Method Article
* これらの著者は同等に貢献しました
このプロトコルは、モンゴルの医学理論に基づくうつ病の慢性予測不可能な軽度のストレス(CUMS)モデルを概説し、行動テストを検証するための方法も示しています。
うつ病は一般的な情動障害であり、世界的な障害の主な原因を構成しています。現在の薬理学的介入の限界は、この状態に起因する実質的な健康負担の一因となっています。うつ病の根底にあるメカニズムをより深く理解することが急務であり、トランスレーショナルポテンシャルを持つ前臨床モデルは非常に価値があります。伝統医学の一部であるモンゴル医学は、病気の発生が風、胆汁、痰の平衡と密接に関連していると仮定しています。この研究では、ラットにおける慢性予測不能軽度ストレス(CUMS)法のプロトコルを紹介します。この枠組みの中で、ラットは一連の変動する軽度のストレッサーにさらされ、ヒトのうつ病の病因を模倣して、うつ病のような表現型を誘発します。このプロトコルで採用される行動アッセイには、うつ病の中核症状である無快感症を示すショ糖選好試験(SPT)が含まれます。不安レベルを測定するオープンフィールドテスト(OFT)。モリス水迷路テスト(MWM)は、空間記憶と学習能力を評価します。CUMS 法は、無快感症を誘発し、長期的な行動障害を引き起こす能力を示しています。さらに、このプロトコルは、うつ病のような行動を引き出すように設計された他の動物モデルよりもモンゴルの医学理論と一致しています。この動物モデルの開発とその後の研究は、モンゴル医学の分野における将来の革新的な研究のための強固な基盤を提供します。
大うつ病性障害(MDD)は、一般的な精神疾患であり、世界で3番目に多い障害の原因としてランク付けされ、3億人以上が罹患しています1,2,3.注目すべきは、罹患した個人の少なくとも半数が適切な治療を受けていないと推定されていることです4.このギャップを考えると、動物モデルはうつ病の病因を調査するための重要なツールとして機能します。現在までに、うつ病の20種類以上の動物モデルが存在します5.その中でも、1987年にポール・ワイナーによって改良された慢性予測不能軽度ストレス(CUMS)モデルは、最も頻繁に利用されています6.CUMSモデルは、げっ歯類をさまざまな社会環境ストレス要因にさらすと、不安、緊張、うつ病に似た症状を引き起こすという前提で機能します。この方法論では、動物を数週間にわたってさまざまな軽度のストレッサーにさらし、無快感症や抑うつ様行動など、さまざまな行動の変化をもたらします7,8.これらの変化は、5-HTの減少など、内分泌および神経伝達物質のプロファイルの変化を伴います9,10.これらの結果は、MDDと診断されたヒトで観察された結果と密接に一致しており、したがって、モデルの有用性を検証しています。CUMSモデルは、抗うつ薬の評価におけるその有効性で特に評価されており、高レベルの表面的、構造的、および予測的妥当性を示しています11,12.他のモデルとは異なり、CUMSはモノアミン作動性抗うつ薬の慢性投与の影響に敏感です。例えば、シタロプラム、パロキセチン、フルオキセチンなどの選択的セロトニン再取り込み阻害薬(SSRI)は、慢性ストレス条件下で無快感症を予防し、逆転させることが示されています12,13.さらに、ケタミンなどの新しい速効型抗うつ薬も、このモデルで有効性を示しています14,15.対照的に、強制水泳テスト(FST)やテールサスペンションテスト(TST)などの他のテストは、長期的な行動変化のモデル化には信頼性が低く、多くの場合、うつ病の症状に耐えるのではなく、急性ストレスへの適応を反映しています16.これらの特性は、うつ病研究におけるCUMSモデルの頑健な妥当性を強調しています。古典的な研究で高い信頼性が認められているCUMSモデルの最も顕著な特徴の1つは、無快感症、つまり日常の活動に喜びや興味を経験することができないことです17,18.この現象は一般的にショ糖選好試験を用いて評価され、多くの抗うつ薬がショ糖消費量の減少を逆転させることが示されています。CUMSの文献では、自発的な運動行動、探索的傾向、および緊張を評価し、それによってうつ病の重症度を測定するオープンフィールドテスト(OFT)など、他のいくつかの指標も一般的に使用されています19.高架プラス迷路(EPM)などの他のテストは不安のような行動を評価し、モリスウォーター迷路テスト(MWM)は認知機能を調べます20、FSTは否定的な感情や行動の絶望に対する感受性を評価します20.さらに、人間に影響を与えるストレッサーの大部分は、本質的に社会的なものです。社会的活動、ネットワーク、サポートが限られていることを特徴とする、最適でない社会的関係を持つ個人は、さまざまな病気のリスクが高くなります21,22.これは、集団で生活する社会的な動物であるげっ歯類の場合にも関連します。例えば、隔離されたラットは、社会的ストレスを誘発し、うつ病の発症を早める、いわゆる孤立症候群の特徴を示します23.
中国医学の重要な一分野であるモンゴル医学は、病気の発症は内因性と外的要因の間の複雑な相互作用であると仮定しています。これらの外的要因は、4つの補助条件と呼ばれ、気候変動、食事、ライフスタイル、感染症、驚くべき事件、精神障害などの突然の出来事を網羅しています。この疾患のプロセスは、3つの要素(3つのタイプのホモと呼ばれる)と、4つの補助的な条件と協調する7つの身体成分との間の継続的な相互作用として概念化されている24。モンゴル医学では、人体は統合された存在として機能し、3つのホモア間の相対的なバランスによって維持されていると考えられています。このバランスの乱れは、病気の前兆であると考えられています24。動物実験が伝統医学と現代医学の架け橋として極めて重要な役割を担っていることを考えると、モンゴル医学の研究に適した動物モデルを開発することが極めて重要です。したがって、これらの生理学的および心理的ストレッサーをシミュレートするために、CUMSと組み合わせた28日間の隔離方法を採用しました。私たちは、9つの特定の予測不可能なストレッサーを選択し、モンゴル医学の3つのホモル理論を通じてこのモデリング方法を支えようとしました。堅牢な動物モデルを確立することは、モンゴル医学の基礎研究を進めるための基本であり、その基礎研究に大きく貢献するでしょう。
実験プロトコルは、内モンゴル医科大学(YKD202301172)の動物実験ケア倫理委員会から承認を受け、動物ケアと倫理に関する国立衛生研究所のガイドラインに準拠しています。私たちの動物センターのライセンス番号はNO.110324230102364187です。それぞれ8週齢(200 g ± 20 g)の雄Sprague-Dawley(SD)ラット24匹を捕獲し、温度22°C±2°C、湿度55%±15%の制御された環境で飼育しました。げっ歯類の維持飼料飼料と寝具用のトウモロコシの穂軸を含む純水をラットに給餌します。ラットは、実験の1週間前に12時間/12時間の明暗サイクルにかけられました。
1. CUMSラットモデルの構築
2.行動テスト
3. 統計分析
CUMS誘発ラットうつ病モデルにおける行動試験の結果
うつ病様行動を誘発するためのCUMS手順の有効性を裏付けるために、操作チェックが行われました。雄のSprague-Dawley(SD)ラットは、ステップ1.2.3で概説したように、4週間にわたってMODまたはCONグループのいずれかにランダムに割り付けられた。その後、ラットを屠殺し、その海馬を完全に解剖して、うつ病の病態生理学10に強く関連する神経伝達物質である5-HTの評価を、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)28を用いて行った。
CUMS導入前は、OFTスコア、ショ糖選好、またはMWM分析において、テストしたグループ間で有意差は観察されませんでした。
CUMSモデルを確立した後、一元配置分散分析(ANOVA)により、ラットの不安行動に対するCUMSの有意な影響が明らかになりました。具体的には、OFTでは、グループ間で有意な差が観察されました。MODグループは、CONグループと比較して垂直および水平のスコアが低くなりました(**P < 0.01; 図1A、B、E)は、CUMS手順が不安を誘発するのに効果的であったことを示唆しています。
その後、ステップ2.4で説明したように、ショ糖選好試験(SPT)を5日間にわたって実施し、ラットがCUMS曝露後に無快感症の兆候を示したかどうかを評価しました。結果は、0日目のグループ間でショ糖選好率に有意差がないことを示しました。しかし、一元配置分散分析では、28日目のグループ間でショ糖摂取量に有意差があることが明らかになりました。具体的には、MOD群のショ糖選好率はCON群よりも低かった(**P < 0.01; 図1C)、無快感症の誘発におけるCUMSプロトコルの有効性を確認する。
一元配置ANOVAにより、MWMテストで評価されたように、CUMSがラットの空間記憶と学習能力に有意な影響を与えたことが明らかになりました。MOD グループがプラットフォームを見つけるための遅延は、CON グループの遅延 (**P < 0.01) よりも著しく長かった。交差時間に関しては、MODグループはCONグループよりも交差回数が少なかった(**P < 0.01;図1D,F)。これらの知見は、ラットの記憶障害の誘発におけるCUMSプロトコルの有効性を裏付けています。
CUMS誘発ラットうつ病モデルにおける海馬5-HTレベルの結果
海馬の5-HTレベルでの一元配置ANOVAは、グループ間で有意差を示しました(**P < 0.01)。MODグループは、CONグループと比較して、海馬の5-HTレベルの低下を示しました(図2)。これらの結果は、CUMSプロトコルが、ヒトのうつ病で一般的に観察される現象である海馬の5-HTレベルを効果的に低下させたことを示唆している29。
図1:CUMS誘発ラットうつ病モデルの影響(A)オープンフィールドテスト(OFT)垂直スコア。(B)オープンフィールドテストの水平スコア。(C)0日目と28日目のショ糖消費量レベル(%)。ラットにおけるCUMS誘発性無快感症およびショ糖選好の低下。(D)MWMテストの遅延時間とゾーンクロッシングの数。結果は、平均± SE (n = 12 ラット/グループ) として示されます。**P < 0.01 は、一元配置分散分析 (ANOVA) を使用して計算された対照 (CON) グループと比較したモデル (MOD) グループでの有意な変化を示します。(E)各グループのラットのOFTトラック。(F)ラットの各グループのMWMトラック。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:ラットのCUMS誘発うつ病モデルにおける脳の5-HTレベルへの影響。 4週間のCUMSを受けたラットは、対照群(CON)と比較して海馬の5-HTレベルが有意に低下したことを示しました。結果は、平均± SE (n = 12 ラット/グループ) として示されます。**P < 0.01 は、一元配置分散分析 (ANOVA) を使用して計算された CON グループと比較して、モデル (MOD) グループに有意な変化があることを示します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
ストレス | 日 |
テールクランプ 1分 | 1, 7, 20 |
水不足24時間 | 3, 18, 28 |
食料剥奪24時間 | 2, 16, 25 |
4°Cの冷水で泳ぐ5分 | 4, 11, 19, 23 |
45°Cの熱ストレス5分 | 5, 14, 17, 27 |
明暗サイクルの反転 | 6, 12, 22 |
ウェットパディング | 9, 15, 26 |
ケージ傾斜24時間 | 10, 21 |
高速振とう 15分 | 8, 13, 24 |
表1:慢性予測不可能な軽度のストレス(CUMS)スケジュール。 ラット被験者におけるCUMSの誘導のためのストレッサーと実行日。
ストレス | 4つの補助条件 | 3つのホモアの変更 |
テールクランプ 1分 | 突然の要因 | 風↑胆汁↑ |
水不足24時間 | ダイエット | 風↑ |
食料剥奪24時間 | ダイエット | 風↑ |
4°Cの冷水で泳ぐ5分 | 生活 | 痰↑ |
45°C熱ストレス5分 | 生活, 気候変動 | 胆汁↑ |
明暗サイクルの反転 | 生活 | 風↑ |
ウェットパディング | 生活 | 痰↑ |
ケージ傾斜24時間 | 生活 | 風↑ |
高速振とう 15分 | 突然の要因 | 風↑ |
テーブル2.モンゴル医学における4つの補助条件と3つのホモールの理論を持つ9つのストレッサー。 モンゴル医学における9つのストレッサー、3つのホモールの理論、および4つの補助条件の間の本質的な関係。
うつ病は、気分の落ち込み、喜びの欠如、エネルギーの低下などの症状を特徴とする精神障害です30。うつ病研究の分野では、治療介入を進めるためには、信頼性の高い動物モデルの確立が重要です。種々の動物モデルの中でも、CUMSモデルは、その高い信頼性、妥当性、およびヒトのうつ病31の特徴との一致で特に注目に値する。これは、さまざまな設定で長期間にわたる低レベルのストレッサーの累積的な影響を模倣するのに適しています。この研究では、ステップ1.2.3と表2で概説したさまざまなストレッサーを使用して、ラットのCUMS誘発性うつ病モデルを確立しました。ストレスプロトコルのいくつかの側面は、モデルの成功にとって重要です。まず、すべてのMODグループのラットは、CONグループのラットとは異なり、個別に飼育する必要があります。次に、CUMSのストレスレジメンは、予測不可能性を維持するために慎重に計画する必要があります。具体的には、ラットは、毎週、9つの可能なストレッサーのうち7つを無作為に選択する必要があります。これらのストレッサーの変動性と予測不可能性は、モデルの有効性32,33にとって不可欠です。最後に、ラットが適応するのを防ぐために、同じストレッサーの繰り返しの使用を最小限に抑える必要があります。これにより、実験結果の完全性が損なわれる可能性があります。さらに、ストレッサーの設定は、研究のコース全体で調整できるように設計されています。
CUMS モデルには、うつ病モデルとしていくつかの利点があります。それは、ヒトのうつ病の病因と密接に一致し、ほとんどの臨床症状と根底にあるメカニズムを正確に表している34。その主要な強みの一つは、無快感症、または快楽の欠如を定量化可能な指標として使用していることである6,7。このモデルは、うつ病の発症に寄与するさまざまな要因も説明しています35,36。重要なのは、CUMSモデルは数か月にわたる長期適用向けに設計されていることです。この期間は、うつ病モデルのニーズと一致しており、慢性投与レジメンにおける薬物の評価、ならびに急速な作用機序を有する化合物の同定を可能にする36。その包括的な性質により、CUMSモデルは科学文献で広く受け入れられるようになりました。
これらの利点にもかかわらず、CUMSモデルには制限がないわけではありません5,37。主な欠点の1つは、その資源集約的な性質であり、環境、人的資源、および時間に多額の投資を必要とし、その結果、再現性が低くなる38。また、ストレッサーの選択と強度、およびそれらが適用される順序に関しても、文献には一貫性がない38。このような不整合により、異なるラボ間でモデルを複製することが困難になります。さらに、文献にはストレッサーを適用するための詳細なタイムスケジュールが欠けており、曖昧さの別の層が追加されています39,40。別の問題は、異なる研究間で採用されている組み合わせ方法の違いから生じます。これらは多くの場合、明確な根拠を欠いており、モデルのレプリケーションに困難をもたらします。被験者の動物は、ストレッサー設計のわずかな変更に非常に敏感であり、これもまた低い再現性の一因となっている40。さらに、限られた数のストレッサーを使用すると、対象動物が慣れてしまう可能性があり、ストレッサーの設計が予測可能になります。最後に、異なる実験室の動物は、ストレッサーに対してさまざまな反応を示し、研究間の再現性の低下に寄与しています。既存の文献では、Wistar Kyoto(WKY)ラットは、CUMS25,41への曝露後にうつ病様の表現型に特に敏感であることが確認されています。このことは、ひずみ間の変動がストレスによる行動変化に対する感受性に大きく影響することを示唆しています。同様に、うつ病モデルの有効性を評価するためによく使用される主要な指標であるSPTは、独自の課題を提示します。具体的には、個々のラットは、1%ショ糖溶液20,42の消費にばらつきを示す。ストレス条件下では、ストレスが発生しやすい動物とストレス耐性のある動物の両方が、甘い溶液の摂取に変化を示します。その結果、特定のバッチ内で真にストレス耐性のある動物、または反対のカテゴリーに属する動物の割合を確認することが困難になります。このばらつきにより、一部の動物は、その病状を正確に反映しないSPT結果を示す可能性があります。
CUMS モデルの信頼性を高めるために、いくつかの方法論の改良を提案します。第一に、動物にストレスを誘発する可能性のある嗅覚、視覚、および聴覚刺激の影響を軽減するために、CONグループの動物をMODグループの動物から分離することが重要である43,44。次に、ばらつきを最小限に抑えるために、すべての実験を行う経験豊富な研究室の担当者を1人または2人指名することをお勧めします。このアプローチは、個々の要因に起因するエラーを減らすのに役立ちます。さらに、先行研究では、ストレス耐性のある試験動物が同定されている13;したがって、正式な実験の前に、または結果をより適切に解釈するために、そのようなグループを事後的にスクリーニングすることが賢明です。SPTテストは、内因性無快感症を測定する報酬ベースの行動評価であり、CUMSプロトコルを開始する前に最適なショ糖濃度を決定することが不可欠です。ショ糖濃度に基づいて選好を事前に確立することは、テストの識別感度を著しく向上させることができる20。しかし、24時間の食物と水の剥奪にさらされたラットは、極端な渇き35,45のために利用可能な液体を無差別に消費する可能性があることに注意する必要があります。ショ糖選好のより正確な測定を得るために、げっ歯類が最も活発な概日周期の夜間段階での消費量を評価することをお勧めします。日周性(非活動性)の段階で適用されるストレッサーは、慢性的な睡眠不足を引き起こし、それによって意図しないストレッサー46,47をもたらす可能性がある。最後に、収集されたデータが可能な限り信頼できるものであることを保証するために、上記の管理可能な要因の影響を細心の注意を払って制御することが不可欠です。
うつ病に対する現在の西洋の臨床治療レジメンは、しばしば顕著な毒性副作用を伴い、投薬を中止すると再発する可能性が高くなります。伝統医学に根ざした治療法を調査し、モンゴル医学理論のレンズを通してうつ病の病因を掘り下げることで、この病気の病因について革新的な洞察が得られる可能性があります。この文脈では、伝統医学の原則に沿ったうつ病の動物モデルの開発は、モンゴル医学研究の極めて重要なステップとして立っています。孤独培養CUMSモデリング法における9つのストレッサーの選択は特に注目に値します。それは、モンゴル医学の3つのホモルの理論と、4つの補助条件と3つのホモルとの間の固有の関係に基づいています。このアプローチは、モンゴル医学のユニークな信条と高い互換性を示しています。うつ病の表現型分析は、外的要因と併せて、モンゴルの医学概念である風と痰との有意な相関関係を明らかにしています(表2を参照)。具体的には、風による機能障害は、エネルギー喪失、不眠症、物忘れ、疲労、痛みなどの症状として臨床的に現れます。一方、痰に関連する機能障害は、無反応、意識のぼやけ、悲観主義、否定性などの臨床症状を引き起こします。これらの症状は、MDD48,49 の主な症状と密接に一致しています。したがって、前述のCUMSモデルは、モンゴル医学理論が提唱する外部条件間の複雑な相互作用と3種類のホモアのバランスを効果的にシミュレートする病理学的モデルとして機能し、それによって疾患の発症に寄与します。
このモデルの強みは多面的です。第一に、それは現代の医学病因理論に準拠し、現代医学の領域内の動物モデルに設定された基準を満たしています。第二に、モンゴルの伝統医学の原理を取り入れて、人間の病気の特定の症状を動物に再現し、モンゴルの医療行為に特有の特徴を具現化しています。このモデルは、現代医学と伝統医学の両方の理論と一致しているため、モンゴル医学の基礎研究の効果的なプラットフォームとして機能します。したがって、この動物モデル内の疾患と症状の統合は、モンゴルと現代医学の研究の合流点を表しています。このモデルには限界がありますが、その継続的な改良は、モンゴル医学の基礎研究の未来に大きく貢献するでしょう。
動物モデルは、人間の脳の直接的な研究に関連する倫理的および実際的な課題のために、うつ病の探求に不可欠になっています。うつ病の複雑さを完全に再現することには固有の制限があるにもかかわらず、これらのモデルの進化と検証は継続的なプロセスのままです。本研究では、モンゴル医学と現代医学の原理を組み合わせ、うつ病の動物モデルを開発しました。この協調的なアプローチは、モンゴルの伝統的な医学理論と現代の医学理論の両方を包含する、より包括的な動物モデルを構築するための貴重な洞察を提供します。
著者には、開示すべき利益相反はありません。
私たちは、中国内モンゴル医科大学のモンゴル医学教授に感謝の意を表します。本研究は、中国国家自然科学基金会(Grant No. 81760762)および中国内モンゴル医科大学プロジェクト(Grant No.YKD2022MS074)、および中国内モンゴル自治区における高等教育の科学研究プロジェクト(助成金番号。NJZY22661)および中国内モンゴル自治区における中国・モンゴル医学重点研究所のオープンファンドプロジェクト(助成金番号。MYX2023-K07)です。
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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