雄性HSF1基因缺陷小鼠的行为改变 上海软隆

摘　要　为研究HSF1基因缺陷小鼠的行为特征,探索HSF1基因在小鼠行为表现中的作用。选取6～7个月大雄性HSF1基因缺陷小鼠39只及野生型小鼠36只进行情绪性评分、旷场实验、高架十字迷宫实验、简易迷津实验、T- CAT实验、独木桥实验和悬挂实验以观察其情绪性唤醒水平、焦虑水平、探索行为、工作记忆能力和运动能力。结果表明HSF1基因缺陷小鼠的情绪唤醒水平和焦虑水平较低、探索行为减少、T- CAT中转换率较低,提示小鼠的

情绪、探索动机和工作记忆受HSF1基因的调控。

关键词　HSF1,小鼠,基因,行为。

1　前言

　　20世纪70年代Tissieres发现果蝇在热诱导下能合成一组蛋白质,命名为热休克蛋白(HSPs)。随后的研究发现机体在其它应激条件下也能合成HSPs。HSPs是一类在进化上高度保守的蛋白质,广泛存在于原核和真核生物的细胞内。HSPs参与细胞内蛋白质折叠、装配、降解和修复过程,在应激情况下可以保护细胞免受蛋白变性和降解变性蛋白,维持蛋白的自稳系统,保护机体免受应激的损伤,对于维持机体的自身稳态起着重要作用。目前HSPs被认为是一种重要的应激蛋白。在HSP基因的TATA5’端上游有一回文结构,被称为热休克元件(HSE)。HSE由热休克因子(HSF)所调控,热休克因子包括HSF1、HSF2、HSF3、HSF4等,其中HSF1是*主要的调控因子,主要调控机体在应激状态下HSPs的表达。缺乏HSF1的机体在应激条件下不能合成HSPs。　　肖献忠等构建了HSF1基因缺陷的小鼠模型,为研究HSPs提供了好的实验动物模型。San2tos等发现HSF1基因缺陷小鼠的大脑出现了形态

学改变,镜下观察发现其大脑的室周组织中出现细胞空泡化、胞内出现无结构聚集物、核固缩等现象,这种改变表现为基因累积效应。但这些脑部结构的改变是否对小鼠神经系统功能产生影响及其影响程度,至今尚不清楚。很多研究表明,某些有重要生理功能的单个基因被敲除后,基因缺陷动物的行为会出现一系列的改变,如Lahdesmaki发现肾上腺受体α2基因缺陷的小鼠表现出竖毛行为增加,运动能力受损,焦虑行为增多以及昼夜节律的改变。Burne发现维生素D受体基因缺陷小鼠的运动功能明显受损,但对于小鼠的认知功能不造成影响。HSF1基因在个体的应激反应中有着重要生理功能,HSF1基因缺陷也可能会导致个体出现很多的行为改变。我们在对HSF1在应激中的作用的研究过程中,观察到HSF1基因缺陷小鼠在饲养笼内的自发性活动减少,除了自发活动改变外,是否还存在其它方面的行为改变?这些行为改变的原因是什么?为对这些问题作进一步的了解,本研究采用多种行为观察方法从情绪性、探索行为、工作记忆能力以及运动能力四个方面对HSF1基因缺陷小鼠的行为进行评估,以探讨HSF1对小鼠大脑功能的影响,为进一步的研究提供基础。

2　材料与方法

2. 1　实验动物及分组

　　24～28周龄雄性HSF1基因敲除小鼠39只(HSF1- / - ),野生型小鼠36只(HSF1+/ +)。实

验动物从美国德克萨斯大学西南医学中心引进,由中南大学湘雅医学院实验动物中心繁殖。

2. 3　行为观察指标

　　所有的动物均在上午9点开始依次进行以下7项行为学观察实验,完成一项实验后放回原来的笼中休息20min。所有实验均由两名熟练掌握行为测验方法的实验人员共同进行评定。

2. 3. 1　情绪性水平评定　参照Ader等的方法按照吴大兴等编制的中国地鼠情绪性水平评定量表进行评定

。具体方法如下:打开笼箱,用镊子夹住小鼠尾巴,以是否困难来评定取出难易, 1～2次抓住,认为较易,记为0分; 3～4次认为困难,记为1分;大于等于5次认为极困难记为2分。夹住尾巴后,头朝下,力度以鼠不掉地为准,然后观察30s,以评定挣扎程度、发声、排便;挣扎程度以鼠四肢不动或轻微挣扎记0分;四肢挣扎,背部弯曲,头朝上但未达到尾部记1分;剧烈挣扎,翻身至尾部或者嘶咬镊子记2分;发声程度以被夹住后无叫声或1～4次叽叽叫,间隔时间长记0分; 5～10次尖叫记1分;大于等于10次尖叫,急促,记2分;自发性排尿,以无排尿记0分;有排尿记1分;自发性排便,以无排便记0分;有排便记1分,将五项得分相加得出情绪性水平的总分,范围为0～8分。

2. 3. 2　高架十字迷宫实验　用高架十字迷宫实验来测定动物的情绪唤醒度。实验装置为一木制黑色高架十字迷宫。迷宫包括两条开放臂(50cm×10cm)和两条闭合臂(50cm×10cm×40cm),由中央区(10×10cm)联结,迷宫放置在50cm的高架上。实验开始时把动物面朝闭臂放置,观察5min活动情况。观察指标为:开臂进入次数和时间,闭臂进入次数和时间。计算入臂次数、开臂次数在总入臂次数中的比率。

2. 3. 3　旷场实验　旷场实验是一个经典的行为学实验,能很好的评定动物的情绪性水平以及在开放的陌生环境中的探索行为。实验装置为木制旷场(100cm×100cm×30cm),底部用笔划分成25个20cm×20cm方格,沿墙格称为周围格,其余为中央格,将动物放置在中央格,观察5min内活动情况。观察指标为:中央格爬行次数,周围格爬行次数,爬行总格数。

2. 3. 4　简易迷津实验　该实验反映动物在较为封闭的环境中的自发探索行为。简易迷津箱为一120cm×20cm×20cm木箱,以木板间隔成8格,隔板下方有容纳小鼠通过的小洞,左中右随机排列。木箱分为起始端和目的端。实验时将小鼠放于起始端的方格内,观察5min动物活动情况。观察指标为: 5min爬行总格数。

2. 3. 5　T2CAT实验　Gerlai发明的T- CAT方案基于动物探新的本能,能很好地测量出动物的探索动机和工作记忆能力。T- CAT包括两条臂———起始臂(直臂)和目的臂(横臂),均为75cm×12cm×20cm,两臂交叉呈T型,起始臂的末端24cm处通过活动门隔出一个起始区。目的臂的两个入口处也有活动门。整个实验包括1次被动选择测验和14次主动选择测验。**次为被动选择测验,目的臂一端入口的活动门关闭,动物只能探索目的臂的一端,当实验动物探索完目的臂并自行回到起始臂后,把起始臂的活动门关闭,动物在起始区内待5s。从

**次开始连续进行14次主动选择测验。同时打开两个活动门,动物开始探索目的臂,当动物进入其中一端时,关上另一端的活动门。当动物完成探索回到起始臂后,关上起始臂的活动门,让动物在起始臂内待5s,完成一次探索。随后的2～14次探索均按以上程序进行。由于老鼠具有探新的本能,因此每次探索会倾向于进入上次探索未去的目的臂。记录14次主动选择测验中的转换次数,以及完成15次选择所花时间。2. 3. 6　独木桥通过实验　采用独木桥通过实验来评定动物的运动平衡能力。实验装置为一个木制独木桥(100cm×1cm),分为起始端和目的端,目的端有一小平台(10cm×10cm)。独木桥放置在30cm的高处。实验开始时让小鼠在平台上适应5min后把小鼠放置在独木桥的起始端,记录动物到达目的平台的时间,实验限时1min,如果未完成或者从独木桥上跌下均算失败,时间记为60s。每只小鼠连续进行三次实验,计算小鼠到达平台三次的平均时间,每次试验间隔1min。

2. 3. 7　悬挂实验　采用悬挂试验来评定动物的四肢肌力和运动平衡能力。悬挂实验的器材为一根1m长的铁丝(直径2mm),平行置于离地50cm处,铁丝的一端有一个逃生的入口。实验时让小鼠前肢抓紧铁丝的一端,每次实验3min,共进行3次,每次实验之间间隔30s。如果小鼠能在铁丝上悬挂4　讨论我们的研究发现HSF1基因缺陷鼠和野生型鼠在多个行为测验中都存在明显差异,表现为情绪唤3min或者能移动到逃生入口算作实验成功,记为1分;如果3min内从铁丝上掉下算实验失败,记为0分。计算小鼠三次悬挂实验的总分。

2. 4　数据处理

　　所有数据都采用独立样本t检验,差异显著性设为p<0. 05,所有数据统计均在SPSS11. 5软件包上完成。

3　结果

　　除3只HSF1基因缺陷鼠未能完成T- CAT实验外,其余所有实验小鼠均顺利完成所有实验项目。如表1中所列的实验结果所示,HSF1基因缺陷鼠与野生型鼠比较在多项行为测验中都表现出明显的差异。