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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。
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。
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。
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
2. 行为测试
3. 统计分析
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。
在 CUMS 诱导之前,测试组在 OFT 评分、蔗糖偏好或 MWM 分析方面未观察到显着差异。
建立CUMS模型后,单因素方差分析(ANOVA)揭示了CUMS对大鼠焦虑行为的显著影响。具体来说,在OFT中,观察到两组之间存在显着差异。与CON组相比,MOD组的垂直和水平得分较低(**P < 0.01;图 1A,B,E),表明 CUMS 程序可有效诱发焦虑。
随后,如步骤2.4所述,在5天内进行蔗糖偏好试验(SPT),以评估大鼠在CUMS暴露后是否表现出快感缺乏的迹象。结果显示,第0天两组间蔗糖偏好百分比无显著差异。然而,单因素方差分析显示,在第 28 天,两组之间的蔗糖摄入量存在显着差异。具体而言,MOD组蔗糖偏好率低于CON组(**P < 0.01; 图1C),证实了CUMS方案在诱导快感缺乏方面的有效性。
单因素方差分析结果显示,CUMS对大鼠的空间记忆和学习能力有显著影响,通过MWM检验评估。MOD组定位平台的时延明显长于CON组(**P < 0.01)。在交叉次数方面,MOD组的交叉次数少于CON组(**P < 0.01;图1D,F)。这些发现支持了CUMS协议在诱导大鼠记忆障碍方面的功效。
CUMS诱导的大鼠抑郁模型中海马5-HT水平的结果
海马5-HT水平单因素方差分析显示两组间差异有统计学意义(**P < 0.01)。与CON组相比,MOD组的海马5-HT水平降低(图2)。这些结果表明,CUMS 协议有效地降低了海马 5-HT 水平,这是在人类抑郁症中常见的现象29。
图 1:CUMS 诱导的大鼠抑郁模型的影响。 (A) 旷场测试 (OFT) 垂直分数。(二)旷场试验横分。(C) 第 0 天和第 28 天的蔗糖消耗水平 (%)。CUMS诱导的快感缺乏和大鼠蔗糖偏好降低。(D) MWM 测试中的延迟、时间和区域交叉次数。结果以平均值表示± SE(n = 每组12只大鼠)。**P < 0.01 表示与使用单因素方差分析 (ANOVA) 计算的对照 (CON) 组相比,模型 (MOD) 组发生了显著变化。(E) 每组大鼠的OFT轨迹。(F)每组大鼠的MWM轨迹。 请点击这里查看此图的较大版本.
图 2:CUMS 诱导的大鼠抑郁模型中对大脑 5-HT 水平的影响。 与对照组 (CON) 相比,接受 4 周 CUMS 的大鼠表现出海马 5-HT 水平显着降低。结果以平均值表示± SE(n = 每组12只大鼠)。**P < 0.01 表示与使用单因素方差分析 (ANOVA) 计算的 CON 组相比,模型 (MOD) 组发生了显著变化。 请点击这里查看此图的较大版本.
压力 | 日 |
尾夹 1 分钟 | 1, 7, 20 |
缺水 24 小时 | 3, 18, 28 |
食物剥夺 24 小时 | 2, 16, 25 |
在 4 °C 冷水中游泳 5 分钟 | 4, 11, 19, 23 |
45 °C 热应激 5 分钟 | 5, 14, 17, 27 |
光暗周期的反转 | 6, 12, 22 |
湿衬垫 | 9, 15, 26 |
笼子坡度 24 小时 | 10, 21 |
高速振荡 15 分钟 | 8, 13, 24 |
表 1:慢性不可预测的轻度压力 (CUMS) 时间表。 在大鼠受试者中诱导 CUMS 的压力源和执行日期。
压力 | 四个辅助条件 | 三个同源变化 |
尾夹 1 分钟 | 突发因素 | 风↑ 胆汁↑ |
缺水 24 小时 | 节食 | 风↑ |
食物剥夺 24 小时 | 节食 | 风↑ |
在4°C冷水中游泳5分钟 | 生活 | 痰↑ |
45°C热应激5min | 生活, 气候变化 | 胆汁↑ |
光暗周期的反转 | 生活 | 风↑ |
湿衬垫 | 生活 | 痰↑ |
笼子坡度 24 小时 | 生活 | 风↑ |
高速摇动 15min | 突发因素 | 风↑ |
表 2.九个压力源与四个辅助条件和蒙古医学中的三个同源理论。 蒙古医学中九个应激源之间的内在关系,三个同源理论和四个辅助条件。
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 中概述的一系列压力源,在大鼠中建立了 CUMS 诱导的抑郁模型。应力协议的几个方面对于模型的成功至关重要。首先,与CON组中的大鼠不同,所有MOD组中的大鼠必须单独饲养。其次,应仔细规划 CUMS 应激方案以保持不可预测性。具体来说,大鼠应每周从九种可能的压力源中随机选择七种。这些压力源的可变性和不可预测性对于模型的有效性至关重要32,33。最后,应尽量减少重复使用相同的压力源,以防止大鼠适应,这可能会损害实验结果的完整性。此外,压力源设置被设计为在整个研究过程中都是可调节的。
作为抑郁模型,CUMS 模型具有几个优点。它与人类抑郁症的发病机制密切相关,并准确地代表了大多数临床症状和潜在机制34。它的主要优势之一是它使用快感缺乏或缺乏快乐作为可量化的指标 6,7。该模型还考虑了导致抑郁症发作的各种因素35,36。重要的是,CUMS 模型是为长期应用而设计的,持续时间长达数月。该持续时间与抑郁模型的需要一致,并允许评估慢性给药方案中的药物,以及鉴定具有快速作用机制的化合物36。由于其综合性,CUMS模型已在科学文献中被广泛接受。
尽管有这些优点,但 CUMS 模型并非没有局限性 5,37。主要缺点之一是其资源密集型性质,需要在环境、人力和时间方面进行大量投资,因此导致可重复性低38.关于压力源的选择和强度,以及压力源的应用顺序,文献中也存在不一致38.这种不一致使得在不同实验室之间复制模型变得具有挑战性。此外,文献缺乏应用压力源的详细时间表,增加了另一层模糊性39,40。另一个问题是不同研究采用的组合方法的差异;这些往往缺乏明确的理由,给模型复制带来了困难。受试者动物对应激源设计的微小改变高度敏感,这也导致了低再现性40。此外,使用有限数量的压力源可以导致受试者动物的习惯化,使压力源的设计具有可预测性。最后,来自不同实验室的动物对压力源表现出不同的反应,导致研究之间的可重复性差。在现有文献中,已确定 Wistar Kyoto (WKY) 大鼠在暴露于 CUMS25,41 后特别容易受到抑郁症样表型的影响。这表明,菌株间变异性可以显着影响对压力诱导的行为变化的易感性。同样,SPT是通常用于评估抑郁模型有效性的关键指标,也带来了一系列挑战。具体来说,个体大鼠在消耗1%蔗糖溶液20,42时表现出可变性。在应激条件下,易受应激和抗应激的动物在食用甜味溶液时都表现出变化。因此,确定给定批次中真正具有抗逆性或属于相反类别的动物的比例变得具有挑战性。这种变异性可能导致一些动物表现出的 SPT 结果不能准确反映它们的疾病状态。
为了提高CUMS模型的可靠性,我们提出了一些方法上的改进。首先,将 CON 组的动物与 MOD 组的动物分开至关重要,以减轻嗅觉、视觉和听觉刺激的影响,嗅觉、视觉和听觉刺激会在动物中引起压力43,44。其次,为了尽量减少变异性,建议指定一到两名经验丰富的实验室人员进行所有实验。这种方法有助于减少由个别因素引起的错误。此外,先前的研究已经确定了抗压试验动物13;因此,在正式实验之前或事后筛选这些组以更好地解释结果将是谨慎的。关于 SPT 测试,这是一种基于奖励的行为评估,用于衡量内在快感缺乏,在开始 CUMS 协议之前确定最佳蔗糖浓度至关重要。初步确定基于蔗糖浓度的偏好可以显著提高测试的判别敏感性20.然而,应该注意的是,由于极度口渴,遭受24小时食物和水剥夺的大鼠可能会不分青红皂白地消耗任何可用的液体35,45。为了更准确地衡量蔗糖偏好,我们建议在昼夜节律周期的夜间阶段评估消耗量,此时啮齿动物最活跃。在昼夜(不活动)阶段施加的压力源可能导致慢性睡眠剥夺,从而引入意想不到的压力源46,47。最后,必须仔细控制上述可管理因素的影响,以确保收集的数据尽可能可靠。
目前西方的抑郁症临床治疗方案通常具有明显的毒副作用,并且停药后复发的可能性很高。研究植根于传统医学的治疗方法,并通过蒙古医学理论的视角深入研究抑郁症的发病机制,可以为该疾病的病因提供创新的见解。在这种情况下,开发符合传统医学原则的抑郁症动物模型是蒙古医学研究的关键一步。单独培养CUMS建模方法中9个应激源的选择尤为值得注意;它以蒙古医学的三个同质理论以及四个辅助条件与三个同质之间的内在关系为依据。这种方法与蒙古医学的独特原则高度兼容。抑郁症的表型分析结合外部因素,揭示了与蒙古医学中的风和痰概念的显着相关性(见表2)。具体来说,与风相关的功能障碍在临床上表现为能量损失、失眠、健忘、疲劳和疼痛等症状。另一方面,与痰相关的功能障碍会导致临床表现,如反应迟钝、意识模糊、悲观和消极。这些症状与 MDD48,49 的核心症状密切相关。因此,上述CUMS模型作为一种病理模型,有效地模拟了蒙古医学理论所提出的外部条件之间的复杂相互作用和三种同源性物质的平衡,从而促进了疾病的发生。
这种模式的优势是多方面的。首先,它坚持当代医学病因学理论,满足了现代医学领域内为动物模型设定的标准。其次,它融合了蒙古传统医学的原理,在动物身上复制了人类疾病的特定症状,从而体现了蒙古医疗实践所特有的特点。鉴于其与现代和传统医学理论的一致性,该模型为蒙古医学基础研究提供了有效的平台。因此,在这种动物模型中整合疾病和症状代表了蒙古和现代医学研究的融合。虽然该模型有其局限性,但其持续的改进将对蒙古医学基础研究的未来做出重大贡献。
由于与直接人脑研究相关的伦理和实践挑战,动物模型在探索抑郁症方面已成为不可或缺的。尽管它们在完全复制抑郁症的复杂性方面存在固有的局限性,但这些模型的演变和验证仍然是一个持续的过程。在这项研究中,我们结合了蒙古和现代医学的原理,开发了抑郁症的动物模型。这种协作方法为构建更全面的动物模型提供了宝贵的见解,该模型涵盖了传统的蒙古和现代医学理论。
作者没有要披露的利益冲突。
我们感谢中国内蒙古医科大学蒙古医学院提供的仪器和实验室,本研究得到了必要的仪器和实验室设施的支持。本研究获得国家自然科学基金(Grant No. 81760762)和内蒙古医科大学项目(Grant No.YKD2022MS074)和内蒙古自治区高等教育科研项目(批准号)NJZY22661)内蒙古自治区中蒙医学重点实验室开放基金项目(批准号)MYX2023-K07)。
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-![]() | |
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 |
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