FMR―1基因敲除小鼠的焦虑及探索行为分析

1、FMR1基因敲除小鼠的焦虑及探索行为分析中图分类号】 R749.94 【文献标识码】 A 【文章编号】1004-7484(2014)05-3267-01脆性 X 综合征(fragile X syndrome , Fra (X) S)是最常见的X连锁不完全显性遗传病，占智力低下总人数的2%6%，占 X 连锁智力低下的 40%左右，严重影响出生人口素质。Fra（X）S其特殊的行为表型特征被认为在诊断上具有 提示作用， 而焦虑被认为是 Fra（ X）S 的重要行为表型特征。2005年Spencer等发现基因敲除老鼠对镜子表现出较多的厌恶行为，同时存在较差的社交关系及社交焦虑（3），认为FMR-1 基

2、因敲除导致了老鼠社交焦虑及社会行为的变化，患者的异常社会行为存在相关性。 2008年 Caitlyn 等发现基 深入了解行为认知表型对临床诊断疾病具有提示意义，能够因敲除老鼠在分辨社交关系的好坏上较对照组差（4 ）。全面指导提出正确的教育方案及正确理解Fra（X）S患者异常行为及情绪，同时也为进一步研究其产生的神经解剖学异常及 分子机制打下基础。1 材料与方法1.1 实验动物： FMR-1 基因敲除小鼠及对照小鼠购于美国Jackson Laboratory。基于Bakker等报道FMR-1基因敲除老鼠回交 10代仍能保持基因的稳定性（ 1），因此本实验小鼠为上述购置老鼠进行交配，选择其 F1

3、代成年雌性小鼠与对照组小鼠（父代）进行回交，选择21天F2代雄性小鼠进行行为学实验。1.2 实验分组： FMR-1 基因敲除组和对照组雄性小鼠共43 只，完成行为学实验及数据采集后再进行基因型鉴定分 组。1.3 行为学实验：（ 1 ）旷场实验 旷场试验可用于测试动物的水平运动，活跃程度及探索行为，还可测评焦虑情绪。本试验中用于旷场试验的工具为一个40cm X 40cm x 30cm 的木制箱，在箱底用记号笔划为16 （4格X 4格）个大小相同的格子，并将中央的4 （2格X 2格）个格子视为中央区。将仔鼠置于中央面朝特定一角后开始计时， 摄像机记录 5分钟2）高架十字迷宫实验 高架十字迷宫以动物

4、自发性行为为 基础，利用动物对新异环境的探究特性和对高悬敞开臂的恐惧心理，形成动物的矛盾冲突来考察动物的焦虑状态。本实 两个相对的封闭臂（ 30cmX 5cmX 1 5cm ）组成，封闭臂上部 未封顶，迷宫中央为 5cmX 5cm 的开阔部，迷宫离地面 30cm，验自制高架十字迷宫由两个相对的敞开臂（30cm X 5cm ）和迷宫内壁及其底部涂成黑色。降仔鼠放置于中央区，并面朝 特定的敞开臂开始计时，摄像机记录 5 分钟。1.4 数据采集： （ 1 ）旷场实验数据采集：中央格停留时间是动物空间认知能力的反映。正常动物会避开空旷环境， 迅速离开中央格， 沿周边活动； 如果对新环境的认知能力差，

5、则停留在中央格的时间就会延长。另外在水平方向上的爬格 数反映动物的兴奋性，在垂直方向上的站立次数则反映动物 对环境探索，爬格数及站立次数共同反映动物的运动力。故 采集旷场试验的观察指标有：爬格数；直立数；运动 力：爬格数与直立数之和；中心区进入次数；中心区时 间比； 中心区运动力比。 （2）高架十字迷宫实验数据采集： 基于对开放的环境及高处的恐惧，大鼠通常回避两个开放的 敞开臂而把自己的大部分活动限于两个封闭的、自认为是安 全的封闭臂端。另一方面，对新奇环境的探索冲动又驱使大 鼠试图进入开放的臂端。大鼠在开放臂区活动的增加（如进 入的次数的比例和在开放臂区的滞留时间）表明焦虑的减 少。故采集高

6、架十字迷宫试验的观察指标有：进入敞开臂 和封闭臂的总次数；进入敞开臂次数比例；敞开臂停留 时间比例。1.5 统计学分析： 各参数值以均数标准差 （ mean SD）表示，采用 SPSS17.0 统计软件， 对所得数据做正态分布检 验和组间方差齐性检验，两项符合后组间数据采用独立样本t 检验， P0.05 为差异有显著性。2 结果与讨论2.1 旷场实验及高架十字迷宫结果分别见表 -1 与表-22.2 探索能力及运动力结果评估见图 -1 2.3 焦虑相关结果评估见图 -2 2.4 讨 论 至今为止， 关于 FMR-1 基因敲除老鼠的行为学研究处于起步阶段，本研究通过旷场实验、高架十字迷宫 实验探索

7、 FMR-1 基因敲除小鼠的探索及焦虑相关行为表型 特征。在旷场实验中，基因敲除小鼠在水平爬格数上较对照组增多（P0.0仁，总运动力也较对照组高（P0.05=,但在垂 直直立数上两者无明显差异；提示基因敲除小鼠较对照组自 发活动增加，兴奋性增高，但在环境的垂直探索上无显著性 差异。这一观点和先前的一些研究存在相似性。 2000 年 Peier等利用相关行为学实验探索 FMR-1 基因敲除小鼠的行为学特征时即发现基因敲除小鼠探索能力增加（5）。 2005 年Sp encer等也发现基因敲除小鼠表现出更多的自主活动及高兴奋性（ 3）。基因敲除小鼠这一行为表型特征和人类行为表型是平行的，即多动症状。

8、在 2000 年由 Maes 等制定的 Fra（X）S表型筛查量表中，多动症状即为其中单独的一项指标（ 6）；在 2005 年由 McConkie 制定的 Fra（ X） S 患者家庭 问卷中，有无多动表现也作为其中的一个重要行为表型特征问题（ 7）。在小鼠焦虑相关行为的研究中，中心区进入时间比、敞开臂进入时间比上基因敲除小鼠均较对照组时间长（ P同时，基因敲除小鼠在中心区进入时间比、开臂进入时间比上增高（Pv0.05=。以上实验结果提示基因敲除小鼠对危险环 境的认知能力差。 2002 年 Yann 等通过辐射迷宫实验发现基 因敲除小鼠存在空间记忆缺陷（ 2）。 Cornish 等通过观察 F

9、ra（X） S男孩执行空间任务，发现空间缺陷在于视觉构建组分（8）。而Kogan等发现Fra（ X）S患者在物体辨别学习任务及其反转任务中表现较差，猜测Fra （X）S患者存在一侧 空间偏喜性（ 9）。3 结论FMR-1 基因敲除小鼠表现为自发活动增多，兴奋性增高，提示小鼠 FMR-1 基因对小鼠的兴奋性及探索能力存在影 响。与人类脆性 X 综合征患者的行为表型相反， FMR-1 基因 敲除小鼠焦虑相关行为较对照组减少， 猜想 FMR-1 基因敲除 小鼠在非社交性的实验中由于自发活动增强而焦虑水平减 低，在社交性实验中焦虑水平增高。同时， FMR-1 基因敲除 小鼠较对照组对空间的认知及判断能

10、力差。参考文献1 BaLker CE.Fmr-l knockout mice ：a model to studyfragile X mental retardation The Dutch-Belgian Fragile XConsortiumJ.Cell ， 1994， 78 （1）：23-33.2 Yann SM ， Frans S， Sanne SW， et al. Behavioral andNeuroanatomical Characterization of the Fmr1 KnockoutMouseJ. HIPPOCAMPUS ， 2002， 12：39?C46.3 Spenc

11、er CM ，Alekseyenk O ，Serysheva E，et al. Alteredanxiety-related and social behaviors in the Fmr1 knockout mouse model of fragile X syndromeJ. Genes ， Brain andBehavior ，2005，4： 420?C430.4 Caitlyn H ，McNaughton ，Jisook M，et al. Evidence forSocial Anxiety and Impaired Social Cognition in a MouseModel o

12、f Fragile X SyndromeJ. Behavioral Neuroscience ，2008，（122）2：293?C300.5 Peier AM ， McIlwain ， KL ， Kenneson A，et al.Correction of FMR1 deficiency with YAC transgenics ：behavioral and physical featuresJ. Hum Mol Genet ， 2000， 1145?C1159.6 Maes B ， Fryns JP， Ghesquiere P， et al.Phenotypicchecklist to s

13、creen for fragile X syndrome in people with mental retardationJ. Ment Retard ，2000，38： 207?C 215.7 McConkie-Rosell A ， Finucane B ， Cronister A，et al.Genetic counseling for fragile x syndrome ： updated recommendations of the national society of genetic counselorsJ.Genet Couns， 2005， 14： 249?C270.8 Cornish KM ， Sudhalter V. Attention and Language inFragile X. Mental Retardation and Developmental DisabilitiesResearch ReviewsJ.2004， 10： 11?