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什么是自闭症?ASD研究有哪些动物行为学评价指标?

“如果自闭症能吃药治好,那该多好呀。”这是全世界自闭症家长的心愿。

自闭症患者往往生活在自己的世界里,不愿与别人交流,在这种异常复杂的精神疾病被发现至今的80多年间,科学家们从未放弃努力寻找根治它的良方。每年自闭症的新生患病人数都在逐渐攀升,庞大的患病数量以及无法医治的现状,让自闭症成为了科学研究中最被关注的儿童发育性疾病。

 

什么是自闭症

自闭症谱系障碍(Autistic Spectrum Disorders, ASD),也称孤独症谱系障碍,是一种由大脑发育差异引起的广泛性发展障碍,其病征包括异常的语言能力和交往能力、狭窄的兴趣以及固执的行为模式[1]ASD包括了之前的经典自闭症、阿斯伯格综合征和儿童瓦解性精神障碍等,人们常说的自闭症指ASD即广泛意义上的自闭症。ASD目前的全球发病率约为0.6%-1%,目前ASD治疗以对症治疗为主,主要针对干扰日常功能和生活质量的症状,由于ASD对每个人的影响不同,每个患者都由不同的治疗需求,治疗方案通常涉及多个专业领域。

 

在自闭症研究中,检测自闭症谱系障碍小鼠表型时,其行为学特征是最为重要的评估标准。DSMV中确定自闭症患者的几个核心特征包括:社交障碍、重复刻板行为、认知障碍和沟通障碍等[1]。因此,我们可以在啮齿动物中建立相应的行为学检测手段,进而评估模型构建成功是否。

 

ASD研究有哪些动物行为学评价指标?

社交障碍的评估:三箱社交实验

实验原理:与人类自闭症的行为症状类似,自闭症动物模型表现为各种社交互动或联系减少。可通过使用三箱社交实验来检测啮齿类动物的社交行为障碍[2]社交偏好行为被定义为,与在探索陌生物体相比,动物探索陌生小鼠(同种类同性别)花费的时间更多。

 

评价指标:通过检测实验鼠分别在陌生鼠和另一侧非社交对象所花费的时间,正常的被测鼠应该更喜欢花时间与陌生鼠接触,而自闭症模型动物则在陌生鼠附近花费的时间较少。另外,我们还可以利用三箱装置进行社会偏好任务测试,即在三箱两侧分别放置熟悉和陌生的动物,由于啮齿类动物更愿意寻求新奇,因此可检测其探索陌生动物的时间来评价其社会偏好程度。

 

三箱社交实验

三箱社交实验

 

认知障碍的评估:Morris水迷宫实验

实验原理:认知僵化通常与自闭症患者的重复样行为伴随发生。可通过Morris水迷宫实验评估认知功能[3]

 

评价指标:啮齿类动物学会在水下找到隐藏平台的能力反映了其依赖海马的空间记忆和学习水平。通过检测动物找到平台所花费的时间和游泳轨迹的复杂程度,可用于评估自闭症动物模型的记忆缺陷及认知障碍。其他可用于评估认知功能的测试包括Y迷宫实验、新物体识别实验等。

自闭症小鼠

水迷宫、Y迷宫和新物体识别实验

 

重复刻板样行为的评估:理毛实验和埋珠实验

实验原理:自闭症患者的另一大诊断标准为出现重复刻板样行为。自闭症小鼠经常表现出自发的重复行为,如自发旋转、理毛、跳跃等。其中,重复的理毛行为可能造成皮肤、毛发等病理性损伤。常见行为学测试包括理毛实验和埋珠实验[4]。在埋珠实验中,在笼具里面铺上垫料,固定间距将玻璃珠放置在垫料上,如果玻璃珠超过三分之二的部分被垫料覆盖,则认为该玻璃珠被小鼠掩埋。

 

评价指标:通过记录理毛实验中动物发生理毛行为的持续时间以及埋珠实验中动物在一定时间内掩埋的玻璃珠数量,可以评估动物的刻板样行为。

 

自闭症小鼠

埋珠实验[5]

 

通讯障碍的评估:泌尿信息素和超声波发声

实验原理:沟通障碍是自闭症的另一个标志[1]在啮齿类动物中,嗅觉线索是最重要的,超声波和声波范围内的发声、视觉线索、味觉和触觉方式也可能有助于信息交流和社会联系[6]。通常使用通讯检测任务如泌尿信息素和超声波发声来评估小鼠发出的嗅觉和听觉线索并进行评分。

 

评价指标:通过计算小鼠对其他小鼠留下尿信息素标记气味的数量以及接近嗅觉线索的持续时间,对动物的嗅觉交流能力进行评分。而在自闭症模型动物中,可检测到其超声波发声的显著异常。

 

焦虑样行为的评估:高架十字迷宫实验和旷场实验

实验原理:大多数自闭症患者也表现出明显的焦虑,常用于检测焦虑水平的测试包括高架十字迷宫实验[7]及旷场实验[8]等。

 

评价指标:对于高架十字迷宫实验,动物进入开放臂的潜伏期较长、进入开放臂的时间较短等表现可被认为是焦虑样行为;旷场实验是一种常用的用于评估动物焦虑和运动水平的测试,动物被放置在一个顶部开放的箱子中,通过检测其位于旷场中心区域所花费的时间、总运动距离等来评估动物的焦虑水平。

 

自闭症小鼠

高架十字迷宫实验和旷场实验

 

自闭症小鼠

 

为神经药物研发提速

赛业生物开发了针对自闭症的小鼠,也可根据研发需求来定制或合作开发其他基因编辑小鼠模型,包括基因敲除、基因敲入、点突变、人源化小鼠模型及大小鼠手术疾病模型等;同时,自建大小鼠神经行为学平台中的水迷宫、Y迷宫、旷场、新物体识别等也能为自闭症的临床前研究提供有效支持。当前,不仅仅是亨廷顿症,包括阿尔茨海默症、渐冻症等神经退行性疾病的疗法开发都依旧乏善可陈。对此,赛业生物搭建了以神经退行性疾病为特色的神经疾病CRO服务平台,可以为科研人员提供神经疾病模型构建、行为学分析、药效评价分析等全流程服务。

 

自闭症小鼠

 

参考文献:

1. American Psychiatric Association . Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-IV) 4th. Washington, DC: American Psychiatric Association; 1994.

2. Crawley J.N. Designing mouse behavioral tasks relevant to autistic-like behaviors. Ment. Retard. Dev. Disabil. Res. Rev. 2004;10:248–258. doi: 10.1002/mrdd.20039.

3. Hill MN, Hellemans KG, Verma P, Gorzalka BB, Weinberg J. Neurobiology of chronic mild stress: parallels to major depression. Neurosci Biobehav Rev. 2012;36(9):2085-2117. doi:10.1016/j.neubiorev.2012.07.001.  

4. Angoa-Perez M., Kane M.J., Briggs D.I., Francescutti D.M., Kuhn D.M. Marble burying and nestlet shredding as tests of repetitive, compulsive-like behaviors in mice. J. Vis. Exp. 2013:50978. doi: 10.3791/50978.

5. Angoa-Pérez M, Kane MJ, Briggs DI, Francescutti DM, Kuhn DM. Marble burying and nestlet shredding as tests of repetitive, compulsive-like behaviors in mice. J Vis Exp. 2013;(82):50978. Published 2013 Dec 24. doi:10.3791/50978.

6. Hofer MA, Shair HN. Ultrasonic vocalization, laryngeal braking, and thermogenesis in rat pups: a reappraisal. Behav. Neurosci. 1993;107:354–362.

7. Lezak K.R., Missig G., Carlezon W.A., Jr. Behavioral methods to study anxiety in rodents. Dialog. Clin. Neurosci. 2017;19:181–191.

8. Seibenhener M.L., Wooten M.C. Use of the open field maze to measure locomotor and anxiety-like behavior in mice. J. Vis. Exp. 2015;96:e52434. doi: 10.3791/52434.

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