חקר השפעות עצמאיות של הורמון מגרה זקיקים in vivo במודל עכבר
Summary
הורמון מגרה זקיק (FSH) ברקמות ואיברים חוץ-גונדליים שונים קשור לפתוגנזה של מחלות מרובות. ניתן להשתמש במודל העכבר שעבר כריתת שחלות וטיפול ב- FSH (OVF) כדי לחקור את הפעולות החוץ-גונדליות של FSH.
Abstract
במהלך המעבר משלב הרבייה לשלב שאינו רבייה (גיל המעבר), נשים רבות חוות שינויים פיזיולוגיים ופתולוגיים משמעותיים, כולל ירידה במסת העצם, עלייה בשומנים בדם ועלייה בשומן הקרביים. רמות ההורמון מגרה הזקיקים (FSH) עולות במהלך המעבר לגיל המעבר. מחקרים רבים הראו כי FSH ברקמות ואיברים חוץ-גונדליים שונים קשור לפתוגנזה של מחלות מרובות. לכן, בניית מודל בעלי חיים שיכול לעזור לחקור את ההשפעות הבלתי תלויות של FSH in vivo חשוב במיוחד. במחקר זה, נקבות עכברות C57BL/6 עברו כריתת שחלות ובתוספת אסטרדיול ואלרט (OVX + E2) כדי לחסל את ההשפעה של ציר ההיפותלמוס-יותרת המוח-גונדל. עכברי OVX + E2 קיבלו ממס (N.S.) או מינונים שונים של FSH רקומביננטי באמצעות הזרקה תוך צפקית ליצירת מודל עכברי (OVF) המאופיין באסטרוגן יציב יחסית ורמות FSH עולות. לכן, יצרנו בהצלחה מודל עכבר ניסיוני כדי לחקות את השלב המוקדם של המעבר לגיל המעבר, המאופיין ברמות FSH גבוהות בסרום. מודל OVF יש את היתרונות של להיות יציב, עלות נמוכה, וקל לתפעול, אשר מתאים למחקרים כדי לחקור את הפעולות extragonadal של FSH. כאן, אנו מתארים פרוטוקולים מפורטים עבור מודל OVF עכבר.
Introduction
רמות ההורמון מגרה הזקיקים (FSH) עולות במהלך המעבר לגיל המעבר (המונח מעבר לגיל המעבר הוגדר בשנת 2011 בשלבי סדנת הזדקנות הרבייה (STRAW) + מערכת 10)1. במהלך המעבר לגיל המעבר, תקופה המאופיינת בעלייה ברמות FSH ואסטרוגן1 יציב יחסית, נשים חוות שינויים במחזור החודשי ושינויים פיזיולוגיים משמעותיים המערבים תאים ורקמות שונות. שינויים אלה יכולים להשפיע באופן חמור על איכות החיים והבריאות של נשים. חקר ההשפעות של FSH עשוי לשפר את איכות החיים והבריאות של נשים.
FSH מופרש מתאי גונדוטרופ בבלוטת יותרת המוח הקדמית והוא קריטי לשליטה בתפקוד הגונדל וברבייה2. הפונקציה של FSH מתווכת באמצעות קולטן FSH (FSHR), השייך לקולטן מצומד חלבון G (GPCR)3. FSHR מתבטא בדרך כלל בגונדות, כלומר, השחלה והאשכים. הוכח כי FSHR מתבטא באופן אוניברסלי במספר תאים ורקמות חוץ-גונדליים, כולל כבד4, היפוקמפוס5, אוסטאוקלסטים6, אדיפוציטים7 ותאי אנדותל8. מחקרים חדשים חשפו פעולות גונדל נוספות של FSH ואת הרלוונטיות הקלינית הפוטנציאלית שלו בדיסליפידמיה4, מחלת אלצהיימר5, אוסטאופורוזיס 9,10, טרשת עורקים11, השמנת יתר9 וסרטן12. לכן, בניית מודל של בעלי חיים שיכול לעזור לחקור את ההשפעות הבלתי תלויות של FSH in vivo חשובה במיוחד בחקר הפעולות של FSH בלבד.
בפרוטוקול הצגנו את הנוהל להקמת מודל עכבר עם אסטרוגן יציב יחסית ורמות FSH עולות13. מודל העכבר מחקה את המעבר לגיל המעבר על ידי ניתוח לכריתת השחלות ולאחר מכן בתוספת אסטרדיול ואלרט ו- FSH רקומביננטי. כאשר לעכברות שעברו כריתת שחלות נוסף אסטרוגן אקסוגני כדי לשמור על רמות אסטרוגן דומות עם העכברים המופעלים על ידי דמה, רמות FSH אנדוגני היו יציבות עקב משוב אסטרוגן בבלוטת יותרת המוח. במצב זה, הוא יכול לשלוט ברמות FSH על ידי מתן FSH אקסוגני מבלי לשנות את רמות האסטרוגן. לפיכך, מודל העכבר OVF יכול להוציא את השפעת האסטרוגן ולבחון את ההשפעות הפיזיולוגיות והפתולוגיות של FSH. אנו מאמינים כי ההליך המפורט והחזותי שימושי לחוקרים לבסס את מודל עכבר OVF במעבדה שלהם וליישם אותו כדי לחקור שינויים פיזיולוגיים ופתולוגיים במהלך המעבר לגיל המעבר לפי הצורך.
Protocol
Representative Results
Discussion
במהלך המעבר משלב הרבייה לשלב שאינו רבייה (גיל המעבר), נשים רבות חוות שינויים פיזיולוגיים ופתולוגיים משמעותיים. רמות FSH עולות במהלך המעבר לגיל המעבר1. מחקרים חדשים גילו כי FSH ברקמות ואיברים חוץ-גונדליים שונים הוא קריטי בפתוגנזה של מחלות רבות, כולל דיסליפידמיה4, מחלת אלצהיימר5, אוסטאופורוזיס 9,10, טרשת עורקים11, השמנת יתר9 וסרטן12. לכן, בניית מודל בעלי חיים שיכול לעזור לחקור את ההשפעות הבלתי תלויות של FSH in vivo חשוב במיוחד. מודל העכבר OVF מחקה את השלב המוקדם של המעבר לגיל המעבר עם אסטרוגן יציב יחסית ורמות FSH עולות, והוא מתאים במיוחד למחקרים לחקור את הפעולות החוץ-גונדליות של FSH.
בשיטה זו, כריתת השחלה בוצעה באמצעות חתך גב גבי יחיד, בערך 1 ס”מ מבסיס הירך כלפי מעלה (איור 1B). העור נחתך כמעט יחד עם שרירי הגב באמצעות מספריים חדים לניתוח, וכך נוצרה גישה לחלל הצפק. לאחר הניתוח, חתך השריר לא דרש תפירה, והפצע בעור נסגר דו-צדדית בתפר חתולי אחד (איור 2). הניתוח קל יותר מבחינה טכנית, גוזל פחות זמן ופחות מזיק לנקבות עכברים בהשוואה לשיטות אחרות בהן נעשה שימוש.
כמה פרטים שיש לשים לב אליהם במהלך הניתוח. ראשית, כל ההליכים הכירורגיים צריכים להישמר נקיים וסטריליים ככל האפשר כדי להפחית את הסיכון לזיהום לאחר הניתוח. שנית, מכיוון שרקמת השחלה שברירית מאוד, כלי ניתוח אינם יכולים ליצור קשר ישיר עם השחלות במהלך כריתת השחלות, כדי למנוע השתלה תוך צפקית. שלישית, לאחר הניתוח, העכברים הועברו לשמיכת טמפרטורה קבועה של 37 מעלות צלזיוס במהלך ההחלמה כדי למנוע היפותרמיה לאחר הניתוח שהובילה למוות.
מחקר קודם הוכיח כי אסטרוגן אנדוגני מסונתז בתאי תקה בשחלות של נשים לפני גיל המעבר או תאי סטרומה שומן של השד של נשים לאחר גיל המעבר ובכמויות מינוריות ברקמה היקפית14. האסטרוגן בסרום ירד בחדות עבור עכברות שעברו כריתת שחלות, אך לא ניתן לסלק אותו (איור 3B). אולם אסטרוגן אנדוגני המסונתז ברקמה חוץ-גונדלית אינו משפיע על יציבות רמות האסטרוגן במודל OVF (איור 4B).
יש כמה מגבלות במודל ה-OVF. ברגע שהניתוח אינו זהיר ומוביל להשתלה תוך צפקית בשחלות, הוא עלול להוביל לכשל מודל. במקרה זה, האסטרוגן בסרום אינו יורד בחדות ומשתנה בשלבים שונים של מחזור הייחום. לאחר מתן אקסוגני של אסטרוגן ו- FSH, לוקח כשבוע לגוף להגיע לשיווי משקל. לפיכך, שינויים פתולוגיים של מודל OVF המתרחשים בתוך 1 שבוע לא יכול להצביע על ההשפעות של FSH.
לסיכום, למודל OVF יש את היתרונות של היותו יציב, זול וקל לתפעול. ההשפעות המערכתיות של FSH ברמה גבוהה ניתן לראות לאחר הזרקה intraperitoneal של FSH; כלומר, מודל OVF מתאים למחקרים החוקרים את הפעולות החוץ-גונדליות של FSH. עם זאת, הדרישות לניתוח מודל והליכי הזרקה intraperitoneal הם גבוהים למדי. אם המימון מספיק, מודלים ספציפיים של נוקאאוט הם הבחירה הטובה ביותר.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו רוצים להודות למעבדת בעלי החיים של בית החולים המחוזי שאנדונג על התמיכה הטכנית. עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (NSFC 82101645), הקרן למדעי הטבע של מחוז שאנדונג, סין (ZR2020QH088), ותוכנית התמיכה במדע וטכנולוגיה לחדשנות נוער של מכללות במחוז שאנדונג (2021KJ051).
Materials
| beta-estradiol 17-valerate | Macklin | E829824 | |
| Estradiol sensitive ELISA | Demeditec | DE4399 | |
| Hematoxylin Staining Solution | Beyotime | C0107 | |
| Meloxicam | Aladdin | M129228 | |
| recombinant human Follicle-stimulating hormone | Merck Serono | N19Z8803G | |
| Tribromoethanol | Sigma | T48402 | Aliphatic name: 2,2,2-Tribromoethanol |
References
- Harlow, S. D., et al. Executive summary of the Stages of Reproductive Aging Workshop + 10: addressing the unfinished agenda of staging reproductive aging. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 97 (4), 1159-1168 (2012).
- Ulloa-Aguirre, A., Zariñán, T. The Follitropin Receptor: Matching Structure and Function. Molecular Pharmacology. 90 (5), 596-608 (2016).
- Franks, S., Stark, J., Hardy, K. Follicle dynamics and anovulation in polycystic ovary syndrome. Human Reproduction Update. 14 (4), 367-378 (2008).
- Guo, Y., et al. Blocking FSH inhibits hepatic cholesterol biosynthesis and reduces serum cholesterol. Cell Research. 29 (2), 151-166 (2019).
- Xiong, J., et al. FSH blockade improves cognition in mice with Alzheimer’s disease. Nature. 603 (7901), 470-476 (2022).
- Sun, L., et al. FSH Directly Regulates Bone Mass. Cell. 125 (2), 247-260 (2006).
- Liu, X. M., et al. FSH regulates fat accumulation and redistribution in aging through the Gαi/Ca(2+)/CREB pathway. Aging Cell. 14 (3), 409-420 (2015).
- Maclellan, R. A., et al. Expression of Follicle-Stimulating Hormone Receptor in Vascular Anomalies. Plastic and Reconstructive Surgery. 133 (3), 344e-351en (2014).
- Liu, P., et al. Blocking FSH induces thermogenic adipose tissue and reduces body fat. Nature. 546 (7656), 107-112 (2017).
- Ji, Y., et al. Epitope-specific monoclonal antibodies to FSHβ increase bone mass. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (9), 2192-2197 (2018).
- El Khoudary, S. R., et al. Trajectories of estradiol and follicle-stimulating hormone over the menopause transition and early markers of atherosclerosis after menopause. European Journal of Preventive Cardiology. 23 (7), 694-703 (2016).
- Radu, A., et al. Expression of Follicle-Stimulating Hormone Receptor in Tumor Blood Vessels. The New England Journal of Medicine. 363 (17), 1621-1630 (2010).
- Sowers, M. R., et al. Endogenous hormones and bone turnover markers in pre- and perimenopausal women: SWAN. Osteoporosis International. 14 (3), 191-197 (2003).
- Kristensen, V. N., Kure, E. H., Erikstein, B., Harada, N., Børresen-Dale, A. L. Genetic susceptibility and environmental estrogen-like compounds. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. 482 (1), 77-82 (2001).
