有表现出行为异常。

 

总结来说,抑郁症是一种由多个基因以及环境因素共同作用的多因素疾病,因此,单基因缺失或过表达不能与所有抑郁核心症状重叠;并且这类基因模型花费成本较高,临床应用受限

 

03 赛业小鼠推荐

 

针对抑郁症类精神疾病,赛业生物可以通过行为学方法实现急性应激模型的建立,以及其他一系列慢性抑郁模型;同时,对应与抑郁症疾病相关的多个基因,如Bdnf、Comt、Gnb3、Htr1a、Htr1b、Htr2a、Htr2c、Maoa、Slc6a2、Slc6a3、Slc6a4、Tph1等[7]“找小鼠,上红鼠”小鼠资源库也能为科研人员提供KO/CKO品系,只需输入基因名称即可快速查询品系状态与基因信息,其中还附带了全新升级的基因敲除技术方案(由大型AI生物信息数据库RDDC提供支持)。此外,赛业也能通过完善的行为学方法对大小鼠的多种抑郁表型进行检测,如糖水偏好、悬尾、强迫游泳等。期待与你一同探讨疾病研究与药物开发。

 

https://www.cyagen.com/cn/zh-cn/public-search.html

直达小鼠资源库

 

小鼠资源库

图3 抑郁症模型相关基因的KO/CKO品系[7]

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