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對(duì)果蠅進(jìn)行強(qiáng)制游泳測(cè)試
更新時(shí)間:2024-03-08   點(diǎn)擊次數(shù):438次

果蠅的神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)與哺乳動(dòng)物系統(tǒng)非常相似,它們有許多類似的大腦結(jié)構(gòu),涉及類似的行為,并且許多已知影響哺乳動(dòng)物行為的基因在果蠅中存在并執(zhí)行相同的功能。強(qiáng)迫游泳試驗(yàn)(FST)已被廣泛用于評(píng)估化合物的抗抑郁功效,果蠅也嘗試采用這種試驗(yàn)。蠅類強(qiáng)迫游泳試驗(yàn)有可能成為評(píng)估潛在抗抑郁藥物的一種經(jīng)濟(jì)高效、高通量的檢測(cè)方法。


強(qiáng)迫游泳測(cè)試(FST)是一種行為絕望范式,經(jīng)常用于大鼠,以測(cè)量應(yīng)對(duì)不可避免的逆境應(yīng)對(duì)策略,其中被動(dòng)應(yīng)對(duì)策略(不動(dòng))被解釋為抑郁樣,而減少不動(dòng)則作為抗抑郁藥樣的證據(jù) 效果。FST可用于篩選給予其他健康大鼠藥物的抗抑郁作用,用于抑郁癥動(dòng)物模型中的被動(dòng)應(yīng)對(duì)策略,或用于研究抑郁癥的動(dòng)物給予藥物的抗抑郁樣作用。

在這項(xiàng)研究中,我們使用與抗抑郁癥有關(guān)的methamphetamineMETH)、DL-α-methyltyrosine(αMT)、citalopramCIT)以及psilocybinPSI)、5-HT1A受體拮抗劑 WAY 100635WAY)和5-HT2受體拮抗劑 KetanserinKET),對(duì)果蠅運(yùn)動(dòng)活動(dòng)以及FST的影響進(jìn)行了藥理評(píng)估。


方法
果蠅活動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于測(cè)量隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)。將雌雄蒼蠅分別放入透明的試管中,試管的一端塞有松散的棉花團(tuán),另一端裝有食物培養(yǎng)基和塑料蓋。食物培養(yǎng)基為vehicle、METH5.0 mM)、αMT3.0 mM)、CIT0.3、1.0 2.5 mM)、PSI0.03 mM、3.5 mM)、KET1.0 mM)或 WAY1.0 mM)。1×表示在分組條件下用處理食物喂養(yǎng)蒼蠅24小時(shí),之后轉(zhuǎn)移到vehicle培養(yǎng)基的試管中,用vehicle培養(yǎng)基中的PSI0.03 mM)喂養(yǎng)蒼蠅 1 天,然后用vehicle培養(yǎng)基喂養(yǎng)蒼蠅 4 天。5×表示蒼蠅在上述試管中連續(xù)喂食處理食物5天。將蒼蠅放入活動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),每個(gè)處理組的雌雄蠅各為n= 16,并在恒定光照條件下飼養(yǎng)至少 5 天,同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。所有其他蒼蠅均在恒定光照條件下飼養(yǎng) 5 天,然后在 FST 中進(jìn)行測(cè)試,每個(gè)處理組中雌雄各n= 7 只,FST 中的單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表 16 只蒼蠅的平均行為。如圖 1所示。

圖1


果蠅強(qiáng)迫游泳測(cè)試(FST)用于測(cè)量?jī)煞N實(shí)驗(yàn)室6天齡雄性和雌性的不動(dòng)行為。將一天齡(5×)或兩天齡(1×)的未被誘導(dǎo)的蒼蠅進(jìn)行短暫麻醉,并分別放入塑料管中。然后將這些試管棉花狀放入200 mL移液器吸頭盒的支架中,并在恒定光照下放置至第5天。在4孔室載玻片上每孔放置一只果蠅,對(duì)蒼蠅的FST行為進(jìn)行評(píng)估。使用頂置攝像頭記錄蒼蠅在孔中最初5分鐘的FST行為,以便隨后使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)分析SC不動(dòng)的潛伏期、不動(dòng)的時(shí)間和不動(dòng)的次數(shù)。為了驗(yàn)證蒼蠅是否具有活動(dòng)能力,在錄制5分鐘視頻后,用工具將每只蒼蠅輕輕取出并放到紙巾上。任何不能立即離開的蒼蠅都被認(rèn)為是淹死的,隨后被排除在最終分析之外。由于CS果蠅的不同亞品系已顯示出運(yùn)動(dòng)活動(dòng)差異,因此在強(qiáng)迫游泳測(cè)試中比較了兩種 CS 亞品系(CSXCSCLWU)。


結(jié)果
強(qiáng)迫游泳行為和整體運(yùn)動(dòng)活動(dòng)因性別、劑量策略而異
在果蠅活動(dòng)監(jiān)測(cè)中分析發(fā)現(xiàn),性別和治療之間存在顯著的相互作用,以及性別引起的顯著變化和治療。飼喂vehicle培養(yǎng)基的CSX雌性和雄性比同性CSCLWU顯著更活躍(圖2A)。CSXCSCLWU雄性的活躍程度顯著低于同品系雌性。PSI (0.03 mM) 增加了 CSX 雌性果蠅的運(yùn)動(dòng)活動(dòng),但不增加CSX雄性或 CSCLWU 果蠅的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)。

FST中,對(duì)自變量性別(雄性、雌性)和品系(CSX、CSCLWU)進(jìn)行雙向方差分析發(fā)現(xiàn),性別和品系之間存在顯著的交互作用,以及性別引起的顯著變化和應(yīng)變。雄性比雌性和CSX雄性更加不動(dòng),但雄性和雌性CSX果蠅之間沒有觀察到差異(圖2B)。CSX 雌性和雄性的不動(dòng)次數(shù)明顯少于同性 CSCLWU(圖 2B)。

由于給予 0.03 PSI (1×) CSCLWU果蠅在FST中更加不動(dòng),并且沒有增加它們?cè)诠壔顒?dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的整體運(yùn)動(dòng)活性,因此選擇該品系進(jìn)行額外的實(shí)驗(yàn)。此外,由于雄性CSCLWU果蠅明顯比雌性果蠅更不動(dòng),因此在隨后的FST分析中對(duì)性別進(jìn)行了獨(dú)立評(píng)估。

圖2


強(qiáng)迫游泳中的靜止?fàn)顟B(tài)與整體運(yùn)動(dòng)活動(dòng)無關(guān),CIT可以減少這種不動(dòng)性
FST行為與第五天在用vehiclevehicle介質(zhì)中的藥物喂養(yǎng)的果蠅活動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的整體運(yùn)動(dòng)活動(dòng)進(jìn)行比較(圖 1)。使用的藥物為 METH (5.0 mM)、αMT (3.0 mM) CIT (0.3 mM、1.0 mM2.5 mM)。

對(duì)自變量性別(雄性、雌性)和藥物治療(vehicle、METH)的雙向方差分析發(fā)現(xiàn),性別和治療之間存在顯著的交互作用,以及由性別和治療引起的顯著變異。飼喂vehicle的雄性活性顯著低于飼喂vehicle的雌性。METH顯著增加了雄性和雌性的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)(圖 3A)。

自變量性別(雄性、雌性)和藥物治療(vehicle,αMT)的雙向方差分析發(fā)現(xiàn)性別和治療之間存在顯著的相互作用,以及性別和治療之間的顯著變化。飼喂vehicle的雄性的活性顯著低于飼喂vehicle的雌性。αMT顯著降低雄性和雌性的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)(圖 3B)。

對(duì)自變量性別(雄性、雌性)和藥物治療(vehicle、0.3、1.02.5 mM CIT)的雙向方差分析發(fā)現(xiàn)性別和治療之間存在顯著的相互作用,以及兩種性別引入的顯著變異和治療。飼喂vehicle的雄性活性顯著低于飼喂vehicle的雌性。2.5 mM CIT 顯著降低雌性的運(yùn)動(dòng)活動(dòng),但各組之間沒有觀察到其他差異。(圖 3C)。

由于雄性在果蠅活動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)活躍程度始終顯著較低(圖 2a、3a-c),因此使用單向方差分析獨(dú)立評(píng)估性別的FST行為。CIT顯著降低了雄性的不動(dòng)性,增加了雌性和雄性的SC不動(dòng)潛伏期,并減少了雄性的不動(dòng)次數(shù)。與vehicle相比,METH或αMT的任何結(jié)果測(cè)量均未觀察到顯著差異(圖 4)。

圖3

圖4


對(duì)PSI的總體運(yùn)動(dòng)反應(yīng)因性別、劑量和用藥策略而異
為了評(píng)估PSI對(duì)果蠅活動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中整體運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的影響,給予PSI (0.03 mM、3.5 mM) (1x)。自變量性別(雄性、雌性)和藥物治療(vehiclePSI 3.5 mM,PSI 0.03 mM)的雙向方差分析發(fā)現(xiàn)性別和治療之間存在顯著的相互作用(圖5A),并且因性別和治療造成顯著差異。對(duì)照雄性的活躍程度顯著低于雌性。PSI3.5 mM時(shí)降低雌性的運(yùn)動(dòng)活性,但在3.5 mM0.003 mM時(shí)增加雄性的運(yùn)動(dòng)活性。

慢性和低劑量PSI對(duì)整體運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的影響不同
為了評(píng)估PSI在果蠅運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)中的結(jié)果是否是由于5-HT1A5-HT2A血清素受體的作用所致,在PSI0.03mM)、WAY1.0mM)、KET1.0mm)及vehicle上飼養(yǎng)蒼蠅5天(5×)。分析發(fā)現(xiàn)性別和藥物治療之間存在顯著的相互作用,以及由于性別和藥物治療而產(chǎn)生的顯著變化(圖5B)。對(duì)照組雄性的活躍程度顯著低于雌性。KET顯著降低雌性和雄性的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)。WAY 顯著降低了雄性的運(yùn)動(dòng)活動(dòng),但對(duì)雌性沒有影響。接受PSI的雌性和雄性明顯比接受 KET的同性更活躍。(圖 5B)。

圖5


PSI對(duì)強(qiáng)迫游泳中不動(dòng)的影響與CIT相當(dāng)
CIT 5× 能顯著降低雄性的不動(dòng)性、SC不動(dòng)性潛伏期和陣發(fā)性不動(dòng)性,并能顯著降低雌性的SC不動(dòng)性潛伏期和陣發(fā)性不動(dòng)性。在 3.5 mM0.03 mM下,PSI能明顯降低雄性的不動(dòng)性;在 3.5 mM0.03 mM下,PSI能明顯降低雄性第一次不動(dòng)的潛伏期;在 3.5 mM0.03 mM濃度下,PSI能明顯降低雄性不動(dòng)的陣發(fā)性。(圖6)。

圖6


討論
METH(圖3A)和αMT(圖3A)顯著改變雄性和雌性果蠅的運(yùn)動(dòng)活動(dòng),但很大程度上不影響FST行為(圖4)。相比之下,CIT (1.0 mM) 5×?不影響雄性或雌性果蠅的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)(圖 3C),但顯著降低雄性不動(dòng)性、兩性的不動(dòng)潛伏期和雄性不動(dòng)性發(fā)作次數(shù)(圖 4)。因此,FST的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)與整體運(yùn)動(dòng)活動(dòng)脫鉤,并受到 SSRI 抗抑郁藥物的選擇性調(diào)節(jié)(圖 4)。

高劑量和低劑量的PSI 1×?均顯著降低了FST中雄性的不動(dòng)行為(圖 6),但也增加了果蠅活動(dòng)監(jiān)測(cè)中的整體運(yùn)動(dòng)活動(dòng)。在FST的典型使用中,抗抑郁藥物選擇性地增加FST的活性,但不會(huì)增加整體運(yùn)動(dòng)活性。然而,在FST的典型使用中,所研究的藥物是在測(cè)試后24小時(shí)內(nèi)服用的。在此實(shí)驗(yàn)中,僅施用PSI一天,然后在測(cè)試前對(duì)果蠅施用vehicle 4天。與雌性和另一品系的雄性相比,CSCLWU雄性果蠅似乎特別不愛動(dòng)(圖2),因此 DAMS FST 中運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的增加可能表明功能的增強(qiáng)和隨后行為的正?;?。支持這一假設(shè)的是,PSI0.03 mM5×以及 WAY KET 5×降低了雄性 DAMS 的活動(dòng)(圖5B)。 WAY 對(duì) 5-HT1A 受體的慢性拮抗作用和KET對(duì) 5-HT2 受體的慢性拮抗作用導(dǎo)致了與慢性PSI相似的行為結(jié)果。因此,觀察到的果蠅活動(dòng)監(jiān)測(cè)中活性降低可能是受體內(nèi)化的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)
Hibicke M, Nichols C D. Validation of the forced swim test in Drosophila, and its use to demonstrate psilocybin has long-lasting antidepressant-like effects in flies[J]. Scientific Reports, 2022, 12(1): 10019.


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