长期环境丰富化克服母体睡眠剥夺暴露的老年CD-1小鼠的抑郁、学习和记忆障碍

Long-term environmental enrichment overcomes depression, learning, and memory impairment in elderly CD-1 mice with maternal sleep deprivation exposure.

作者信息Yue-Ming Zhang, Ru-Meng Wei, Xue-Yan Li, Yi-Zhou Feng, Kai-Xuan Zhang, Yi-Jun Ge, Xiao-Yi Kong, Xue-Chun Liu, Gui-Hai Chen
PMID37168717
发布时间2023-04-24
DOI10.3389/fnagi.2023.1177250

实验完整度

高

包含行为学测试(强迫游泳、悬尾、水迷宫)、生化检测(ELISA、Western blot)及相关性分析等多层级验证。

主要模型

CD-1小鼠后代模型 母体睡眠剥夺小鼠模型 环境丰富化干预模型

重点核对

母体睡眠剥夺时间:GD 15–21,每天6小时(12:00–18:00) EE干预时间:从出生后第21天至18月龄 行为测试:强迫游泳、悬尾、Morris水迷宫测试 检测指标:海马IL-1β、IL-6、TNF-α、BDNF、TrkB、PSD-95、SYN表达 样本量:每组16只(8雄8雌)

摘要

基于啮齿类动物研究,早期生活应激扰乱中枢神经系统发育,并增加后代患神经精神疾病的风险。啮齿类动物中的母体睡眠剥夺(MSD)也与成年后代的抑郁和认知功能下降有关。然而,尚不清楚这些问题是否会持续到老年。环境丰富化是一种非药物干预措施,已被证明在改善抑郁和认知障碍方面有益;然而,这些益处是否适用于MSD暴露后的衰老小鼠尚不清楚。本研究旨在探讨MSD对老年后代CD-1小鼠抑郁和认知的影响,并确定长期环境丰富化是否能通过改善神经炎症和突触可塑性来减轻这些影响。将经历MSD的后代小鼠随机分配到标准环境或丰富环境中。在18月龄时,采用强迫游泳和悬尾实验评估抑郁样行为,采用Morris水迷宫实验评估认知功能。还测量了海马促炎细胞因子和突触可塑性相关蛋白的表达水平。MSD增加了衰老CD-1后代小鼠的抑郁样行为并损害了认知功能。这些效应伴随着海马白介素(IL)-1β、IL-6和肿瘤坏死因子-α表达上调,以及脑源性神经营养因子、酪氨酸激酶受体B、突触后密度蛋白-95和突触素表达下调。所有这些变化均被长期暴露于丰富环境所逆转。这些发现表明,MSD对后代小鼠的行为产生长期影响,导致老年期抑郁和认知障碍。重要的是,长期环境丰富化可通过改善海马促炎细胞因子和突触可塑性相关蛋白来抵消MSD诱导的行为困难。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
母体睡眠剥夺是否对老年CD-1后代小鼠的抑郁和认知功能产生长期不良影响,以及长期环境丰富化是否能通过调节海马神经炎症和突触可塑性来改善这些影响。
核心机制
MSD通过上调海马促炎细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)和下调突触可塑性相关蛋白(BDNF、TrkB、PSD-95、SYN)的表达,导致抑郁和认知障碍;长期EE通过逆转这些变化来发挥有益作用。
主要证据
行为学测试(强迫游泳、悬尾、Morris水迷宫)显示MSD增加抑郁样行为和损害认知功能,而EE改善这些行为;ELISA和Western blot显示MSD上调促炎细胞因子和下调突触蛋白,EE逆转这些变化。
研究意义
研究提示MSD对后代行为有长期影响,导致老年期抑郁和认知障碍,长期EE可能是一种非药物干预策略,通过改善海马炎症和突触可塑性来对抗这些不良效应。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型建立与分组

建立母体睡眠剥夺模型并设置对照组、MSD组和MSD+EE组,以评估MSD的长期影响和EE的干预效果。

8周龄CD-1小鼠交配后,孕鼠随机分为睡眠剥夺组和对照组;睡眠剥夺组在GD 15-21每天剥夺睡眠6小时;后代在PND 21断奶后,MSD后代随机分为MSD组和MSD+EE组,EE组从PND 21至18月龄提供丰富环境。

2

抑郁样行为评估

评估MSD和EE对老年小鼠抑郁样行为的影响。

在18月龄时进行强迫游泳和悬尾实验,记录后4分钟的不动时间。

3

认知功能评估

评估MSD和EE对老年小鼠空间学习和记忆能力的影响。

使用Morris水迷宫测试,包括空间获得阶段和探针阶段,记录逃避潜伏期、游泳距离和速度。

4

海马炎症因子检测

检测MSD和EE对海马促炎细胞因子水平的影响。

行为测试后处死小鼠,收集海马组织,使用ELISA检测IL-1β、IL-6和TNF-α水平。

5

海马突触蛋白检测

检测MSD和EE对海马突触可塑性相关蛋白表达的影响。

使用Western blot检测BDNF、TrkB、PSD-95和SYN蛋白表达水平。

6

统计分析

分析各组间差异以及行为指标与蛋白表达之间的相关性。

使用GraphPad Prism 8.0进行双因素方差分析和Tukey事后检验,以及重复测量方差分析,并计算Pearson相关系数。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
睡眠剥夺装置(BW-NSD404)Shanghai Bio-will Co., Ltd.BW-NSD404
IL-1β ELISA试剂盒Wuhan Colorful Gene Biotechnology Co.JYM0531Mo
IL-6 ELISA试剂盒Wuhan Colorful Gene Biotechnology Co.JYM0012Mo
TNF-α ELISA试剂盒Wuhan Colorful Gene Biotechnology Co.JYM0218Mo
RIPA细胞裂解液BeyotimeP0013B
PVDF膜MilliporeIPVH00010
ECL化学发光试剂盒Thermo340958
兔抗PSD-95抗体abcamab238135
兔抗突触素抗体Biossbs-8845R
兔抗BDNF抗体abcamab108319
兔抗TrkB抗体abcamab187041
辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG二抗ZsbioZB-2301
ANY-Maze软件Stoeling--
GraphPad Prism 8.0GraphPad Software--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
母体睡眠剥夺时间:GD 15-21,每天6小时;睡眠剥夺装置型号:BW-NSD404;小鼠品系:CD-1;年龄:8周龄起,后代至18月龄;分组:Control、MSD、MSD+EE,每组16只(8雄8雌)
阅读提示:见Materials and Methods 2.1和2.2节
环境丰富化
EE笼子大小:52×40×20 cm3,含玩具、跑轮等;标准笼大小:36×18×14 cm3,每笼3只;EE起始时间:PND 21至18月龄;每笼7-8只(EE组)
阅读提示:见Materials and Methods 2.3节
行为测试
强迫游泳和悬尾实验:记录最后4分钟不动时间;水迷宫:池直径150cm,平台直径10cm,水温22°C,每天4次,共5天,探针阶段在最后训练后2小时进行;统计方法:双因素方差分析和重复测量方差分析
阅读提示:见Materials and Methods 2.4-2.6节
生化检测
ELISA检测IL-1β、IL-6、TNF-α;Western blot检测BDNF、TrkB、PSD-95、SYN;组织:海马;抗体稀释度:PSD-95 1:2000,SYN 1:1000,BDNF 1:1000,TrkB 1:5000,二抗1:20000
阅读提示:见Materials and Methods 2.7和2.8节
数据统计
使用GraphPad Prism 8.0;数据表示为均值±标准误;显著性水平p<0.05;Pearson相关分析
阅读提示:见Materials and Methods 2.9节