社交隔離對大腦記憶行為及微量元素水平影響的研究
新冠疫情期間社交隔離導(dǎo)致的孤獨(dú)感達(dá)到了前所未有的水平，研究表明，近70%的人經(jīng)歷了嚴(yán)重的痛苦。盡管孤獨(dú)感常常被低估，但社交聯(lián)系對人類非常重要。事實(shí)上，社交隔離會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂神經(jīng)通路，改變大腦功能，影響壓力反應(yīng)、學(xué)習(xí)和記憶能力。這些干擾也會(huì)對身心健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，增加患癡呆、中風(fēng)、抑郁、焦慮、心血管疾病甚至過早死亡的風(fēng)險(xiǎn)。
新的研究表明，這些變化的潛在機(jī)制包括前額葉皮層和杏仁核之間的連接性降低，以及皮質(zhì)醇周期失調(diào)。然而，隔離的影響因人而異，許多人表現(xiàn)出非凡的適應(yīng)力。本研究旨在探討社會(huì)隔離對中年Sprague-Dawley (SD)和Wistar (WIS)大鼠記憶、學(xué)習(xí)和行為變化的影響，并檢測大腦微量元素水平，以探究這些因素與觀察到的社會(huì)隔離行為反應(yīng)之間的潛在相關(guān)性。
在本研究中，Zilkha等人使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)比較了 Sprague-Dawley (SD) 大鼠和 Wistar 大鼠在 Morris 水迷宮和強(qiáng)迫游泳測試中對社交隔離的行為反應(yīng)。他們的研究結(jié)果揭示了遺傳因素、大腦微量元素譜與壓力適應(yīng)力之間的相關(guān)性，并為理解適應(yīng)力背后的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制提供了重要見解。
材料與方法
將14月齡雄性大鼠分為四組：CONT-SD組、ISO-SD組、CONT-WIS組、ISO-WIS組（對照組分別命名 CONT-WIS和 CONT-SD，隔離組分別命名ISO-WIS和 ISO-SD）。不同品系大鼠特性不同：
- SD大鼠：以認(rèn)知敏捷性著稱，但對壓力高度敏感
- Wistar大鼠：通常更焦慮，但可能更能適應(yīng)隔離依賴性壓力
SD大鼠和Wistar大鼠在行為、壓力反應(yīng)以及對神經(jīng)和生理疾病的易感性方面表現(xiàn)出差異。這些基因差異對于幫助研究人員了解生物學(xué)差異如何影響個(gè)體應(yīng)對壓力的能力非常重要。
所有大鼠均飼養(yǎng)在受控且豐富的環(huán)境中。隔離組大鼠單獨(dú)飼養(yǎng)，對照組大鼠則以3至4只為一組飼養(yǎng)。隔離期結(jié)束后，研究人員進(jìn)行了包括Morris水迷宮和Porsolt強(qiáng)迫游泳測試在內(nèi)的行為測試，使用EthoVision XT追蹤大鼠軌跡和行為。并通過ICP-MS分析了皮質(zhì)組織，以評估微量元素的變化。
Morris水迷宮
研究數(shù)據(jù)顯示，所有大鼠均表現(xiàn)出完整的學(xué)習(xí)和記憶能力，無論是否處于隔離或應(yīng)激狀態(tài)。在ISO-WIS和ISO-SD之間，以及在 CONT-SD 和 ISO-SD 之間，游動(dòng)距離和速度存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（圖1）。與隔離的Wistar大鼠和對照組（非隔離的 SD 大鼠）相比，隔離的SD大鼠游得更遠(yuǎn)，速度也更快。研究者認(rèn)為，游泳速度和距離的增加可能反映了焦慮引起的多動(dòng)癥或與壓力增加相關(guān)的混亂的搜索策略。雖然處于隔離狀態(tài)，Wistar大鼠在Morris水迷宮中的表現(xiàn)沒有差異。
Porsolt強(qiáng)迫游泳測試
在1、2、3、4和5分鐘時(shí)，各組動(dòng)物的靜止時(shí)間存在顯著差異。與對照組SD大鼠相比，隔離SD大鼠在5分鐘內(nèi)靜止不動(dòng)的時(shí)間也有顯著差異（圖2），明顯更長，這是抑郁癥的指標(biāo)。Wistar大鼠在基線時(shí)表現(xiàn)出的靜止不動(dòng)時(shí)間明顯多于SD大鼠，表明其先天性焦慮水平更高。然而，隔離對Wistar大鼠的行為幾乎沒有影響，表明其對與社交隔離相關(guān)的壓力具有較強(qiáng)的適應(yīng)力。這些結(jié)果凸顯了EthoVision XT自動(dòng)追蹤技術(shù)能夠檢測不同品系大鼠在應(yīng)對社交隔離和壓力時(shí)的特定差異。通過避免人為偏差并捕捉行為的細(xì)微差異，EthoVision XT使研究人員能夠觀察到不同遺傳背景下不同的行為表型。
本研究主要探究了微量元素水平、品系大鼠對社會(huì)隔離的反應(yīng)以及隨后對抑郁行為和記憶功能影響之間的潛在關(guān)聯(lián)。研究結(jié)果揭示了兩種接受社會(huì)隔離的大鼠品系之間以及腦中微量元素水平的差異。
- 在學(xué)習(xí)與記憶方面，兩種品系大鼠均未因隔離而出現(xiàn)學(xué)習(xí)和記憶受損。
- 在行為應(yīng)激反應(yīng)方面，與未隔離的對照組SD大鼠和兩組Wistar大鼠相比，隔離的SD大鼠執(zhí)行導(dǎo)航任務(wù)的效率較低。社交隔離的Wistar大鼠未表現(xiàn)出顯著變化。
- 在抑郁與焦慮方面，隔離后，SD大鼠在游泳任務(wù)中表現(xiàn)出更多的靜止不動(dòng)，這與抑郁癥的表現(xiàn)一致。而Wistar大鼠與SD大鼠相比表現(xiàn)出更高的靜止不動(dòng)性，這是先天性焦慮的表現(xiàn)。
- 在腦中微量元素方面，隔離的SD大鼠皮質(zhì)鈷和銅含量升高，銫含量降低，這突顯了應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)可能存在的生化基礎(chǔ)。在Wistar大鼠中，較低的鋅水平與較高的基線焦慮水平相關(guān)。
這些發(fā)現(xiàn)表明，對社交隔離的適應(yīng)力不僅取決于遺傳和環(huán)境的相互作用，而且實(shí)際上具有可測量的生物學(xué)成分。
總結(jié)
本研究結(jié)果表明，該研究強(qiáng)調(diào)了不同品系對隔離的特異性反應(yīng)，深入探討了微量元素的神經(jīng)行為效應(yīng)，并為理解社會(huì)隔離大鼠的行為后果提供了寶貴的信息。在隔離適應(yīng)性強(qiáng)的Wistar品系和應(yīng)激易感的SD品系中觀察到的微量元素譜差異表明，遺傳和環(huán)境因素可能相互作用，影響我們的生物化學(xué)和對壓力的反應(yīng)。
通過結(jié)合行為分析和神經(jīng)化學(xué)分析，研究人員不僅可以客觀地測量壓力反應(yīng)，還可以揭示改善心理健康的新策略。從識(shí)別相應(yīng)微量元素生物標(biāo)志物，到開發(fā)有針對性的飲食和治療干預(yù)措施，這些結(jié)果為未來的研究提供了更多可能。
參考文獻(xiàn)
Yavuz, M. et al. (2024).Relationships between trace elements and cognitive and depressive behaviors in sprague dawley and wistar albino rats. Front. Pharmacol. 15, 1367469 .
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