使用振动轨道转子诱导年轻野生型小鼠认知缺陷和焦虑样行为的慢性睡眠碎片模型

睡眠障碍在睡眠干扰状况患者和有睡眠干扰事件的健康人中越来越常见。据观察，患有神经退行性疾病、慢性疼痛、情绪压力、呼吸系统疾病、泌尿系统疾病等的患者，通常抱怨睡眠不愉快的经历^{1、2、3、4、5。}阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）、睡眠中的周期性肢体运动（PLMS）、睡眠维持失眠等睡眠障碍是最常见的原因，诱发睡眠分裂^6、7。在发达国家，OSA在成人人口中的患病率超过5%至9%，在^8、9、10岁儿童中患病率超过2%。同时，由于智能手机的过度使用、不规则的睡眠习惯、恼人的噪音和工作职责（如照顾者的夜班）而遭受睡眠障碍的健康人群比例越来越大。睡眠被认为是重要的脑废物清除^11，12，记忆巩固^13，14，代谢平衡15，16，许多其他生理过程。然而，长期睡眠障碍是否会导致健康人不可逆转的发病机制变化，以及它是未来几年内发展中枢神经系统疾病（如神经退行性疾病）的病因还是促成因素，仍在很大程度上还不得而知。我们的目标是报告一个实验模型，在经过2个月的睡眠分裂治疗后，在年轻的野生小鼠中产生稳定和明显的认知缺陷和焦虑样的行为。此模型将用于回答上述科学问题。

睡眠障碍被列为发展阿尔茨海默氏症（AD）或痴呆症的潜在危险因素。康等人首次发现并描述了AD病理学恶化6小时急性睡眠剥夺^17。此后，许多其他研究报告说，睡眠不足或分裂可能加剧转基因AD小鼠模型^18，19，20的发病机理。然而，很少有研究人员研究过幼小野鼠睡眠障碍的后果：即睡眠障碍是否会引起年轻野性小鼠的AD样行为或病理变化。在我们最近的出版物中，我们报告说，2个月的睡眠分裂导致明显的空间记忆缺陷和焦虑样的行为，以及增加细胞内淀粉样β（A+）积累在皮层和海马在2-3个月大的野生型小鼠^21。我们还观察到内体-自噬体溶酶体通路标记和微胶质活化的表达水平改变，这与APP/PS1小鼠^21、22中报告的病理变化相似。

这份提交的睡眠碎片（SF）协议经辛顿等人^23日验证，并经李等人^24日修改。简言之，在110 rpm的轨道转子振动，在光打开阶段（上午8：00-晚上8：00）每2分钟中断睡眠10秒。该模型中的睡眠结构变化以前以电生理睡眠记录为特征，由Li等人^报告，表明在光上阶段的唤醒时间显著增加，快速眼动（REM）睡眠减少，总睡眠和唤醒时间（在24小时内）在4周以上的建模²⁴后不受影响。目前，总睡眠或部分睡眠剥夺是最常用的睡眠操纵模型。完全睡眠不足通常通过持续温和的处理或使动物接触新事物，或者通过连续旋转一个酒吧或跑步机25，26，27，28，29进行。由于道德原因，完全睡眠不足通常短于24小时。最常用的部分睡眠剥夺模型是水平台方法，它主要消融REM睡眠30，31，32。其他方法使用跑步机或酒吧，沿着笼子的底部扫，可能会诱发睡眠碎片时，设置在固定间隔33，34，35，36，37，38。值得注意的是，SF中断睡眠，断断续续地导致所有睡眠阶段的唤醒^24。应用轨道转子的CSF模型的一个突出优点是，它可以连续运行几个月自动由机器控制，避免每天频繁处理劳动，除了定期监测。此外，该仪器将允许在军警干预下同时对多个老鼠笼子进行建模。在整个建模过程中，老鼠被安置在家庭笼子里，有通常的床上用品和筑巢材料，而其他一些方法则需要暴露在多样化的环境和不可避免的压力中。

睡眠分裂以前的特点是睡眠操纵方法，它模仿睡眠阶段频繁的觉醒和唤醒阶段的大量睡眠反弹。在一些文献中，CSF被认为是OSA^39，40的动物模型。在这项研究中，选择的唤醒频率为每小时30次的原理是基于对中度至重度睡眠呼吸暂停患者的唤醒指数的观察。据观察，4周的睡眠分裂显著增加了超胶囊唤醒延迟和触觉唤醒阈值，这至少可以持续2周后恢复^24。这种表型的解释是揭示c-fos活化减少诺拉迪纳吉奇，奥里辛热，组胺，和胆碱唤醒活性神经元，以回应高气喘，以及减少的儿茶酚胺和奥里辛ergic投影到结晶皮层^24。然而，有必要指出，OSA最重要的特点是气道阻塞引起的缺氧，导致睡眠中断^41，42。睡眠障碍和重复性缺氧在OSA发病机制中相互相互作用。因此，单靠睡眠分裂可能无法充分证明小鼠OSA的所有关键特征。

在此，我们提出了一个标准化的协议，以模拟年轻野生型小鼠的慢性睡眠分裂。在CSF治疗后，由莫里斯水迷宫、新奇物体识别、开放领域测试和强迫游泳测试评估了认知缺陷、焦虑和抑郁样行为。值得注意的是，这个模型应该作为一个整体，产生表型的调节不良的睡眠模式，认知缺陷，和焦虑般的行为。目前的模型可能适用于以下目的，但不限于以下目的：1） 进一步研究在没有遗传倾向的幼鼠慢性睡眠障碍引起的功能或分子发病机制， 2） 确定睡眠障碍引起的神经退化的直接途径，3） 探索改善慢性睡眠障碍诱发的表型的治疗方法，4） 研究野生型小鼠在慢性睡眠障碍下的内在保护/补偿机制，5） 应用于研究睡眠唤醒调节和状态过渡机制。