禁錮應激對小鼠焦慮相關腦區(qū)c-Fos表達的影響

孫曉敏 張萌 遲宜嘉 郭林靄 石海群 周宇

[摘要] 目的 研究反復禁錮應激對小鼠焦慮相關腦區(qū)c-Fos表達的影響。方法 將2月齡雄性C57BL6/J小鼠12只隨機均分為對照組、禁錮后90 min組和禁錮后7 d組，對后兩組小鼠進行反復禁錮應激。利用高架十字迷宮實驗檢測3組小鼠的焦慮水平，采用免疫熒光技術檢測3組小鼠內側前額葉皮質（mPFC）、下丘腦（HY）、腹側海馬（vHPC）、基底外側杏仁核（BLA）等4個焦慮相關腦區(qū)c-Fos的表達情況。結果 高架十字迷宮實驗表明，反復禁錮應激后7 d，小鼠表現出明顯的焦慮樣行為（t=3.364、6.386，P<0.05），而禁錮應激后90 min的小鼠焦慮樣行為不明顯（P>0.05）。免疫熒光檢測結果顯示，與對照組相比，禁錮后90 min組小鼠各腦區(qū)c-Fos表達均明顯增加（F=13.4～645.0，q=5.1～31.6，P<0.01），而禁錮后7 d組小鼠只有HY和BLA腦區(qū)c-Fos表達仍然明顯增加（q=3.0、3.0，P<0.05）。結論 反復禁錮應激導致HY和BLA腦區(qū)c-Fos表達持續(xù)增加，這可能與小鼠的焦慮樣行為密切相關。

[關鍵詞] 焦慮;約束，身體的;大腦;基因，即早;小鼠

[中圖分類號] R338.2 ?[文獻標志碼] A ?[文章編號] 2096-5532（2020）02-0177-04

doi：10.11712/jms.2096-5532.2020.56.067 [開放科學（資源服務）標識碼（OSID）]

[網絡出版] http：//kns.cnki.net/kcms/detail/37.1517.R.20200417.1001.018.html;2020-04-17 17：12

[ABSTRACT] Objective To investigate the effect of repeated restraint stress on the expression of c-Fos in anxiety-related brain regions in mice. ?Methods A total of 12 male C57BL6/J mice， aged 2 months， were randomly divided into control group， 90 min post-stress group， and 7 d post-stress group， and the mice in the latter two groups were given repeated restraint stress. The elevated plus maze test was used to evaluate the level of anxiety， and immunofluorescence assay was used to measure the expression of c-Fos in the four anxiety-related brain regions of the medial prefrontal cortex （mPFC）， the hypothalamus （HY）， the ventral hippocampus （vHPC）， and the basolateral amygdala （BLA）. ?Results The elevated plus maze test showed that the mice displayed significant anxiety-like behavior on day 7 after repeated restraint stress （t=3.364，6.386，P<0.05）， while the mice in the 90 min post-stress group did not develop significant anxiety-like behavior （P>0.05）. The results of immunofluorescence assay showed that compared with the control group， the 90 min post-stress group had a significant increase in the expression of c-Fos in each brain region （F=13.4-645.0，q=5.1-31.6，P<0.01）， while the 7 d post-stress group had a significant increase in the expression of c-Fos in the HY and the BLA （q=3.0，3.0，P<0.05）. ?Conclusion Repeated restraint stress leads to a continuous increase in c-Fos expression in the HY and the BLA， which may closely associated with anxiety-like behavior in mice.

[KEY WORDS] anxiety; restraint， physical; cerebrum; genes， immediate-early; mice

適度的焦慮對動物與人類的生存具有重要意義，但過度的焦慮則是一種情緒障礙。焦慮癥等情感障礙性精神疾病的病因至今仍不清楚，但普遍的觀點認為遺傳和環(huán)境等因素相互作用在焦慮抑郁等情感障礙性精神疾病的發(fā)病中占有至關重要的地位。應激刺激是導致焦慮的重要誘發(fā)因素。研究表明，內側前額葉皮質（mPFC）、腹側海馬（vHPC）、基底外側杏仁核（BLA）、下丘腦（HY）等腦區(qū)在焦慮相關行為調控中發(fā)揮著重要作用，是重要的焦慮神經環(huán)路節(jié)點[1-4]。在應激導致焦慮的研究中，反復禁錮應激常被用于急性和慢性焦慮造模，能顯著引起小鼠的焦慮樣行為[5-11]。本實驗室前期研究結果顯示，在4 d反復禁錮應激后的7～12 d，小鼠的焦慮樣行為表型明顯。神經元受到外界刺激后會迅速表達c-Fos，c-Fos蛋白的表達通常被認為是神經元活動的重要標志[12]。張頎等[13]以c-fos為探針研究顯示，強迫游泳后C57BL/6小鼠的mPFC、杏仁核、伏隔核被激活。既往研究觀察的多是應激后c-Fos的急性表達，而對于焦慮狀態(tài)下c-Fos在不同腦區(qū)的表達鮮有報道。因此，本研究擬觀察4 d反復禁錮應激后90 min及7 d時小鼠mPFC、HY、vHPC、BLA腦區(qū)c-Fos的表達情況，旨在探討反復禁錮應激對小鼠焦慮相關腦區(qū)c-Fos表達的影響，以及c-Fos表達與焦慮樣行為之間的相關性。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及主要試劑

實驗動物為2月齡雄性C57BL6/J小鼠12只，購自北京維通利華實驗動物技術有限公司，飼養(yǎng)條件為溫度（21±2）℃、濕度（50±10）%、12 h/12 h晝夜等長循環(huán)光照，小鼠可自由飲水、進食。小鼠適應實驗室環(huán)境至少1周后進行實驗。c-Fos一抗為c-Fos（9F6）Rabbit mAb#2250，購自美國Cell Signaling Technology公司;c-Fos二抗為Alexa-568 goat anti-rabbit，購自美國Invitrogen公司。

1.2 動物分組及處理

實驗前將小鼠隨機分為對照組（A組）、禁錮后90 min組（B組）和禁錮后7 d組（C組），每組4只。對3組小鼠進行高架十字迷宮行為學測試，檢測其基礎焦慮水平。B組和C組小鼠進行連續(xù)4 d的反復禁錮應激，分別于4 d禁錮后90 min和禁錮后7 d再次進行高架十字迷宮測試，然后立即進行灌注取腦。A組小鼠不做任何處理，直接從飼養(yǎng)籠中取出進行灌注取腦。整個實驗過程中3組小鼠均正常飼養(yǎng)，沒有出現小鼠缺失的情況。

1.3 反復禁錮應激

將小鼠用異氟烷輕度麻醉后放置于禁錮器中1 h，禁錮時間為每天下午14：00—15：00，連續(xù)禁錮4 d。禁錮器是兩端均可拆開的圓筒狀物，材質為有機玻璃，透明且通風透氣良好。被放于禁錮器中的小鼠無法移動，不可掉頭。

1.4 高架十字迷宮實驗

實驗裝置由十字迷宮、視頻采集系統(tǒng)及分析系統(tǒng)3部分組成。高架十字迷宮是由兩個開放臂、兩個閉合臂及一個中心區(qū)組成。測試時，將小鼠從中心區(qū)釋放入迷宮，讓小鼠在高架十字迷宮中自由活動10 min。通過Noduls自動分析系統(tǒng)記錄小鼠在開放臂、閉合臂、中心區(qū)各個區(qū)域的探索時間以及進出開放臂和閉合臂的次數。

1.5 c-Fos免疫熒光染色和免疫陽性細胞計數

用生理鹽水和新配制的40 g/L多聚甲醛對小鼠進行心臟灌注，取腦放入4 ℃多聚甲醛中固定6 h，然后轉入300 g/L蔗糖溶液中至沉淀。用恒冷箱冷凍切片機切片（厚度40 μm），放入 0.01 mol/L的PBS溶液中。小鼠的腦切片用體積分數0.04的山羊血清封閉液封閉1 h，加c-Fos一抗（1∶3 200）在4 ℃搖床中孵育 72 h，孵育后以PBS溶液沖洗3次，每次10 min。然后加熒光二抗（1∶500）孵育2 h，以PBS清洗3次，每次15 min。洗完后用封片劑ProLong Gold Antifade Reagent（美國Invitrogen公司）封片。根據小鼠腦立體定位圖譜（第2版）明確區(qū)分4個目的腦區(qū)，用OLYMPUS全自動虛擬切片掃描系統(tǒng)（VS120）對目的腦區(qū)的熒光圖像進行掃描拍攝（20倍干物鏡）。使用Image J軟件的圖像閾值測量工具對目的腦區(qū)感興趣區(qū)域（ROI）的c-Fos免疫陽性細胞進行計數。每組任選3只小鼠的腦切片行免疫熒光染色，每只小鼠選取4個有代表性的目的腦區(qū)染色切片進行圖像采集，每張圖像上選取3個不同的ROI進行細胞計數。選取ROI的大小為1 mm2。

1.6 統(tǒng)計學分析

實驗結果以±s形式表示，應用Graph Pad Prism 6.0軟件對其進行統(tǒng)計學分析。B、C組小鼠禁錮前后在高架十字迷宮開放臂停留時間及進入開放臂次數的比較采用配對t檢驗;3組小鼠各腦區(qū)c-Fos免疫陽性細胞數的比較采用單因素方差分析（One-Way ANOVA），并繼以Dunnett法比較B、C組與A組的差異，用Tukey法比較B、C組的差異。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 ?果

2.1 高架十字迷宮實驗

B組小鼠禁錮前后在開放臂的停留時間和進入開放臂的次數差異均無顯著意義（P>0.05）;C組小鼠禁錮后在開放臂的停留時間較禁錮前明顯縮短，進入開放臂的次數較禁錮前明顯減少，差異均有統(tǒng)計學意義（t=3.364、6.386，P<0.05）。見表1。

2.2 各組小鼠各腦區(qū)c-Fos免疫陽性細胞數比較

B組各腦區(qū)c-Fos免疫陽性細胞數較A組明顯增加（F=13.4～645.0，q=5.1～31.6，P<0.01）;C組HY和BLA腦區(qū)c-Fos免疫陽性細胞數亦較A組明顯增加（q=3.0、3.0，P<0.05），但mPFC和vHPC腦區(qū)c-Fos免疫陽性細胞數與A組相比差異無顯著性（P>0.05）;B組mPFC、BLA及vHPC腦區(qū)c-Fos免疫陽性細胞數與C組比較明顯增加，差異有統(tǒng)計學意義（q=13.8～43.3，P<0.01），但HY腦區(qū)c-Fos免疫陽性細胞數的增加并不明顯（P>0.05）。見表2。

3 討 ?論

常用的動物焦慮抑郁模型主要包括應激模型、藥理學模型、分養(yǎng)模型及腦組織損傷模型等。作為一種經典的單一性應激源焦慮模型，反復禁錮應激可明顯誘發(fā)小鼠的焦慮表型。雖然不同的研究中，每天應激時長及應激持續(xù)天數各不相同，但小鼠焦慮表型明顯的這段時間通常被認為是焦慮態(tài)時間窗[14-16]。本研究應用的是連續(xù)4 d反復禁錮亞急性應激模型。我們的前期研究顯示，在禁錮后的7～12 d，小鼠的焦慮表型明顯，即這段時間為小鼠的焦慮表型時間窗，而4 d禁錮剛結束時，小鼠仍處于應激狀態(tài)，其焦慮表型并不明顯。本研究借助高架十字迷宮實驗，對各組小鼠的焦慮水平進行了測試。結果顯示，與對照組小鼠相比，反復禁錮后7 d，小鼠表現出明顯的焦慮樣行為，即在開放臂的停留時間明顯縮短，進入開放臂的次數也明顯減少;而反復禁錮后90 min小鼠在開放臂的停留時間及進入開放臂的次數僅有縮短或減少的趨勢，與對照組相比差異無顯著性。

c-Fos蛋白是即刻早期基因c-fos轉錄翻譯的產物，是一種核內磷酸化蛋白。基礎狀態(tài)下，c-Fos蛋白在中樞神經系統(tǒng)的表達水平非常低甚至無表達，而在各種應激刺激后，c-Fos蛋白的表達能夠被快速誘導。在應激后的1～2 h，c-Fos蛋白的表達達到高峰，然后逐漸衰減[17]。中樞神經系統(tǒng)內c-Fos蛋白的表達依賴于應激源的內在特性、強度和持續(xù)時間。由于c-Fos蛋白的表達能在很大程度上反映刺激誘導的神經元活動，故常被作為神經元激活的標志物[18]。本研究應用免疫熒光技術檢測了各組小鼠不同腦區(qū)c-Fos的表達情況，結果顯示，反復禁錮后90 min，小鼠mPFC、HY、BLA及vHPC這4個焦慮相關腦區(qū)c-Fos的表達水平與對照組相比均明顯增加，而反復禁錮后7 d小鼠僅HY和BLA腦區(qū)c-Fos的表達顯著高于對照組，mPFC和vHPC腦區(qū)c-Fos表達雖有增加的趨勢，但差異無統(tǒng)計學意義。這與相關文獻描述的c-Fos蛋白的表達變化情況一致[17]。值得注意的是，本研究還顯示，反復禁錮后7 d小鼠的焦慮樣表型明顯，同時c-Fos蛋白在HY和BLA腦區(qū)仍有較高的表達，提示這兩個腦區(qū)更有可能參與反復禁錮應激后焦慮情緒的調節(jié)，從而與小鼠的焦慮樣行為密切相關。

以往的相關研究多采用急性應激刺激，包括電擊、空瓶刺激、強迫游泳、寒冷、次聲、急性社交挫敗等[19-24]。急性應激刺激誘發(fā)的c-Fos表達部位涉及額葉皮質、扣帶皮質、中央杏仁核、前連合核、下丘腦背內側核彌散部、下丘腦室旁核、室周核、弓狀核、孤束核、丘腦外側備核、伏隔核、終紋床核等。慢性應激后，c-Fos的表達部位主要涉及下丘腦室旁核、室周核、弓狀核、vHPC、背側海馬、mPFC、杏仁核、前扣帶皮質、紋狀體、伏隔核等[22，25-28]。本研究應用的是4 d反復禁錮亞急性應激方式，實驗結果顯示，4 d反復禁錮應激誘導的c-Fos在目的腦區(qū)均有表達，提示這種持續(xù)時間在2周以內的亞急性應激刺激誘導的c-Fos表達腦區(qū)分布更接近于以往報道的慢性應激刺激。另外，本研究在高架十字迷宮測試結束后立即進行灌注取腦，因此十字迷宮測試本身不會引起c-Fos蛋白的表達。

綜上所述，4 d反復禁錮應激可誘導小鼠HY和BLA等焦慮相關腦區(qū)c-Fos表達的持續(xù)增加，并與小鼠的焦慮樣行為表型密切相關，提示這些腦區(qū)可能參與了反復禁錮應激后焦慮情緒的調節(jié)。本實驗為后續(xù)深入研究上述核團參與焦慮相關行為調控的突觸和神經環(huán)路機制提供了重要的實驗依據，并為創(chuàng)傷后應激障礙等應激障礙性精神疾病的治療提供了理論基礎。

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（本文編輯 馬偉平）