在缺乏肌肉抑素(myostatin)的小鼠中,性别特异性的攻击性和情绪行为表现如下:酰基化胃饥饿素(acylated ghrelin)与未酰基化胃饥饿素(unacylated ghrelin)的比例降低,但这一比例与丁酰胆碱酯酶(butyrylcholinesterase)的活性水平无关;此外,海马核复合体(habenular complex)中的小清蛋白(parvalbumin)表达也发生了缺失
《Cerebral Circulation - Cognition and Behavior》:Sex-specific aggressive and emotional behavior in myostatin-deficient mice: Ratio of acylated versus unacylated ghrelin is reduced, but not correlated with butyrylcholinesterase activity level, however parvalbumin expression is lost in the habenular complex
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时间:2025年11月23日
来源:Cerebral Circulation - Cognition and Behavior 1.9
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Myostatin基因敲除小鼠表现出攻击性和焦虑样行为,可能与ghrelin代谢改变及habenular复合体中Parvalbumin神经元减少有关。
本研究围绕肌肉生长调控蛋白“肌生成素”(Myostatin)及其与行为表现之间的关系展开,探讨了肌生成素基因敲除(Myostatin-KO)小鼠表现出的攻击性行为是否与肌生成素对代谢和神经递质系统的影响有关。肌生成素作为肌肉生长的负向调节因子,其缺失会导致肌肉显著增生,而这一现象在实验中被观察到与攻击性行为的增加相关。与此同时,胃饥饿素(Ghrelin)作为调节食欲的重要激素,其水平变化也与焦虑、压力及攻击性行为密切相关。研究进一步发现,但酰胆碱酯酶(BChE)在胃饥饿素的脱酰化过程中发挥关键作用,其缺失会导致胃饥饿素的酰化水平升高,进而增强攻击性行为。因此,本研究假设肌生成素、胃饥饿素及BChE的表达水平可能共同影响肌生成素敲除小鼠的行为表现。
在行为实验中,研究人员采用多种测试手段评估了肌生成素敲除小鼠的攻击性行为和焦虑样行为。例如,在“居民-入侵者”测试中,雄性肌生成素敲除小鼠相较于野生型(WT)小鼠表现出更高的攻击行为,而雌性肌生成素敲除小鼠则显示出显著的自发运动增加。此外,在“高架十字迷宫”和“明暗箱”测试中,肌生成素敲除小鼠表现出明显的焦虑样行为,尽管它们的血清皮质酮水平并未发生显著变化。这些结果表明,肌生成素的缺失可能通过影响神经递质系统的活动,间接导致行为上的改变。
进一步的实验结果显示,肌生成素敲除小鼠的胃饥饿素酰化/非酰化比例显著降低,且雌性肌生成素敲除小鼠的BChE活性较野生型小鼠有所下降。这一发现可能解释了肌生成素敲除小鼠在行为上的变化,即由于胃饥饿素的水平下降,其在大脑中的作用可能受到影响,从而引发攻击性行为或焦虑倾向。此外,研究还发现肌生成素敲除小鼠在大脑的“缰核复合体”区域存在明显的副醛蛋白(Parvalbumin)阳性神经元减少的现象。副醛蛋白是一种钙结合蛋白,通常存在于快速放电的GABA能抑制性神经元中,其在缰核中的减少可能影响神经元的抑制功能,进而导致神经活动的失衡,最终影响行为表现。
研究还通过生物化学分析和基因表达检测进一步探讨了这些行为变化的潜在机制。结果显示,肌生成素敲除小鼠的血清中胃饥饿素的水平在雌性中比雄性更高,而BChE活性则在雌性中有所降低。这可能表明,肌生成素的缺失对胃饥饿素的代谢存在性别差异。在基因表达方面,肌生成素敲除小鼠的副醛蛋白基因表达在缰核中显著降低,而其他神经递质相关基因如生长激素释放激素受体(Ghlr)、促肾上腺皮质激素释放激素(Crh)和促肾上腺皮质激素释放激素前体(Pomc)在脑组织中的表达未见显著变化,这表明在某些行为表现中,可能并非由这些基因的表达水平直接驱动,而是与特定神经元的活动有关。
研究还发现,肌生成素敲除小鼠在代谢方面的表现也与野生型小鼠存在差异。具体而言,它们的体重明显增加,同时表现出较低的氧气消耗(VO?)和二氧化碳产生(VCO?),这可能与较低的代谢效率或较高的能量储备有关。然而,这些变化并未影响到呼吸交换比(RER),表明代谢状态的改变可能并非完全由能量消耗决定。此外,肌生成素敲除小鼠在运动表现上也显示出性别差异,雌性小鼠的自发运动能力显著高于雄性,这可能与它们的神经递质系统或激素水平的差异有关。
本研究的意义不仅在于揭示肌生成素对行为的调控作用,还在于为相关疾病的治疗提供新的思路。肌生成素在肌肉萎缩、代谢综合征及神经退行性疾病中的潜在作用使其成为研究的重要对象。通过调节肌生成素和胃饥饿素的表达,或通过影响BChE的活性,可能有助于改善某些与攻击性行为和焦虑相关的精神障碍。此外,研究还指出,肌生成素基因的突变在畜牧业中也具有重要应用价值,特别是在双肌牛品种的选育过程中,这些突变可能导致动物行为的改变,从而影响养殖效益。
研究团队在实验过程中采用了严格的动物伦理标准,确保实验的科学性和人道性。所有实验均遵循欧洲指令2010/63/UE和法国地区伦理委员会的规定。实验对象为C57BL/6J背景下的肌生成素敲除小鼠,实验期间保持恒定的光照周期和温度环境,并提供充足的饮水和食物。为了评估行为表现,研究者采用了多种行为测试方法,包括“居民-入侵者”测试、高架十字迷宫测试和明暗箱测试,这些方法能够有效区分不同小鼠的行为特征。
在实验设计方面,研究人员不仅关注行为表现,还深入探讨了行为变化的潜在神经机制。通过组织切片和免疫组织化学技术,他们对多种神经递质系统的分布进行了分析,包括胆碱能系统、5-羟色胺能系统、多巴胺能系统和奥克斯素能系统,以及钙结合蛋白如副醛蛋白、钙网蛋白(Calretinin)、CGRP和钙结合蛋白(Calbindin)等。这些分析表明,尽管大多数神经递质系统的分布没有显著变化,但副醛蛋白在缰核中的减少可能是导致行为变化的关键因素。
本研究的结果为理解肌生成素在神经系统中的作用提供了新的视角。肌生成素不仅影响肌肉生长,还可能通过调控神经递质的代谢和分布,间接影响行为表现。此外,研究还揭示了胃饥饿素和BChE在调节行为中的潜在作用,特别是在攻击性和焦虑相关的神经机制中。这些发现为未来研究提供了重要的理论依据,并可能为开发新的治疗策略提供实验基础。
综上所述,本研究通过多方面的实验,揭示了肌生成素敲除小鼠在行为表现和代谢特征上的变化,并探讨了这些变化的潜在机制。研究结果不仅加深了对肌生成素和胃饥饿素在神经系统中作用的理解,还为相关疾病的治疗和畜牧业中的品种选育提供了新的思路。未来的研究可以进一步探索肌生成素与神经递质系统之间的相互作用,以及其在人类行为和疾病中的潜在应用价值。
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