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對果蠅進行強制游泳測試
更新時間:2024-03-08   點擊次數(shù):427次

果蠅的神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)與哺乳動物系統(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物行為的基因在果蠅中存在并執(zhí)行相同的功能。強迫游泳試驗(FST)已被廣泛用于評估化合物的抗抑郁功效,果蠅也嘗試采用這種試驗。蠅類強迫游泳試驗有可能成為評估潛在抗抑郁藥物的一種經(jīng)濟高效、高通量的檢測方法。


強迫游泳測試(FST)是一種行為絕望范式,經(jīng)常用于大鼠,以測量應(yīng)對不可避免的逆境應(yīng)對策略,其中被動應(yīng)對策略(不動)被解釋為抑郁樣,而減少不動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,用于抑郁癥動物模型中的被動應(yīng)對策略,或用于研究抑郁癥的動物給予藥物的抗抑郁樣作用。

在這項研究中,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),對果蠅運動活動以及FST的影響進行了藥理評估。


方法
果蠅活動監(jiān)測系統(tǒng)用于測量隨時間變化的運動活動。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,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,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。將蒼蠅放入活動監(jiān)測系統(tǒng),每個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,同時進行監(jiān)測。所有其他蒼蠅均在恒定光照條件下飼養(yǎng) 5 天,然后在 FST 中進行測試,每個處理組中雌雄各n= 7 只,FST 中的單個數(shù)據(jù)點代表 16 只蒼蠅的平均行為。如圖 1所示。

圖1


果蠅強迫游泳測試(FST)用于測量兩種實驗室6天齡雄性和雌性的不動行為。將一天齡(5×)或兩天齡(1×)的未被誘導(dǎo)的蒼蠅進行短暫麻醉,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,對蒼蠅的FST行為進行評估。使用頂置攝像頭記錄蒼蠅在孔中最初5分鐘的FST行為,以便隨后使用動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)分析SC不動的潛伏期、不動的時間和不動的次數(shù)。為了驗證蒼蠅是否具有活動能力,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動活動差異,因此在強迫游泳測試中比較了兩種 CS 亞品系(CSXCSCLWU)。


結(jié)果
強迫游泳行為和整體運動活動因性別、劑量策略而異
在果蠅活動監(jiān)測中分析發(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 雌性果蠅的運動活動,但不增加CSX雄性或 CSCLWU 果蠅的運動活動。

FST中,對自變量性別(雄性、雌性)和品系(CSX、CSCLWU)進行雙向方差分析發(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,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,并且沒有增加它們在果蠅活動監(jiān)測系統(tǒng)中的整體運動活性,因此選擇該品系進行額外的實驗。此外,由于雄性CSCLWU果蠅明顯比雌性果蠅更不動,因此在隨后的FST分析中對性別進行了獨立評估。

圖2


強迫游泳中的靜止狀態(tài)與整體運動活動無關(guān),CIT可以減少這種不動性
FST行為與第五天在用vehiclevehicle介質(zhì)中的藥物喂養(yǎng)的果蠅活動監(jiān)測系統(tǒng)中的整體運動活動進行比較(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動活動(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動活動(圖 3B)。

對自變量性別(雄性、雌性)和藥物治療(vehicle、0.31.02.5 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 顯著降低雌性的運動活動,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監(jiān)測系統(tǒng)時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立評估性別的FST行為。CIT顯著降低了雄性的不動性,增加了雌性和雄性的SC不動潛伏期,并減少了雄性的不動次數(shù)。與vehicle相比,METH或αMT的任何結(jié)果測量均未觀察到顯著差異(圖 4)。

圖3

圖4


PSI的總體運動反應(yīng)因性別、劑量和用藥策略而異
為了評估PSI對果蠅活動監(jiān)測系統(tǒng)中整體運動活動的影響,給予PSI (0.03 mM、3.5 mM) (1x)。自變量性別(雄性、雌性)和藥物治療(vehicle,PSI 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。對照雄性的活躍程度顯著低于雌性。PSI3.5 mM時降低雌性的運動活性,但在3.5 mM0.003 mM時增加雄性的運動活性。

慢性和低劑量PSI對整體運動活動的影響不同
為了評估PSI在果蠅運動監(jiān)測中的結(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動活動。WAY 顯著降低了雄性的運動活動,但對雌性沒有影響。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對強迫游泳中不動的影響與CIT相當
CIT 5× 能顯著降低雄性的不動性、SC不動性潛伏期和陣發(fā)性不動性,并能顯著降低雌性的SC不動性潛伏期和陣發(fā)性不動性。在 3.5 mM0.03 mM下,PSI能明顯降低雄性的不動性;在 3.5 mM0.03 mM下,PSI能明顯降低雄性第一次不動的潛伏期;在 3.5 mM0.03 mM濃度下,PSI能明顯降低雄性不動的陣發(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動活動,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動活動(圖 3C),但顯著降低雄性不動性、兩性的不動潛伏期和雄性不動性發(fā)作次數(shù)(圖 4)。因此,FST的運動活動與整體運動活動脫鉤,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中雄性的不動行為(圖 6),但也增加了果蠅活動監(jiān)測中的整體運動活動。在FST的典型使用中,抗抑郁藥物選擇性地增加FST的活性,但不會增加整體運動活性。然而,在FST的典型使用中,所研究的藥物是在測試后24小時內(nèi)服用的。在此實驗中,僅施用PSI一天,然后在測試前對果蠅施用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(圖2),因此 DAMS FST 中運動活動的增加可能表明功能的增強和隨后行為的正?;?。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(圖5B)。 WAY 5-HT1A 受體的慢性拮抗作用和KET5-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,觀察到的果蠅活動監(jiān)測中活性降低可能是受體內(nèi)化的結(jié)果。

參考文獻
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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