引用本文: 李小红, 李尚为, 罗珊, 樊伟, 曾珣, 白瑜, 秦朗. 慢性轻度不可预见性应激雌性昆明小鼠模型在生殖医学领域应用的可行性探讨. 华西医学, 2015, 30(11): 2071-2075. doi: 10.7507/1002-0179.20150587 复制
近年来,不孕症的发病率呈上升趋势。心理因素可能参与不孕症的发生,也可能影响不孕症的治疗效果。有研究发现,不孕夫妇存在高程度的述情障碍,伴有较高的状态和特质焦虑,生活质量明显下降;进行体外受精(IVF)-胚胎移植(ET)治疗的患者,其焦虑程度显著高于一般治疗的不孕患者[1-3]。我们的前期研究也提示如果不孕患者同时存在焦虑和抑郁情绪应激,会负性影响IVF临床妊娠率[4]。
动物模型是疾病机制研究和药物开发的重要工具和有效手段[5]。慢性轻度不可预见性应激(CUMS)动物模型是运用情绪应激的方法,使动物出现抑郁状态、兴趣丧失、快感缺乏等表现,与人体抑郁症的临床表现类似。目前,该应激模型多用于大鼠的研究[6-8],而小鼠对CUMS易感性具有性别及品系差异[9],作为我国常用实验动物之一的昆明小鼠能否建立稳定有效的CUMS模型尚未见相关报道。本研究在课题组前期研究的基础上,继续选用昆明小鼠建立CUMS动物模型,了解CUMS对雌性昆明小鼠生殖功能的影响,为后续探讨应激对生殖功能的影响机制提供适宜的动物模型。现报告如下。
1 材料与方法
1.1 实验动物
昆明纯种小鼠,购于四川大学实验动物中心[动物合格证号:SCXK(川)2013-026]。其中雌性小鼠240只,4~5周龄,体质量18~22 g,每笼饲养5只;雄性小鼠20只,5~6周龄,体质量22~25 g,每笼1只单独饲养。雄性小鼠是为合笼备用,按正常条件饲养。雌性小鼠正常饲养5 d以适应环境,每日触摸动物以适应实验人员的操作;5 d后采用随机数字表法将雌性小鼠分为对照组(90只)和实验组(150只)。
1.2 方法
对照组小鼠采用正常饲养:自由摄食、饮水,12 h光照,环境温度18~22℃,相对湿度40%~60%。实验组小鼠进行CUMS造模:实验组小鼠适应5 d后开始CUMS刺激,持续28 d。参照本课题组前期研究方法[10]并作适当改进,以9种应激因子在4周内随机应用,1种/d,每种累计2~4次,使动物不能预料刺激的发生。9种应激因子如下:① 潮湿垫料和倾斜饲养24 h(将200 mL水加入有垫料的笼底,并将小鼠笼子倾斜45°);② 禁食24 h;③ 禁水24 h;④ 高温10 min(40℃环境);⑤ 夹尾1 min(距尾根1 cm夹铁质小书夹);⑥ 4℃冰水游泳5 min;⑦ 束缚应激4 h;⑧ 陌生异常物品(如塑料杯、木勺、碎布片等);⑨ 孤养24 h。
1.2.1 观察指标
① 旷场实验。在造模第28天,用旷场试验观察两组小鼠行为的变化。观察时将单只小鼠置于长宽各60 cm、高40 cm光洁敞箱中央,敞箱底面划分为25个等边方格,内面用黑漆涂满。记录小鼠5 min内的动作行为表现,包括在中央格停留时间、跨格次数、竖立次数、理毛次数及粪便粒数。② 体质量变化。在造模期间,每周分别称取两组小鼠的体质量。造模第28天体质量减去造模前1天体质量为两组小鼠的体质量增长数。③ 糖水消耗实验。在造模前1天及造模第28天进行糖水消耗实验,在进行糖水消耗实验时,实验组小鼠均单笼饲养,每只小鼠加2%蔗糖溶液30 mL,同时禁食,计算小鼠4 h内饮用2%蔗糖溶液的量。
1.2.2 超排卵方案
实验组及对照组性成熟雌性小鼠于下午4点腹腔内注射孕马血清促性腺激素(PMSG,天津实验动物中心)10 U,48 h后腹腔注射人绒毛膜促性腺激素(HCG,上海生物化学制药厂)10 U。
1.2.3 卵巢组织标本的获取及苏木精-伊红(HE)染色
将对照组及造模成功的实验组性成熟小鼠各10只,于下午4点腹腔内注射PMSG 10 U,48 h后脱臼处死,用75%乙醇消毒腹部皮肤,打开腹腔暴露子宫、输卵管和卵巢,剪下双侧卵巢用M2培养基清洗2遍,洗去血液和脂滴。然后将卵巢用4%中性甲醛固定,待HE染色。
将已固定24 h的卵巢组织取出充分水洗,70%~100%上行梯度乙醇脱水,二甲苯透明、浸腊、包埋,以5 μm连续切片、展片,将其贴于APES处理过的载玻片上,置烤箱58~60℃,30~60 min使之贴紧,然后按照操作常规HE染色。
1.2.4 卵母细胞的获取
将对照组及造模成功的实验组性成熟小鼠各20只进行PMSG/HCG促排卵,HCG 注射后12~14 h后采用脱臼法处死小鼠,于卵巢与子宫之间找到并取出双侧输卵管,置于预热至37℃的M2培养基中,在解剖显微镜下以1号注射器针尖纵行拨开输卵管,以M2培养基冲洗,寻找卵母细胞(卵冠丘复合物)并计数。
1.2.5 2-细胞期胚胎的获取
将对照组及造模成功的实验组性成熟小鼠各20只进行PMSG/HCG促排卵,HCG 注射后即与性成熟雄鼠2∶1合笼,次日8点观察阴栓并与雄鼠分开,见阴栓当日为孕1 d。孕2 d下午2点(相当于见阴栓后30 h或HCG注射后46 h)采用脱臼法处死雌性小鼠,于卵巢与子宫之间找到并取出双侧输卵管,置于预热至37℃的M2培养基中,在解剖显微镜下以1号注射器针尖纵行拨开输卵管,以M2培养基冲洗,寻找2-细胞期胚胎。
1.2.6 孕4d胚胎(囊胚、桑葚胚)的获取
将对照组及造模成功的实验组性成熟小鼠各20只于孕4 d下午2点采用脱臼法处死,分离并切断双侧子宫,放入预热至37℃的厄尔(Earle)平衡盐溶液中。在解剖显微镜下,用1 mL注射器Earle平衡盐溶液冲洗宫腔,37℃孵箱内静置30 min后在体视显微镜下寻找胚胎。
1.2.7 孕5d体内着床位点实验
将孕5d的实验组和对照组小鼠各20只麻醉后,用芝加哥蓝进行尾静脉注射,然后处死小鼠,取出子宫及卵巢,计算子宫蓝染的着床位点数。
1.3 统计学方法
采用SPSS 17.0统计软件包进行统计学分析。本研究中计量资料以均数±标准差表示,组间比较采用成组设计的t检验;计数资料采用只数和百分比表示,组间比较应用χ2检验。检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 小鼠一般情况
实验期间,对照组雌鼠发育良好,精神佳,活泼好动,反应灵敏,毛发整齐有光泽。应激刺激4周后,实验组小鼠开始出现精神萎靡,活动减少,反应迟钝,毛发散乱无光泽等表现。见图 1。

2.2 CUMS刺激4周后小鼠体质量变化
实验期间对照组雌鼠摄食正常,体质量增长正常。应激刺激2周后实验组小鼠开始出现摄食减少,体质量增加减慢,4周后实验组小鼠体质量增加(8.2±1.6)g,明显低于对照组的体质量增加量(13.0±1.9) g,差异有统计学意义(P<0.05)。见表 1。

2.3 CUMS刺激4周后小鼠糖水消耗实验
经过4周的CUMS刺激,实验组小鼠2%糖水4 h消耗量较基础摄入量减少(1.3±0.5)g,而对照组雌鼠较基础摄入量增加(0.6±0.2)g,差异有统计学意义(P<0.05)。见表 1。
2.4 CUMS刺激4周后小鼠旷场实验
CUMS刺激4周后,实验组小鼠在旷场实验中中央格停留时间和粪便粒数较对照组明显增加,差异有统计学意义(P<0.05);实验组小鼠跨格次数和竖立次数较对照组明显减少,差异有统计学意义(P<0.05);两组小鼠的理毛次数差异无统计学意义(P>0.05)。见表 2。

2.5 CUMS刺激4周后小鼠超排卵反应情况
2.5.1 超排卵后卵巢及卵泡情况
实验组小鼠超排卵后卵巢体积较对照组小,颜色较对照组白。将卵巢组织进行HE染色后显示,实验组窦卵泡数[(14.1±2.0)个]及排卵前卵泡数[(1.5±0.4)个]较对照组[分别为(20.5±2.3)个及(3.3±0.5)个]明显减少,差异有统计学意义(P<0.05)。见图 2。
2.5.2 超排卵后卵母细胞及胚胎发育潜能
结果显示,实验组小鼠获得卵母细胞数、受精率、2-细胞胚胎数、优胚数(率)和囊胚数等均较对照组明显降低,差异有统计学意义(P<0.05)。而两组间孕4 d囊胚率差异无统计学意义(P>0.05)。见表 3。

2.6 孕5 d小鼠体内着床位点实验
在对40只小鼠进行尾静脉注射时,有4只穿刺失败,遂将小鼠复苏继续喂养2 d观察孕7 d的着床胚胎数。结果显示,实验组着床位点数[(9.0±2.2)个]较对照组[(16.7±2.5)个]降低,差异有统计学意义(P<0.05)。
3 讨论
心理应激为个体对外界环境有害物、威胁和挑战经过自身认知和评价后所产生的生理、心理和行为反应;在不孕症及IVF助孕治疗过程中,同样存在心理应激和应激反应。这些应激会损害不孕妇女的卵巢储备功能[11-14],还会影响IVF的成功率[15-17]。因此,有必要对应激对生殖功能的影响机制进行研究,首先是建立适宜研究的动物模型。
我们在课题组前期研究的基础上,继续选用雌性昆明小鼠建立CUMS动物模型。昆明小鼠是我国特有的封闭群小鼠,具有独特的遗传学性状,是常用的实验动物之一。在构建昆明小鼠CUMS抑郁模型时我们参照课题组前期方法,并做了适当改进,包括束缚应激、高温和孤养等9种慢性、轻度和不可预见的应激因子。4周后实验组小鼠一般情况、体质量增加、2%糖水消耗实验及旷场实验均较对照组小鼠存在明显差异,提示CUMS昆明小鼠抑郁模型的有效性。有研究单独采用束缚应激或隔离应激也能建立情绪应激动物模型[18-19],但本研究中采用的CUMS与人们在日常生活中经历慢性及低强度不良事件的情景更加类似。2%糖水消耗实验及旷场实验是对应激效果的行为学评价,结果显示,实验组小鼠中央格停留时间和粪便粒数增加,跨格次数、竖立次数和糖水消耗量减少,这些表现说明小鼠表现出抑郁状态、兴趣丧失和快感缺乏,与人类抑郁症的临床表现有一定相似性[10]。
本研究通过对CUMS小鼠采用PMSG/HCG促排卵治疗,结果发现超排卵后实验组小鼠的卵巢体积较对照组小,颜色较对照组白;HE染色后,实验组小鼠卵巢的窦卵泡及排卵前卵泡较对照组明显减少;实验组小鼠的卵母细胞数、受精率、2-细胞期胚胎数、孕4 d胚胎数、囊胚数、优胚率及孕5 d着床位点数均明显低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。可见CUMS降低了雌性昆明小鼠卵巢对超排卵的反应性和卵母细胞发育潜能。有研究发现,慢性情绪应激降低了大鼠血中卵泡刺激素、黄体生成素的含量[20],抑制了瑞士小鼠卵泡发育,增加卵泡闭锁,抑制生长分化因子9的表达,可能与慢性心理应激后小鼠卵泡颗粒细胞凋亡增加、卵母细胞与颗粒细胞间的缝隙连接破坏、卵巢自分泌/旁分泌因子等降低有关[21]。
综上所述,通过研究我们建立了生殖功能减退的CUMS雌性昆明小鼠模型,具有有效性、可操作性和可重复性,可进一步用于生殖医学领域机制方面的研究。
近年来,不孕症的发病率呈上升趋势。心理因素可能参与不孕症的发生,也可能影响不孕症的治疗效果。有研究发现,不孕夫妇存在高程度的述情障碍,伴有较高的状态和特质焦虑,生活质量明显下降;进行体外受精(IVF)-胚胎移植(ET)治疗的患者,其焦虑程度显著高于一般治疗的不孕患者[1-3]。我们的前期研究也提示如果不孕患者同时存在焦虑和抑郁情绪应激,会负性影响IVF临床妊娠率[4]。
动物模型是疾病机制研究和药物开发的重要工具和有效手段[5]。慢性轻度不可预见性应激(CUMS)动物模型是运用情绪应激的方法,使动物出现抑郁状态、兴趣丧失、快感缺乏等表现,与人体抑郁症的临床表现类似。目前,该应激模型多用于大鼠的研究[6-8],而小鼠对CUMS易感性具有性别及品系差异[9],作为我国常用实验动物之一的昆明小鼠能否建立稳定有效的CUMS模型尚未见相关报道。本研究在课题组前期研究的基础上,继续选用昆明小鼠建立CUMS动物模型,了解CUMS对雌性昆明小鼠生殖功能的影响,为后续探讨应激对生殖功能的影响机制提供适宜的动物模型。现报告如下。
1 材料与方法
1.1 实验动物
昆明纯种小鼠,购于四川大学实验动物中心[动物合格证号:SCXK(川)2013-026]。其中雌性小鼠240只,4~5周龄,体质量18~22 g,每笼饲养5只;雄性小鼠20只,5~6周龄,体质量22~25 g,每笼1只单独饲养。雄性小鼠是为合笼备用,按正常条件饲养。雌性小鼠正常饲养5 d以适应环境,每日触摸动物以适应实验人员的操作;5 d后采用随机数字表法将雌性小鼠分为对照组(90只)和实验组(150只)。
1.2 方法
对照组小鼠采用正常饲养:自由摄食、饮水,12 h光照,环境温度18~22℃,相对湿度40%~60%。实验组小鼠进行CUMS造模:实验组小鼠适应5 d后开始CUMS刺激,持续28 d。参照本课题组前期研究方法[10]并作适当改进,以9种应激因子在4周内随机应用,1种/d,每种累计2~4次,使动物不能预料刺激的发生。9种应激因子如下:① 潮湿垫料和倾斜饲养24 h(将200 mL水加入有垫料的笼底,并将小鼠笼子倾斜45°);② 禁食24 h;③ 禁水24 h;④ 高温10 min(40℃环境);⑤ 夹尾1 min(距尾根1 cm夹铁质小书夹);⑥ 4℃冰水游泳5 min;⑦ 束缚应激4 h;⑧ 陌生异常物品(如塑料杯、木勺、碎布片等);⑨ 孤养24 h。
1.2.1 观察指标
① 旷场实验。在造模第28天,用旷场试验观察两组小鼠行为的变化。观察时将单只小鼠置于长宽各60 cm、高40 cm光洁敞箱中央,敞箱底面划分为25个等边方格,内面用黑漆涂满。记录小鼠5 min内的动作行为表现,包括在中央格停留时间、跨格次数、竖立次数、理毛次数及粪便粒数。② 体质量变化。在造模期间,每周分别称取两组小鼠的体质量。造模第28天体质量减去造模前1天体质量为两组小鼠的体质量增长数。③ 糖水消耗实验。在造模前1天及造模第28天进行糖水消耗实验,在进行糖水消耗实验时,实验组小鼠均单笼饲养,每只小鼠加2%蔗糖溶液30 mL,同时禁食,计算小鼠4 h内饮用2%蔗糖溶液的量。
1.2.2 超排卵方案
实验组及对照组性成熟雌性小鼠于下午4点腹腔内注射孕马血清促性腺激素(PMSG,天津实验动物中心)10 U,48 h后腹腔注射人绒毛膜促性腺激素(HCG,上海生物化学制药厂)10 U。
1.2.3 卵巢组织标本的获取及苏木精-伊红(HE)染色
将对照组及造模成功的实验组性成熟小鼠各10只,于下午4点腹腔内注射PMSG 10 U,48 h后脱臼处死,用75%乙醇消毒腹部皮肤,打开腹腔暴露子宫、输卵管和卵巢,剪下双侧卵巢用M2培养基清洗2遍,洗去血液和脂滴。然后将卵巢用4%中性甲醛固定,待HE染色。
将已固定24 h的卵巢组织取出充分水洗,70%~100%上行梯度乙醇脱水,二甲苯透明、浸腊、包埋,以5 μm连续切片、展片,将其贴于APES处理过的载玻片上,置烤箱58~60℃,30~60 min使之贴紧,然后按照操作常规HE染色。
1.2.4 卵母细胞的获取
将对照组及造模成功的实验组性成熟小鼠各20只进行PMSG/HCG促排卵,HCG 注射后12~14 h后采用脱臼法处死小鼠,于卵巢与子宫之间找到并取出双侧输卵管,置于预热至37℃的M2培养基中,在解剖显微镜下以1号注射器针尖纵行拨开输卵管,以M2培养基冲洗,寻找卵母细胞(卵冠丘复合物)并计数。
1.2.5 2-细胞期胚胎的获取
将对照组及造模成功的实验组性成熟小鼠各20只进行PMSG/HCG促排卵,HCG 注射后即与性成熟雄鼠2∶1合笼,次日8点观察阴栓并与雄鼠分开,见阴栓当日为孕1 d。孕2 d下午2点(相当于见阴栓后30 h或HCG注射后46 h)采用脱臼法处死雌性小鼠,于卵巢与子宫之间找到并取出双侧输卵管,置于预热至37℃的M2培养基中,在解剖显微镜下以1号注射器针尖纵行拨开输卵管,以M2培养基冲洗,寻找2-细胞期胚胎。
1.2.6 孕4d胚胎(囊胚、桑葚胚)的获取
将对照组及造模成功的实验组性成熟小鼠各20只于孕4 d下午2点采用脱臼法处死,分离并切断双侧子宫,放入预热至37℃的厄尔(Earle)平衡盐溶液中。在解剖显微镜下,用1 mL注射器Earle平衡盐溶液冲洗宫腔,37℃孵箱内静置30 min后在体视显微镜下寻找胚胎。
1.2.7 孕5d体内着床位点实验
将孕5d的实验组和对照组小鼠各20只麻醉后,用芝加哥蓝进行尾静脉注射,然后处死小鼠,取出子宫及卵巢,计算子宫蓝染的着床位点数。
1.3 统计学方法
采用SPSS 17.0统计软件包进行统计学分析。本研究中计量资料以均数±标准差表示,组间比较采用成组设计的t检验;计数资料采用只数和百分比表示,组间比较应用χ2检验。检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 小鼠一般情况
实验期间,对照组雌鼠发育良好,精神佳,活泼好动,反应灵敏,毛发整齐有光泽。应激刺激4周后,实验组小鼠开始出现精神萎靡,活动减少,反应迟钝,毛发散乱无光泽等表现。见图 1。

2.2 CUMS刺激4周后小鼠体质量变化
实验期间对照组雌鼠摄食正常,体质量增长正常。应激刺激2周后实验组小鼠开始出现摄食减少,体质量增加减慢,4周后实验组小鼠体质量增加(8.2±1.6)g,明显低于对照组的体质量增加量(13.0±1.9) g,差异有统计学意义(P<0.05)。见表 1。

2.3 CUMS刺激4周后小鼠糖水消耗实验
经过4周的CUMS刺激,实验组小鼠2%糖水4 h消耗量较基础摄入量减少(1.3±0.5)g,而对照组雌鼠较基础摄入量增加(0.6±0.2)g,差异有统计学意义(P<0.05)。见表 1。
2.4 CUMS刺激4周后小鼠旷场实验
CUMS刺激4周后,实验组小鼠在旷场实验中中央格停留时间和粪便粒数较对照组明显增加,差异有统计学意义(P<0.05);实验组小鼠跨格次数和竖立次数较对照组明显减少,差异有统计学意义(P<0.05);两组小鼠的理毛次数差异无统计学意义(P>0.05)。见表 2。

2.5 CUMS刺激4周后小鼠超排卵反应情况
2.5.1 超排卵后卵巢及卵泡情况
实验组小鼠超排卵后卵巢体积较对照组小,颜色较对照组白。将卵巢组织进行HE染色后显示,实验组窦卵泡数[(14.1±2.0)个]及排卵前卵泡数[(1.5±0.4)个]较对照组[分别为(20.5±2.3)个及(3.3±0.5)个]明显减少,差异有统计学意义(P<0.05)。见图 2。
2.5.2 超排卵后卵母细胞及胚胎发育潜能
结果显示,实验组小鼠获得卵母细胞数、受精率、2-细胞胚胎数、优胚数(率)和囊胚数等均较对照组明显降低,差异有统计学意义(P<0.05)。而两组间孕4 d囊胚率差异无统计学意义(P>0.05)。见表 3。

2.6 孕5 d小鼠体内着床位点实验
在对40只小鼠进行尾静脉注射时,有4只穿刺失败,遂将小鼠复苏继续喂养2 d观察孕7 d的着床胚胎数。结果显示,实验组着床位点数[(9.0±2.2)个]较对照组[(16.7±2.5)个]降低,差异有统计学意义(P<0.05)。
3 讨论
心理应激为个体对外界环境有害物、威胁和挑战经过自身认知和评价后所产生的生理、心理和行为反应;在不孕症及IVF助孕治疗过程中,同样存在心理应激和应激反应。这些应激会损害不孕妇女的卵巢储备功能[11-14],还会影响IVF的成功率[15-17]。因此,有必要对应激对生殖功能的影响机制进行研究,首先是建立适宜研究的动物模型。
我们在课题组前期研究的基础上,继续选用雌性昆明小鼠建立CUMS动物模型。昆明小鼠是我国特有的封闭群小鼠,具有独特的遗传学性状,是常用的实验动物之一。在构建昆明小鼠CUMS抑郁模型时我们参照课题组前期方法,并做了适当改进,包括束缚应激、高温和孤养等9种慢性、轻度和不可预见的应激因子。4周后实验组小鼠一般情况、体质量增加、2%糖水消耗实验及旷场实验均较对照组小鼠存在明显差异,提示CUMS昆明小鼠抑郁模型的有效性。有研究单独采用束缚应激或隔离应激也能建立情绪应激动物模型[18-19],但本研究中采用的CUMS与人们在日常生活中经历慢性及低强度不良事件的情景更加类似。2%糖水消耗实验及旷场实验是对应激效果的行为学评价,结果显示,实验组小鼠中央格停留时间和粪便粒数增加,跨格次数、竖立次数和糖水消耗量减少,这些表现说明小鼠表现出抑郁状态、兴趣丧失和快感缺乏,与人类抑郁症的临床表现有一定相似性[10]。
本研究通过对CUMS小鼠采用PMSG/HCG促排卵治疗,结果发现超排卵后实验组小鼠的卵巢体积较对照组小,颜色较对照组白;HE染色后,实验组小鼠卵巢的窦卵泡及排卵前卵泡较对照组明显减少;实验组小鼠的卵母细胞数、受精率、2-细胞期胚胎数、孕4 d胚胎数、囊胚数、优胚率及孕5 d着床位点数均明显低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。可见CUMS降低了雌性昆明小鼠卵巢对超排卵的反应性和卵母细胞发育潜能。有研究发现,慢性情绪应激降低了大鼠血中卵泡刺激素、黄体生成素的含量[20],抑制了瑞士小鼠卵泡发育,增加卵泡闭锁,抑制生长分化因子9的表达,可能与慢性心理应激后小鼠卵泡颗粒细胞凋亡增加、卵母细胞与颗粒细胞间的缝隙连接破坏、卵巢自分泌/旁分泌因子等降低有关[21]。
综上所述,通过研究我们建立了生殖功能减退的CUMS雌性昆明小鼠模型,具有有效性、可操作性和可重复性,可进一步用于生殖医学领域机制方面的研究。