有限垫料和筑巢作为小鼠早期生活逆境的模型
2024年7月12日
本方案描述了一种动物模型，用于研究生命早期逆境（由贫瘠的环境和出生后早期阶段不可预测的母体照料所引发）对大脑发育及未来精神障碍风险的影响。
在我们的实验室中，我们致力于研究早期生活逆境如何影响大脑发育以及日后罹患抑郁症和成瘾等精神疾病的风险。我们尤其关注小胶质细胞与多个脑区中对压力敏感的神经元之间的相互作用，这可能是导致神经环路重连的潜在机制。我们先前发现，这种早期生活逆境模型会导致成年期出现异常的应激反应。
这是由于下丘脑室旁核中表达促肾上腺皮质激素释放激素的神经元上兴奋性突触的胶质细胞突触修剪功能失调，从而导致这一应激反应性脑区的过度激活。尽管我们已知不良的早期生活经历会增加人类罹患各类健康问题的风险，但有限垫料和筑巢模型使我们能够证实这些现象在实验啮齿类动物中的作用机制。此前从未发表过该模型的视频实验方案。
有限垫料和筑巢模型具有很高的生态学和转化相关性，因为资源匮乏的环境会导致母体照料行为的不可预测性，这一现象在人类中同样可以进行研究。该模型所需的实验干预极少，并已在全球多个实验室成功实施。首先，取一个按照小鼠笼尺寸裁剪的金属网隔板，在较长的两侧各留出三厘米的余量。
折叠边缘，制作一个与笼子边缘完全贴合的平台，平台高于笼底 2.5 厘米。安装好摄像头后，检查视频管理软件界面是否处于持续录像状态。随后，将一只至四只雌鼠与一只雄性家鼠种鼠配对。
妊娠17天后或观察到明显怀孕时，将雌性小鼠单独分至标准的聚甲基丙烯酸甲酯笼具中。在笼内放入一片棉质垫料，以便雌鼠筑巢。几天后，当雌鼠分娩时，记录出生日期。
出生后第2天，将仔鼠转移到一个干净的新笼子中。按性别将雄性和雌性分开分组并计数。记录每窝仔鼠中雄性和雌性的数量。
为设置对照条件，使用约 220 克玉米芯垫料填充一个标准尺寸的小鼠鞋盒笼。加入一个标准方形棉质筑巢垫。为帮助小鼠适应这一陌生环境，从它们原来的笼子中取一颗粪便颗粒，分别放置在新笼子的每个角落。
将前一个笼子中使用过的一小部分棉质筑巢材料转移到新的筑巢材料上。为了建立限制性垫料和筑巢条件（LBN），称取110克玉米芯垫料，然后将其填充到标准鞋盒式笼子中，并将准备好的网状隔板放入笼内。
最后，加入半片棉质筑巢材料，并重复与对照组笼子相同的适应步骤。随后将仔鼠放入各自的笼子中，放置在筑巢材料上方。将母鼠放入笼内，使其朝向仔鼠。
将相机安装在三脚架上，并置于笼子前方，确保能清晰地从侧面观察到母鼠及其幼崽。在出生后第10天，先将母鼠转移至标准饲养条件的笼具中，随后在将幼崽逐一转移至标准笼具的过程中称量其体重。
在LBN条件下饲养的幼鼠在出生后第10天的体型显著小于对照组幼鼠。
概述
本研究探讨了由贫困环境和不可预测的母体照料所引发的早期生活逆境，如何影响大脑发育以及日后罹患精神疾病的风险。通过在实验啮齿类动物中采用限制垫料与筑巢材料的模型，该研究旨在阐明参与这些过程的机制，特别是小胶质细胞和应激敏感神经元的作用。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 发育生物学
- 行为科学
背景
- 早期生活逆境可能增加心理健康问题的风险，包括抑郁症和成瘾。
- 有限垫料和筑巢（LBN）模型具有生态学和转化研究的相关性。
- 该模型模拟了与不可预测的母体照料相关的低资源环境。
- 此前尚未发表过该模型的视频实验方案。
研究目的
- 阐明早期生活逆境与后期精神障碍之间关联的生物学机制。
- 探讨小胶质细胞在应激反应和神经环路重塑中的作用。
- 验证一种与人类早期逆境经历相关的实验室模型。
使用的方法
- 在实验啮齿类动物中建立了有限垫料和筑巢模型。
- 研究重点为小胶质细胞和神经元，评估应激如何影响突触修剪。
- 关键时间点包括将幼崽分至清洁笼具，并在出生后第10天监测体重。
- 具体步骤包括使用特定量的垫料和筑巢材料设置对照组和LBN条件。
主要结果
- 在LBN条件下饲养的幼鼠在出生后第10天的体型显著小于对照组。
- 小胶质细胞突触修剪功能障碍导致成年期应激反应异常。
- 该模型揭示了早期逆境如何导致应激反应相关脑区的过度激活。
结论
- 本研究展示了生命早期环境对后期心理健康的重要影响。
- 生命早期不良环境（LBN）模型有助于理解逆境的神经机制。
- 该发现可能为未来关于早期生活应激相关精神障碍的研究提供参考。
常见问题
行业重要性概述
有限垫料和筑巢（LBN）模型为研究生命早期逆境对神经发育及长期应激反应的生物学影响提供了一个可靠且具有转化相关性的系统。通过模拟不可预测的母体照料和资源匮乏，该方法能够对应激通路靶点进行机制性风险评估，并提升在神经精神疾病建模中的预测可信度。该模型的应用有助于在靶点验证与临床前模型选择交汇处优化中枢神经系统药物研发的项目决策。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 能够探究与神经精神疾病风险相关的应激通路机制及小胶质细胞-神经元相互作用。
- 通过将早期生活应激与神经环路水平的变化及行为表型关联，支持靶点的功能性验证。
- 基于机制性证据，有助于在筛选和分类中枢神经系统靶点时提升预测可信度。
筛选与检测方法开发
- 提供经过验证的体内系统，用于量化应激诱导的表型和神经发育结局。
- 支持对仔鼠体重和基础皮质酮水平等定量指标进行可重复测量。
- 有助于行为学和生理学检测方法的标准化，以便于后续化合物的评估。
转化与临床前研究
- 与生命早期逆境相关的疾病模型相一致，有助于转化生物标志物的探索。
- 确保从机制发现到应激调节干预的临床前验证之间的连续性。
- 通过提供长期行为和生理结局的预测数据，降低研发推进决策的风险。
流程与工作流整合
LBN 模型可整合到从早期机制研究到临床前验证的整个发现流程中，支持中枢神经系统产品线的靶点去风险化和转化一致性。
- Discovery Biology： 可用于检验早期生活逆境对压力神经环路及小胶质细胞功能影响的假设。
- 筛选： 为评估干预措施在应激相关表型中的有效性提供可重复、定量的终点指标。
- 分析： 提供幼崽体重和皮质酮等可量化输出指标，用于可靠的统计学比较。
- 转化研究： 将临床前研究结果与人类相关的逆境及应激易感性模型相衔接。
- 企业级复用： 提供一种标准化、可扩展的模型，可在中枢神经系统（CNS）发现项目中重复使用。
运营与企业影响
- 科学价值：提高神经精神靶点验证的预测可信度，并减少机制上的模糊性。
- 操作价值：促进与应激相关模型系统的标准化、可重复性和可扩展性。
- 战略价值：通过降低中枢神经系统（CNS）早期靶点的风险，为决策提供依据，并提升资本使用效率。
- 组合影响：支持对具有转化相关性的中枢神经系统（CNS）资产进行风险调整后的优先排序和推进。
实施注意事项
- 需要具备啮齿类动物行为神经科学和应激生理学方面的专业知识。
- 需要配备专用的饲养设备、视频监测系统以及用于行为学和激素检测的分析设施。
- 要求不同研究团队之间对环境和操作变量进行严格的标准化控制。
- 在不同小鼠品系和实验范式中的应用可能需要对实验方案进行优化。
- 局限性包括对人类逆境经历的模拟不完全，以及母体行为可能存在个体差异。
