脑声常谈：浅析小鼠昼夜节律紊乱建模与评估

小鼠昼夜节律紊乱建模与评估是研究生物钟功能失调及其对健康影响的重要手段。昼夜节律是生物体内部的一个24小时周期性生理过程，它调控了许多生理和行为活动，如睡眠觉醒周期、体温、激素分泌等。当昼夜节律发生紊乱时，可能会引发一系列健康问题，包括睡眠障碍、代谢紊乱、情绪障碍等。小鼠昼夜节律紊乱建模通常是为了研究生物钟（昼夜节律）的调控机制、睡眠障碍、以及相关疾病的病理生理过程。

1、光照周期紊乱模型：

最常见的是改变小鼠所处环境中的光照模式，例如使用非自然的光照周期（如长时间光照或者短时间黑暗），或是频繁地改变光照周期（如每天提前或推迟几个小时）。通过改变小鼠的光照周期（如长时间的光照或黑暗、不规律的光照周期），模拟人类夜班工作或时差反应引起的昼夜节律紊乱。

在出生当天（出生后（PN）第0天），将带有母鼠和幼崽的笼子分配到扰乱LD周期转移到昼夜节律扰乱的房间。每2天将12:12 LD周期提前8小时。幼崽从出生到断奶（PN021）都暴露在扰乱的LD周期中。对照组也被运送到一个房间，在那里它们暴露在一个稳定的12:12 LD周期中，早上6点开灯。断奶当天，所有动物都被转移到主鼠房，规律的12:12 LD周期（早上6点开灯），并与同性别的窝伴一起饲养。食物和水随意供应，房间温度和湿度分别维持在21±1°C和50%±10%。为了评估在生命早期期间动物在扰乱的LD周期下所经历的昼夜节律扰乱程度，成年雄性小鼠被放置在装有轮子的笼子里，并与母鼠和幼崽并行地暴露在扰乱的LD或规律的LD周期中。

2、药物诱导模型：

使用能够影响昼夜节律的药物，如褪黑激素受体拮抗剂，来扰乱小鼠的生物钟。

3、 基因敲除模型：

利用基因工程技术敲除或敲入特定的昼夜节律相关基因（如Clock、Bmal1、Per1、Per2等），以研究这些基因在昼夜节律中的作用。修改小鼠的生物钟基因，以观察特定基因变异如何影响昼夜节律。

4、饮食调控：

通过定时喂食或者改变食物成分来影响小鼠的昼夜节律，比如夜间提供食物，从而打乱其正常的进食时间。

行为评估：

通过观察小鼠的活动周期、睡眠模式、进食行为等来评估昼夜节律的变化。测量小鼠的核心体温、心率、代谢率等生理指标，以评估昼夜节律的变化。进行认知和情绪相关的行为测试，如迷宫测试、社交互动测试等，以评估昼夜节律紊乱对行为的影响。对小鼠进行长期观察，以评估昼夜节律紊乱对生长发育、生殖能力、衰老过程等的影响。开发小型化、无线化的可穿戴设备来监测小鼠的活动和生理参数。

自主活动实验：

观察小鼠的昼夜活动节律，采用自发活动视频分析系统分析小鼠24h昼夜活动节律的变化。分别于21点、0点、3点和6点记录小鼠的黑暗活动时间，9点、12点、15点和18点则记录小鼠的光照活动时间。每个整点观察6min，其中前3min用于适应性训练，后3min用于实验统计。分析小鼠每个整点的光照活动时间、黑暗活动时间及总活动时间。

通过三种不同的任务中，以评估不同的行为。这些任务在不同天数内按以下顺序进行：高架十字迷宫（EPM，第1天）、Morris水迷宫（MWM，第48天）、延迟匹配样本（DMS，第1219天）。选择这个顺序是为了使任务从简单到复杂，并允许在小鼠适应大量处理之前通过EPM评估焦虑。每个测试之间有23天的休息时间，以最小化前一个任务对后续任务的影响。每项任务的表现都通过安装摄像头跟踪。

旷场实验箱，型号：XR-XZ301

高架十字迷宫（EPM）:

高架十字迷宫（EPM）用于评估啮齿动物的类焦虑行为。动物在早上9点开始测试。适用于小鼠的EPM通过顶部灯光和两侧灯光均匀照明。小鼠被放置在迷宫中心，面向开放臂，并给予5分钟自由探索设备的时间。每只动物之间用70%乙醇清洁迷宫。

记录了动物在开放臂和封闭臂中花费的时间百分比，以及动物进入开放臂和封闭臂的次数。一个臂的进入被定义为动物的四只爪子完全在臂内。进入开放臂次数较少或在开放臂中花费时间较少的动物被认为是更焦虑的。

高架十字迷宫，型号：XR-XG201，上海欣软

Morris水迷宫（MWM）:

MWM是研究啮齿动物海马依赖性空间记忆的经过验证的任务。用于此任务的是一个直径为1.2米的圆形白色玻璃纤维池，内部墙壁上没有地标。池中充满了水（19 ± 0.5°C），水深20厘米。一个清晰的12×12厘米的方形平台被放置在一个象限的中心，距离水面1.5厘米，并在所有训练日中保持在这个位置。通过添加无毒的白色颜料使水变得不透明，以确保小鼠不能在池中视觉定位平台。房间的墙壁上放置了几个远端线索。任务在光相早期的5天内进行（即，大约从早上9点到中午12点）。前4天是训练日，每天进行4次试验。第五天是单次试验测试日，移除了隐藏的平台（探测试验）。在训练日的每次试验中，动物被放置在水面向泳池墙壁的每个基本罗盘点（北/东/南/西）随机顺序，对每只动物来说当天的顺序是相同的，但每天都会改变。每只动物至少有10分钟的休息时间。动物有60秒的时间在池中游泳。一旦动物爬上平台，计时器就会停止，动物被允许在平台上停留15秒，以视觉上定位自己在房间中的位置。在60秒内未能找到平台的动物会被轻轻地引导到平台上，并被允许15秒的时间进行定位。动物被擦干并返回到温暖的笼子中休息，直到下一次试验。池中的水被清理掉任何漂浮的颗粒，每只动物之间都要搅拌水。每次试验都记录了到达平台的时间。在第五天（探测试验），平台从池中移除，动物被放置在与之前平台位置相对的一个新的位置的水里。每只动物只进行一次试验，最多60秒自由游泳。对于这次试验，记录了动物到达平台原位置的初始潜伏期、穿过平台原位置的次数，以及在每个象限中花费的时间，并进行分析。

Morris水迷宫，型号：XR-XM101

延迟匹配样本（DMS）：

延迟匹配样本任务评估啮齿动物的工作记忆，迷宫由四个对称的有墙的臂（10×32厘米，深15厘米）组成，排列成“+”形状，然后放置在MWM池中。一个透明的平台（7×8厘米）被放置在一个臂的末端，选择的臂是伪随机的。池中充满了水（19.5±0.5°C），水深9厘米。在这个深度下，隐藏的平台距离水面2厘米。房间中的空间线索在MWM和DMS任务之间被替换和重新排列。动物在连续8天内进行测试，每天进行6次试验，在光相的前半部分（即，上午9点至中午12点之间）。对于每次试验，动物被放置在靠近有平台的臂的臂中。平台在给定测试日的所有试验中保持在同一位置，但测试日都移动到一个新的臂中。动物被放置在水中，面对臂的末端墙壁，并被允许在迷宫中导航90秒。一旦动物找到平台，它就被允许在平台上停留15秒，以定位到空间线索。如果动物进入了包含平台的臂并触摸了平台而没有爬上去，试验就会终止，动物会被轻轻地引导到平台上开始它的平台时间。动物被擦干，并在每次试验之间至少休息5分钟，待在干燥温暖的笼子里。迷宫被清理掉任何漂浮的颗粒，每只动物之间都要搅拌水。在随后的测试日，平台被移动到一个新的臂。对于DMS任务，记录了到达平台的潜伏期和进入没有平台的臂的次数（错误）。

昼夜节律评估：

这些动物在昼夜节律评估开始时年龄在912天之间。动物被单独饲养在装有跑轮的笼子里。一个磁开关检测轮子的旋转，动物在12:12 LD中饲养4周，然后在恒定黑暗（DD）中饲养2周。在LD中的活动水平从第17-29天进行评估。

找实验方法，上脑声常谈。