Summary

慢性低酸素症誘発性認知機能障害のマウスモデルにおける鍼治療

Published: December 08, 2023
doi:

Summary

ここでは、慢性低酸素マウスモデルに軽度の麻酔と鍼治療を実施し、治療後の認知変化を評価するための行動テストを実施するためのプロトコルについて説明します。

Abstract

中枢神経疾患の治療は、常に医療分野に大きな課題を投げかけてきました。鍼灸治療は、伝統的な中国医学に根ざした非薬理学的実践であり、体の正確なポイントに細い鍼を挿入することを伴い、さまざまな状態の管理に一般的に採用されています。最近、鍼治療は、不安障害や呼吸器疾患を含むさまざまな神経疾患に対する有望な治療介入として浮上しています。しかし、慢性低酸素症によって引き起こされる認知機能障害の治療における鍼治療の可能性はまだ調査されていません。この論文では、慢性低酸素症誘発性認知障害のマウスモデルを確立し、軽度の麻酔を投与し、鍼治療を行い、オープンフィールドテストと水迷路を使用して行動変化と記憶能力を評価するための包括的なプロトコルを提示します。ステップバイステップのプロトコルは、認知機能を改善するためにツボと針を正確に位置決めし、配置するための詳細な指示を提供します。このプロトコルを採用することにより、研究者は体系的な研究を実施して、認知機能障害に対する鍼治療の治療の可能性を徹底的に評価することができます。

Introduction

現在、世界の人口は深刻な高齢化問題に直面しており、その結果、認知障害の有病率が急速に増加しています。認知障害の世界的な発生率は、1000人年あたり約53.97人です1。血管機能障害や循環器・呼吸器疾患による慢性脳低酸素症は、加齢性認知症の主要な危険因子の1つです2。これまでの研究では、脳低酸素症がBACE1の発現修飾することにより、アミロイドβ沈着を増加させることが実証されています3。さらに、低酸素症はグリア細胞の調節不全や神経炎症と関連しています4,5。この問題の深刻さが増しているにもかかわらず、慢性的な低酸素症による認知機能低下を予防する有効な西洋医学は、現在不足しています。非薬理学的伝統医学、特に鍼治療は、認知障害の治療に何千年もの間使用されており、神経変性疾患の緩和に有望な結果を示しています6,7。Baihui、Shenting、およびZusanliのツボは、認知機能障害の治療に効果的なポイントです8,9。臨床研究では、電気鍼治療が血管性認知障害のある患者のモントリオール認知評価(MoCA)およびミニメンタルステート検査(MMSE)スコアを大幅に改善し、認知機能障害を効果的に改善することが実証されています8。鍼治療は、動脈結紮(急性脳低酸素症モデル10、急性脳低酸素モデル)を有するラットの記憶能力を有意に向上させることができることが研究で示唆されているが、慢性低酸素症誘発性認知障害を有するげっ歯類モデルにおける鍼治療の効果に関する報告はない。メカニズムに関する研究の欠如は、その臨床応用をかなり妨げています。

これまでの研究では、ラットを低酸素環境に8週間さらすと、脳内の酸化ストレスと炎症のレベルが著しく上昇し、記憶機能が低下することが実証されています11。本研究は、鍼治療がげっ歯類モデルに及ぼす影響を調査し、理解を深めることを目的としています。ただし、げっ歯類の鍼治療では、繰り返し刺激すると興奮する可能性があるため、通常、麻酔が必要になることは注目に値します。麻酔薬のほとんどが神経活動を抑制し、情報処理を阻害し、行動障害につながる可能性があるため、麻酔の長期化はマウスの認知機能に大きな影響を与える可能性があります12。いくつかの研究は、2.5%セボフルランを6時間投与すると、マウスの空間記憶、学習能力、および注意力を著しく損なう可能性があることを示しています13。さらに、高用量の麻酔がマウスの神経細胞死または神経損傷を引き起こす可能性があることを示唆する証拠があります14。したがって、使用される麻酔の総量を最小限に抑えるための適切なアプローチを特定することが不可欠です。本研究では、認知機能障害のあるマウスの治療に有効な鍼治療法と、記憶力を評価するための行動テストについて紹介する。重要なのは、実験中に投与される麻酔の総投与量を効果的に減らすことができる修正された治療前の麻酔技術を提示することです。

Protocol

動物実験は、河北宜陵医学研究所動物研究倫理委員会(承認番号:N2022148)の承認を得て実施された。体重18-22gの雄のC57BL/6Jマウス( 資料表参照)を河北宜陵医学研究所の新薬評価センターに収容した。彼らは通常の食料ときれいな水を与え、毎日12時間人工光にさらされました。部屋は20〜26°Cの制御された温度範囲と40%〜70%の相対湿度を維持しました。 1. 慢?…

Representative Results

オープンフィールド実験におけるマウスの移動軌跡の特性評価軌道図から、正常群のマウスは、不慣れな環境での探索に強い傾向を示すことがわかった。その活動の軌跡は、主にコーナーに集中し、オープンフィールド全体をカバーしています(左パネル)。対照的に、長期低酸素モデル群のマウスは、新しい環境を探索したいという欲求が著しく減少している。それらは主に?…

Discussion

鍼灸は、2,000年以上前に中国で発祥した非薬理学的医療行為で、経穴と呼ばれる体の特定の部位に細い鍼を刺します。これらの点は、身体の生命エネルギー、つまり「気」が流れるチャネルまたは経絡によって接続されていると考えられています24。鍼灸治療は、これらのツボを刺激することで、体のバランスと調和を取り戻すことを目的としています。慢性疼痛、不安/う?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、河北省科学技術プログラム(NO.E2020100001、NO.22372502D)、石家荘市のハイレベル科学技術イノベーションおよび起業家精神人材プロジェクト(第07202203号)の支援を受けました。

Materials

10% paraformaldehyde solution Bioroyee (Beijing) Biotechnology Co., Ltd RL3234
ANY-maze Science  SA201 Video tracking system
C75BL/6J mice BEIJING HFK BIOSCIENCE CO.,LTD No.110322220103041767 Gender: Male,  Weight: 18–22 g
Electroacupuncture device Great Wall KWD-808 I
Hwato acupuncture  needle Suzhou Medical Appliance Factory 2655519 
Isoflurane RWD Life Science Co.,Ltd R510-22
NanoZoomer Digital Pathology Hamamatsu Photonics K. K C9600-01
Small animal anesthesia machine RWD YL-LE-A106

References

  1. Pais, R., Ruano, L., Carvalho, O. P., Barros, H. Global cognitive impairment prevalence and incidence in community dwelling older adults- A systemic review. Geriatrics. 5 (4), 84 (2020).
  2. Tian, Z., Ji, X., Liu, J. Neuroinflammation in vascular cognitive impairment and dementia: Current evidence, advances, and prospects. International Journal of Molecular Sciences. 23 (11), 6224 (2022).
  3. Yuan, Y., et al. Activation of ERK-Drp1 signaling promotes hypoxia-induced Aβ accumulation by upregulating mitochondrial fission and BACE1 activity. FEBS open bio. 11 (10), 2740-2755 (2021).
  4. Zhu, X., et al. NLRP3 deficiency protects against hypobaric hypoxia induced neuroinflammation and cognitive dysfunction. Ecotoxicology and Environmental Safety. 255, 114828 (2023).
  5. Li, B., Dasgupta, C., Huang, L., Meng, X., Zhang, L. MiRNA-210 induces microglial activation and regulates microglia-mediated neuroinflammation in neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy. Cellular & Molecular Immunology. 17 (9), 976-991 (2020).
  6. Cai, M., Lee, J. H., Yang, E. J. Electro-acupuncture attenuates cognition impairment via anti-neuroinflammation in an Alzheimer’s disease animal model. Journal of Neuroinflammation. 16 (1), 264 (2019).
  7. Xie, L., et al. Electro-acupuncture improves M2 microglia polarization and glia anti-inflammation of hippocampus in Alzheimer’s disease. Frontiers in Neuroscience. 15, 689629 (2021).
  8. Huang, L., et al. Effects of acupuncture on vascular cognitive impairment with no dementia: A randomized controlled trial. Journal of Alzheimer’s Disease: JAD. 81 (4), 1391-1401 (2021).
  9. Xi, L., Fang, F., Yuan, H., Wang, D. Transcutaneous electrical acupoint stimulation for postoperative cognitive dysfunction in geriatric patients with gastrointestinal tumor: a randomized controlled trial. Trials. 22 (1), 563 (2021).
  10. Du, S. Q., et al. Acupuncture inhibits TXNIP-associated oxidative stress and inflammation to attenuate cognitive impairment in vascular dementia rats. CNS Neuroscience & Therapeutics. 24 (1), 39-46 (2018).
  11. Zhang, C. E., et al. Hypoxia-induced tau phosphorylation and memory deficit in rats. Neuro-Degenerative Diseases. 14 (3), 107-116 (2014).
  12. Liang, X., Zhang, R. Effects of minocycline on cognitive impairment, hippocampal inflammatory response, and hippocampal Alzheimer’s related proteins in aged rats after propofol anesthesia. Disease Markers. 2022, 4709019 (2022).
  13. Lee, J. R., et al. Effect of dexmedetomidine on sevoflurane-induced neurodegeneration in neonatal rats. British Journal of Anaesthesia. 126 (5), 1009-1021 (2021).
  14. Matsumoto, Y., Fujino, Y., Furue, H. Anesthesia and surgery induce a functional decrease in excitatory synaptic transmission in prefrontal cortex neurons, and intraoperative administration of dexmedetomidine does not elicit the synaptic dysfunction. Biochemical and Biophysical Research Communications. 572, 27-34 (2021).
  15. Kraeuter, A. K., Guest, P. C., Sarnyai, Z. The open field test for measuring locomotor activity and anxiety-like behavior. Methods in Molecular Biology. 1916, 99-103 (2019).
  16. Bromley-Brits, K., Deng, Y., Song, W. Morris water maze test for learning and memory deficits in Alzheimer’s disease model mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (53), e2920 (2011).
  17. Lin, W., et al. TNEA therapy promotes the autophagic degradation of NLRP3 inflammasome in a transgenic mouse model of Alzheimer’s disease via TFEB/TFE3 activation. Journal of Neuroinflammation. 20 (1), 21 (2023).
  18. Liu, S., et al. A neuroanatomical basis for electro-acupuncture to drive the vagal-adrenal axis. Nature. 598 (7882), 641-645 (2021).
  19. Jang, J. H., et al. Acupuncture inhibits neuroinflammation and gut microbial dysbiosis in a mouse model of Parkinson’s disease. Brain, Behavior, and Immunity. 89, 641-655 (2020).
  20. Dong, W., et al. Electro-acupuncture improves synaptic function in SAMP8 mice probably via inhibition of the AMPK/eEF2K/eEF2 signaling pathway. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine: eCAM. 2019, 8260815 (2019).
  21. Han, Y. G., et al. Electro-acupuncture prevents cognitive impairment induced by lipopolysaccharide via inhibition of oxidative stress and neuroinflammation. Neuroscience Letters. 683, 190-195 (2018).
  22. Zhang, Q., et al. Electro-acupuncture pre-treatment ameliorates anesthesia and surgery-induced cognitive dysfunction via inhibiting mitochondrial injury and neuroapoptosis in aged rats. Neurochemical Research. 47 (6), 1751-1764 (2022).
  23. Zheng, X., et al. Electro-acupuncture ameliorates beta-amyloid pathology and cognitive impairment in Alzheimer disease via a novel mechanism involving activation of TFEB (transcription factor EB). Autophagy. 17 (11), 3833-3847 (2021).
  24. Zhou, W., Benharash, P. Effects and mechanisms of acupuncture based on the principle of meridians. Journal of Acupuncture and Meridian Studies. 7 (4), 190-193 (2014).
  25. Sun, Y., et al. Efficacy of Acupuncture For Chronic Prostatitis/Chronic Pelvic Pain Syndrome : A Randomized Trial. Annals of Internal Medicine. 174 (10), 1357-1366 (2021).
  26. Jung, J., et al. Lipidomics reveals that acupuncture modulates the lipid metabolism and inflammatory interaction in a mouse model of depression. Brain, Behavior, and Immunity. 94, 424-436 (2021).
  27. Yang, N. N., et al. Electro-acupuncture ameliorates intestinal inflammation by activating α7nAChR-mediated JAK2/STAT3 signaling pathway in postoperative ileus. Theranostics. 11 (9), 4078-4089 (2021).
  28. Shetty, G. B., Shetty, B., Mooventhan, A. Efficacy of acupuncture in the management of primary dysmenorrhea: A randomized controlled trial. Journal of Acupuncture and Meridian Studies. 11 (4), 153-158 (2018).
  29. Nurwati, I., Purwanto, B., Mudigdo, A., Saputra, K., Prasetyo, D. H., Muthmainah, M. Improvement in inflammation and airway remodelling after acupuncture at BL13 and ST36 in a mouse model of chronic asthma. Acupuncture in Medicine. 37 (4), 228-236 (2019).
  30. Li, P., et al. Acupuncture can play an antidepressant role by regulating the intestinal microbes and neurotransmitters in a rat model of depression. Medical Science Monitor. 27, 929027 (2021).
  31. Ding, N., Jiang, J., Xu, A., Tang, Y., Li, Z. Manual acupuncture regulates behavior and cerebral blood flow in the SAMP8 mouse model of Alzheimer’s disease. Frontiers in Neuroscience. 13, 37 (2019).
  32. Yang, J. W., Wang, X. R., Ma, S. M., Yang, N. N., Li, Q. Q., Liu, C. Z. Acupuncture attenuates cognitive impairment, oxidative stress and NF-κB activation in cerebral multi-infarct rats. Acupuncture in Medicine. 37 (5), 283-291 (2019).
  33. Li, X., et al. Traditional Chinese acupoint massage, acupuncture, and moxibustion for people with diabetic gastroparesis: A systematic review and meta-analysis. Medicine. 101 (48), 32058 (2022).
  34. Yang, X. Y., et al. Effect of combined acupuncture-medicine anesthesia in thyroid nodule ablation and its effect on serum β-endorphin. Acupuncture Research. 45 (12), 1006-1009 (2020).
  35. Uchida, C., et al. Effects of Acupuncture Sensations on Transient Heart Rate Reduction and Autonomic Nervous System Function During Acupuncture Stimulation. Medical Acupuncture. 31 (3), 176-184 (2019).
  36. Liang, C., Wang, K. Y., Gong, M. R., Li, Q., Yu, Z., Xu, B. Electro-acupuncture at ST37 and ST25 induce different effects on colonic motility via the enteric nervous system by affecting excitatory and inhibitory neurons. Neurogastroenterology and Motility. 30 (7), 13318 (2018).
  37. Michelson, N. J., Kozai, T. Isoflurane and ketamine differentially influence spontaneous and evoked laminar electrophysiology in mouse V1. Journal of Neurophysiology. 120 (5), 2232-2245 (2018).
  38. Yu, X., Zhang, F., Shi, J. Sevoflurane anesthesia impairs metabotropic glutamate receptor-dependent long-term depression and cognitive functions in senile mice. Geriatrics & Gerontology International. 19 (4), 357-362 (2019).
  39. Jeong, J. H., et al. Investigation of combined treatment of acupuncture and neurofeedback for improving cognitive function in mild neurocognitive disorder: A randomized, assessor-blind, pilot study. Medicine. 100 (37), 27218 (2021).
  40. Lin, Y. K., Liao, H. Y., Watson, K., Yeh, T. P., Chen, I. H. Acupressure improves cognition and quality of life among older adults with cognitive disorders in long-term care settings: A clustered randomized controlled trial. Journal of the American Medical Directors Association. 24 (4), 548-554 (2023).
  41. Wu, W. Z., et al. Effect of Tongdu Tiaoshen acupuncture on serum GABA and CORT levels in patients with chronic insomnia. Chinese Acupuncture & Moxibustion. 41 (7), 721-724 (2021).
  42. Zhuo, P. Y., et al. Efficacy and safety of acupuncture combined with rehabilitation training for poststroke cognitive impairment: A systematic review and meta-analysis. Journal of Stroke and Cerebrovascular Diseases. 32 (9), 107231 (2023).
  43. Li, R. Y., Huang, R. J., Yu, Q. Comparison of different physical therapies combined with acupuncture for poststroke cognitive impairment: A network meta-analysis. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine: eCAM. 2021, 1101101 (2021).

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Wan, F., Guo, Z., Wang, M., Hou, Y., Wang, L., Li, W., Kang, N., Zhu, P., Li, M. Acupuncture Treatment in a Mouse Model of Chronic Hypoxia-Induced Cognitive Dysfunction. J. Vis. Exp. (202), e65784, doi:10.3791/65784 (2023).

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