باستخدام القائم على آخر فقدان الشهية القوارض نموذج لدراسة أساس العصبية من فقدان الشهية العصبي
Summary
Here we present a protocol to induce activity-based anorexia (ABA) in female adolescent mice. ABA is a condition of hyperactivity evoked by imposing food restriction on rodents with access to a running wheel. This phenomenon is being used as a model to study the underlying neurobiology of anorexia nervosa.
Abstract
فقدان الشهية العصبي (AN) هو مرض نفسي يتميز مقيدة بشكل مفرط السعرات الحرارية ومستويات عالية بشكل غير طبيعي من النشاط البدني. A المرض تحديا لعلاج، وذلك بسبب عدم فهم بيولوجيا الأعصاب الكامنة، AN لديها أعلى معدل وفيات بين الأمراض النفسية. لتلبية هذه الحاجة، علماء الأعصاب تستخدم نموذج حيواني لدراسة كيفية الدوائر العصبية قد يساهم التعرض للAN ويمكن أن تتأثر AN. فقدان الشهية (ABA) على أساس النشاط هو ظاهرة بيولوجية السلوك هو موضح في القوارض التي نماذج الأعراض الرئيسية لمرض فقدان الشهية العصبي. عندما القوارض مع حرية الوصول إلى عملية طوعية على عجلة دوارة تقييد تجربة الأغذية، فإنها تصبح مفرط – تشغيل أكثر من الحيوانات مع حرية الوصول إلى الغذاء. هنا، نحن تصف الإجراءات التي يتم من خلالها يسببها ABA في المراهقين الإناث C57BL / 6 الفئران. في يوم ما بعد الولادة 36 (P36)، يقع هذا الحيوان مع الوصول إلى عملية طوعية على التواليعجلة القيادة. بعد 4 أيام من التأقلم على عجلة دوارة، على P40، تتم إزالة جميع المواد الغذائية من القفص. ل3 أيام المقبلة، يتم إرجاع الطعام إلى القفص (السماح الحيوانات وصول الغذاء مجانا) لمدة 2 ساعة يوميا. بعد اليوم الرابع من قيود الغذائية، يتم إرجاع حرية الوصول إلى المواد الغذائية وإزالة عجلة دوارة من القفص للسماح للحيوانات لاسترداد. ويظهر تحليل مستمر لعدة أيام بادارة النشاط عجلة أن الفئران تصبح مفرط في غضون 24 ساعة بعد ظهور تقييد الغذاء. الفئران التي تديرها حتى في الوقت المحدود خلالها لديهم إمكانية الحصول على الغذاء. بالإضافة إلى ذلك، فإن نمط الإيقاع اليومي من عجلة دوارة يصبح تعطلت من تجربة تقييد الغذاء. لقد كنا قادرين على ربط التغيرات العصبية مع مختلف جوانب عجلة سلوك الحيوانات تشغيل لتوريط مناطق الدماغ معينة والتغيرات الكيميائية العصبية مع المرونة والقابلية للتأثر الغذائية تقييد الناجم عن فرط النشاط.
Introduction
فقدان الشهية العصبي (AN) هو مرض نفسي يتميز تقييد الإفراط في تناول الطعام، والإفراط في ممارسة الرياضة، والمخاوف غير المنطقية من زيادة الوزن. واحدة من الأمراض النفسية الأكثر فتكا 1، AN لا يوجد لديه العلاج الدوائي المقبولة حتى الآن، وفهم الآليات العصبية الحيوية وآثار المرض بشكل سيئ. نحن ندرس نموذج حيواني من AN لاستكشاف التغيرات العصبية الحيوية والكيميائية العصبية المرتبطة مع أعراض مميزة لهذا المرض.
فقدان الشهية (ABA) على أساس النشاط هو ظاهرة بيولوجية السلوك هو موضح في القوارض التي نماذج بعض خصائص AN 2،3. عندما القوارض مع حرية الوصول إلى عملية طوعية على عجلة دوارة تجربة الغذائية التقييد، وكثير، ولكن ليس كل شيء، أصبح مفرط – تشغيل أكثر من ركضوا قبل بداية الغذائية تقييد 3،4. كانت هناك العديد من التفسيرات المقترحة للالإفراط في ممارسة الرياضة التي أظهرتهاالحيوانات ABA والمرضى AN: أنه هو شكل من أشكال السلوك تستخدم علفا 5، وهي آلية للتعامل مع ضغوط الغذائية تقييد 6، محاولة لرفع درجة حرارة الجسم أثناء الهبوط الناجم عن الجوع في استقلاب 7، أو نتيجة لhypoleptinemia 8 . هذا النموذج القوارض يستنسخ الأعراض AN من الجسم وفقدان الوزن، وفرط النشاط، وتقييد المواد الغذائية الطوعي عن طريق اختيار لتشغيل خلال الحصول على الغذاء محدودة، والعلاقات المتبادلة مع القلق الصفات 9،10، والضعف تتأثر تجربة الحياة في وقت مبكر (11). في حين يعتبر نموذج القوارض ABA نموذج الإجهاد، وهذا قد لا تعكس بدقة AN في المرضى من البشر، الذين يظهرون زيادة الوظيفة المناعية 12. بين كل من القوارض والمرضى من البشر، تظهر بعض الأفراد أكثر هشاشة من غيرها. في حين أن الدراسات الوبائية تسعى إلى توضيح عوامل الخطر لAN، وقد حاول عدد قليل نسبيا من الدراسات لفهم الأساس العصبي البيولوجي الفروق الفردية في vulnerability لتحريض ABA في القوارض.
ومن المهم أن نلاحظ أن نموذج ABA يستخدم على نطاق واسع، واستخدامها كنموذج للحيوانات من AN تم استعراض نطاق واسع 6،13-15. مساهمة هذا العمل الحالي هو تلخيص أساليب محددة تستخدم للحث على ABA في إناث الفئران المراهقين وتحديد التعديلات التي كانت ضرورية لجعل لنماذج القوارض الموجودة من أجل تحسين البقاء على قيد الحياة في الفئران الشابة. بالإضافة إلى ذلك، نحن نناقش مختلف التقنيات التي يمكن أن يقترن مع نموذج السلوك ABA لدراسة جوانب أخرى من نموذج حيواني.
نموذج الفأر ABA يسمح الاستكشاف بدقة من الأعصاب من مرض AN. هذا هو فصل من التأثيرات الاجتماعية والثقافية، والتي، بلا شك، يساهم ضعف الشخص. ويمكن أيضا نموذج ABA أن تستخدم لدراسة تأثير تقييد الغذاء المتكررة أو غيرها من أشكال الضغط في تركيبة مع وصول العجلات، وذلكلالتقاط بعض جوانب AN الانتكاس 16. وقد تمت دراسة المثبطة وظيفة الجهاز العصبي في الدماغ مراكز القلق باستخدام تقنيات الإلكترون المجهري-4،16،17. وقد درس تشجر شجيري باستخدام تتبع وتحليل الخلايا الهرمية في مجال CA1 من الحصين 18،19 واللوزة 17 Neurolucida المساعدة. وقد درست آثار تقييد الغذاء والحصول على عجلة القلق باستخدام الاختبارات السلوكية مثل مرتفعة بالإضافة إلى متاهة 10. وقد درست الأساس الجيني الضعف باستخدام سلالات مختلفة من الفئران الفطرية 9. ويمكن اختبار التلاعب الدوائية في نموذج حيواني قبل التجارب على الانسان 20-24. الحيوانات المعدلة وراثيا وضربة قاضية عابرة من الجينات يمكن أن تستخدم لدراسة كيفية التلاعب معينة المسارات الجزيئية يمكن أن تؤثر على السلوك في نموذج ABA. تأثير الإجهاد أثناء الحياة المبكرة على ضعف التفاضلية لABA ثولد يكون موضوع آخر لا يمكن معالجتها من خلال هذا النهج.
Protocol
Representative Results
Discussion
الجوانب الهامة للنموذج ABA هي (1) حرية الوصول إلى عملية طوعية على عجلة دوارة و (2) تقييد الطعام مع وصول المواد الغذائية يقتصر على فترة محدودة من الزمن. الوصول إلى عجلة دوارة تسمح للحيوان لاختيار لاستخدام العجلة ويعطي مؤشرا على تأثير تقييد الغذاء على دوافع الحيوان لممارسة الرياضة. على العكس من ذلك، الحصول على الغذاء المقيدة الوقت (بدلا من تقييد السعرات الحرارية) يسمح للمجرب لقياس تقييد الغذاء التطوعي من خلال مراقبة مدى اختيار الحيوانات لتشغيل خلال ساعات محدودة من الحصول على الغذاء. في هذه الطريقة، ABA هو نموذج ممتاز للجوع الذاتي الذي يحدث في AN.
من أجل تقليل الضوضاء في البيانات سلوك الماوس، فمن المهم لتقليل كمية من التوتر لا يمكن التنبؤ بها أن تجربة الحيوانات. على سبيل المثال، يجب أن تبقى التعامل مع الحيوانات إلى الحد الأدنى، مع الحيوانات فقط يجري بالانزعاج خلال وزنها، ومرة واحدة فياليوم. ينبغي تدريب على التعامل مع الحيوانات المجرب ومريحة مع التعامل مع الحيوانات. إذا كان ذلك ممكنا، يجب أن شخص واحد التعامل مع الحيوانات في كافة مراحل التجربة لتجنب ضغوط إضافية. وينبغي تجنب الروائح والعطور. ينبغي بذل الوقت وزنها وتسليم المواد الغذائية لتكون منتظمة قدر الإمكان، للحد من أي عدم القدرة على التنبؤ. كإجراء وقائي ضد فقدان البيانات، فمن الأفضل لتشغيل الكمبيوتر من خلال مصدر طاقة احتياطية في حالة انقطاع التيار الكهربائي. وحتى انقطاع قصير من السلطة يتسبب في إعادة تشغيل جهاز الكمبيوتر وسيكون الحصول على البيانات تتوقف. بالإضافة إلى ذلك، فمن المهم رصد عمر البطارية من أجهزة الإرسال عجلة يوميا. إذا أصبح مستوى البطارية ضعيفة، وجهاز الإرسال قد تفشل بشكل متقطع لإرسال البيانات إلى المركز، وبالتالي التقليل من نشاط الحيوان.
تم تعديل بروتوكول الماوس الموصوفة هنا من بروتوكول القياسية التي استخدمت لالفئران 4. المراهقين إناث الفئرانهي أكثر من ذلك بكثير عرضة لفقدان الوزن الزائد والموت بسبب الجوع. لذلك، تم إجراء التغييرات التالية من أجل تحسين البقاء على قيد الحياة لثلاثة أيام على الأقل من ABA. أولا، تم اختصارها في اليوم الأول من تقييد الغذاء عن طريق إزالة الطعام ظهرا بدلا من الساعة 8 مساء في اليوم السابق. وعلاوة على ذلك، تم زيادة الفترة الزمنية من الحصول على الغذاء من 1 ساعة إلى 2 ساعة وأضافت توافر الغذاء الرطب أيضا للحد من آثار الجفاف. وجدنا أن إدارة الغذاء الرطب للفئران تحسنت كثيرا حالتهم خلال ثلاثة أيام من تقييد الغذاء. بدون الطعام الرطب، ووزن الجسم وتنخفض أسرع بكثير، وكان الحيوان المراد إزالتها من البيئة الغذائية المقيدة. وكانت هذه التغييرات كافية للسماح الفئران البقاء على قيد الحياة خلال ثلاثة أيام كاملة من تقييد الغذاء واستعادة بسهولة من ABA.
هذا البروتوكول لABA بعض القيود الهامة التي يجب مراعاتها. أولا، من الضروري لإيواء الفئران بشكل فردي في أقفاص في عجلة دوارة من أجل مراقبة النشاط عجلة من كل الماوس بشكل مستقل. وهذا يؤدي إلى العزلة الاجتماعية من الحيوانات، والضغوطات المعروفة التي قد تؤثر على سلوك الحيوانات خلال ABA وكذلك بعض الدوائر العصبية التي تجري دراستها 26. حتى الآن، لا يوجد المعدات المتاحة التي هي قادرة على مراقبة نشاط فردي من الفئران يضم المشترك، ولكن هذا يبدو أن مشكلة قابلة للحل باستخدام تقنية RFID وتتبع علامات المربوطة على كل حيوان. آخر نتيجة محتملة لا يمكن تجنبها من الحيوانات زملاء السكن خلال تقييد الغذائية هي المخاطر التي قد تصبح عدوانية تجاه الحيوانات من القفص زملائه. تغيير قفص الحيوانات بعد كل دورة التغذية غير الضغوطات آخر أنه كان علينا أن نقدم تخزين المواد الغذائية الحيوانية بسبب واحد تحت الفراش. ونحن نهدف إلى التقليل من وطأة قفص جديد من خلال إدخال كمية كبيرة من الفراش المتسخة من القفص السابق في قفص الطازجة.
<p class="jove_content"> مجموعات أخرى باستخدام نموذج ABA اختارت معلمات مختلفة عن جدول التغذية الخاصة بهم. اختيار تغذية الوقت خلال المرحلة المظلمة من دورة ضوء الظلام ليست المعيار. اخترنا لتغذية الحيوانات في الوقت الذي الأضواء إيقاف السماح لمزيد من الوقت الطبيعي للحيوانات لتناول الطعام، منذ الماوس الليلي هو عادة أكثر يقظة ونشاطا خلال هذه الفترة. بعض الجماعات تتغذى على الحيوانات خلال فترة أضواء على اليوم 13،27. قد يكون هذا من أجل راحة المجرب، ومن المهم أن نلاحظ أن الفترة الزمنية لبدل الطعام خلال المرحلة الخفيفة ينبغي زيادة تحسين البقاء على قيد الحياة. كما أن أشير إلى أن عرقلة الوصول إلى عجلة دوارة أثناء الرضاعة قد يحسن البقاء على قيد الحياة، ولكننا نرى أن هذا يزيل الجانب مثيرة جدا للاهتمام من السلوك الذي هو القرار الذي اتخذه بعض الحيوانات لتشغيل بدلا من تناول الطعام، مما أدى إلى تفاقم المجاعة الذاتي الجانب من نموذج ABA، ولكن التقاط السمة المميزة للالسلوك الإنساني المرتبطة AN.ومن المهم أن نلاحظ أن هذا البروتوكول تم على وجه التحديد الأمثل للإناث المراهقين C57BL / 6 الفئران. إذا سلالة الماوس، أو الجنس، أو مجموعة عمرية مختلفة لاستخدامه، وبعض المعلمات من البروتوكول قد تتطلب التعديل. وقد تبين أيضا أن RT يؤثر على شدة ABA في القوارض 28. في حين أننا لم محاولة لتغيير RT لدراساتنا، وزيادة غير المرجح أن تحسين معدلات البقاء على قيد الحياة بين الحيوانات ABA على RT.
وميزة استخدام نموذج حيواني من الأمراض التي تصيب البشر، مثل AN، هو أن من الممكن لدراسة تشريح الدماغ وعلم وظائف الأعضاء والتغيرات الناجمة عن الوصول إلى عملية طوعية وتقييد المواد الغذائية في الإعداد للرقابة. استخدام الفئران في نموذج ABA يسمح استخدام النهج الوراثية قوية باستخدام حيوانات معدلة وراثيا والعدوى الفيروسية للتلاعب الجيني. وتهدف الدراسات المستقبلية في دراسة تأثير جينات معينة في الصمودأو ضعف في الغذاء الناجم عن تقييد النشاط المفرط والتجويع الذاتي.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل برنامج المنح مؤسسة Klarman في اضطرابات الأكل البحوث لCA؛ المعاهد الوطنية للصحة المنح R21MH091445-01 لCA، R21MH105846 لCA، R01NS066019-01A1 لCA، R01NS047557-07A1 لCA، نيى الأساسية غرانت EY13079 لCA، R25GM097634-01 لCA، UL1 TR000038 من المركز الوطني للنهوض متعدية العلوم لTGC، صندوق تحدي أبحاث جامعة نيويورك لCA؛ ومنح فولبرايت لستشغل C.
Materials
| Wireless running wheel for mouse | Med Associates | ENV-044 | |
| USB Interface Hub | Med Associates | DIG-804 | |
| Wheel Manager Software | Med Associates | SOF-860 | |
| Wheel Manager Data Analysis | Med Associates | SOF-861 |
References
- Arcelus, J., Mitchell, A. J., Wales, J., Nielsen, S. Mortality rates in patients with anorexia nervosa and other eating disorders. A meta-analysis of 36 studies. Archives of general psychiatry. 68, 724-731 (2011).
- Hall, J. F., Hanford, P. V. Activity as a function of a restricted feeding schedule. Journal of comparative and physiological psychology. 47, 362-363 (1954).
- Routtenberg, A., Kuznesof, A. W. Self-starvation of rats living in activity wheels on a restricted feeding schedule. Journal of comparative and physiological psychology. 64, 414-421 (1967).
- Aoki, C., et al. Adolescent female rats exhibiting activity-based anorexia express elevated levels of GABA(A) receptor alpha4 and delta subunits at the plasma membrane of hippocampal CA1 spines. Synapse. 66, 391-407 (2012).
- Adan, R. A., et al. Neurobiology driving hyperactivity in activity-based anorexia. Current topics in behavioral neurosciences. 6, 229-250 (2011).
- Gutierrez, E. A rat in the labyrinth of anorexia nervosa: contributions of the activity-based anorexia rodent model to the understanding of anorexia nervosa. The International journal of eating disorders. 46, 289-301 (2013).
- Hillebrand, J. J., de Rijke, C. E., Brakkee, J. H., Kas, M. J., Adan, R. A. Voluntary access to a warm plate reduces hyperactivity in activity-based anorexia. Physiology and behavior. 85, 151-157 (2005).
- Hebebrand, J., et al. Hyperactivity in patients with anorexia nervosa and in semistarved rats: evidence for a pivotal role of hypoleptinemia. Physiology and behavior. 79, 25-37 (2003).
- Gelegen, C., et al. Difference in susceptibility to activity-based anorexia in two inbred strains of mice. European neuropsychopharmacology : the journal of the European College of Neuropsychopharmacology. 17, 199-205 (2007).
- Wable, G. S., Min, J. Y., Chen, Y. W., Aoki, C. Anxiety is correlated with running in adolescent female mice undergoing activity-based anorexia. Behavioral neuroscience. , (2014).
- Carrera, O., Gutierrez, E., Boakes, R. A. Early handling reduces vulnerability of rats to activity-based anorexia. Developmental psychobiology. 48, 520-527 (2006).
- Armstrong-Esther, C. A., Lacey, J. H., Crisp, A. H., Bryant, T. N. An investigation of the immune response of patients suffering from anorexia nervosa. Postgraduate medical journal. 54, 395-399 (1978).
- Klenotich, S. J., Dulawa, S. C. The activity-based anorexia mouse model. Methods in molecular biology. 829, 377-393 (2012).
- Casper, R. C., Sullivan, E. L., Tecott, L. Relevance of animal models to human eating disorders and obesity. Psychopharmacology. 199, 313-329 (2008).
- Carrera, O., Fraga, A., Pellon, R., Gutierrez, E., Crawley, J. a. c. q. u. e. l. i. n. e. . N. Rodent model of activity-based anorexia. Current protocols in neuroscience. 67, 41-49 (2014).
- Chowdhury, T. G., Wable, G. S., Sabaliauskas, N. A., Aoki, C. Adolescent female C57BL/6 mice with vulnerability to activity-based anorexia exhibit weak inhibitory input onto hippocampal CA1 pyramidal cells. Neuroscience. 241, 250-267 (2013).
- Wable, G. S., et al. Excitatory synapses on dendritic shafts of the caudal basal amygdala exhibit elevated levels of GABAA receptor alpha4 subunits following the induction of activity-based anorexia. Synapse. 68, 1-15 (2014).
- Chowdhury, T. G., Barbarich-Marsteller, N. C., Chan, T. E., Aoki, C. Activity-based anorexia has differential effects on apical dendritic branching in dorsal and ventral hippocampal CA1. Brain structure and function. , (2013).
- Chowdhury, T. G., et al. Activity-based anorexia during adolescence disrupts normal development of the CA1 pyramidal cells in the ventral hippocampus of female rats. Hippocampus. , (2014).
- Klenotich, S. J., et al. Olanzapine, but not fluoxetine, treatment increases survival in activity-based anorexia in mice. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 37, 1620-1631 (2012).
- Altemus, M., Glowa, J. R., Galliven, E., Leong, Y. M., Murphy, D. L. Effects of serotonergic agents on food-restriction-induced hyperactivity. Pharmacology, biochemistry, and behavior. 53, 123-131 (1996).
- Atchley, D. P., Eckel, L. A. Treatment with 8-OH-DPAT attenuates the weight loss associated with activity-based anorexia in female rats. Pharmacology, biochemistry, and behavior. 83, 547-553 (2006).
- Verhagen, L. A., Luijendijk, M. C., Hillebrand, J. J., Adan, R. A. Dopamine antagonism inhibits anorectic behavior in an animal model for anorexia nervosa. European neuropsychopharmacology : the journal of the European College of Neuropsychopharmacology. 19, 153-160 (2009).
- Verty, A. N., et al. The cannabinoid receptor agonist THC attenuates weight loss in a rodent model of activity-based anorexia. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 36, 1349-1358 (2011).
- Aoki, C., et al. alpha4betadelta-GABAARs in the hippocampal CA1 as a biomarker for resilience to activity-based anorexia. Neuroscience. 265, 108-123 (2014).
- Stranahan, A. M., Khalil, D., Gould, E. Social isolation delays the positive effects of running on adult neurogenesis. Nature. 9, 526-533 (2006).
- Wu, H., et al. Rethinking food anticipatory activity in the activity-based anorexia rat model. Scientific reports. 4, 3929 (2014).
- Gutierrez, E., Vazquez, R., Boakes, R. A. Activity-based anorexia: ambient temperature has been a neglected factor. Psychonomic bulletin and review. 9, 239-249 (2002).
