우울증 생쥐 모델은 어떻게 구축하나요?

"우울증은 단순한 나쁜 기분이 아니다"            

최근 몇 년 동안 우울증의 질병 예방 및 치료에 대한 이슈가 자주 논의되고 있는데, 그 중 특별한 유형의 우울증, 즉 미소 우울이 언급되어 있으며, 이러한 환자는 일상 생활에서 예절적인 미소를 지어도 내심으로는 진정한 기쁨과 기쁨을 느낄 수 없습니다. 비록 미소는 그들의 가면일 뿐이지만.                 

우울증 인식

우울증(Depression)은 우울장애라고도 하며, 현저하고 지속적인 심경 저하를 주요 임상 특징으로 합니다. 심경장애의 주요 유형입니다. 우울증의 임상 증상으로는 우울증, 관심 상실 및 행복, 체중 변화, 사회적 회피, 수면 장애 등이 있습니다. 일부 우울증 환자는 심각한 불안 증상과 자살 개념 및 행동을 동반합니다[2].

최근 몇 년 동안 우울증의 발병률은 해마다 증가하고 있지만 우리는 여전히 그 원인과 발병 기전에 대해 거의 알지 못합니다.적절한 동물 모델을 구축하면 우울증의 발병기전을 심층적으로 탐색한 다음 효과적인 치료법을 찾는 데 도움이 됩니다.

동물 모델의 구축

우울증이 유전과 환경과 같은 여러 복잡한 요인의 상호 작용에 의해 유발된다는 증거가 증가하고 있습니다[3]. 현재 과학자들은 인간 우울증의 전형적인 증상을 재현하고 질병의 발병기전을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있는 해당 동물 모델을 개발했습니다. 설치류에 일반적으로 사용되는 우울증 모델링 방법에는 스트레스 모델링, 수술 모델링, 약물 모델링 및 유전자 모델링이 있습니다[4].

그림 2. 우울증의 모델링 방법[6]

Part 1 스트레스 모델링

연구에 따르면 급성 또는 만성 스트레스는 우울증 등 정신질환 [5] 을 유발할 수 있다. 구체적인 모델링 방법에는 설치류에 통제할 수 없고 예측할 수 없는 압력원을 가하는 것이 포함되며 급성 및 만성 스트레스 우울증 모델로 나눌 수 있다.

학습된 무력감(Learned Helplessness, LH)모형

모델링 방법: 실험동물을 피할 수 없는 발 감전 환경에 노출시키고, 시간이 지나면서 동물은 결국 감전을 피하는 법을 배우지 못하고, 이를 학습성 무력이라고 부른다.

특징: 체중 감량, 운동 활동 변화, 수면 장애, 동기 행동 감소, 쾌감 부족 등 우울증과 같은 행동을 관찰할 수 있다. 그러나 학습성 무력증세가 우울증 환자에게 특유한 것인지는 아직 확인되지 않았기 때문에 이 모델은 현재 항우울제의 예비 선별에 자주 사용되고 있다.

Chronic Social Defeat모형

모델링 방법: 실험동물을 공격적인 상주 생쥐(ICR 생쥐 등) 케이지에 여러 번 노출시켜 장기간 일정한 신체적, 심리적 스트레스를 받으며, 감수성 모델동물은 여러 번의 공격에 의해 억압되어 부정적인 투쟁과 정서적 저하를 나타내며, 사회적 회피 및 쾌감 결핍과 같은 우울과 같은 행동에 해당합니다.

특징: 실험 시설 및 인적 자원의 소비를 유발하기 위해 많은 수의 동물을 사용해야 하며 암컷의 낮은 공격성으로 인해 사회적 좌절을 달성하기 어렵기 때문에 이 모델은 수컷 설치류에만 적합합니다.

Chronic Restraint Stress모형

모델링 방법: 동물을 구속된 튜브에 넣고 움직일 수 없으며(환기가 정상적으로 호흡할 수 있도록 함), 14-21일 동안 하루 2-8시간 동안 지속됩니다.

특징: 성공적인 모델링 후 동물은 사회적 상호 작용 감소, 쾌감 결핍 및 공간 학습 및 기억 상실과 같은 우울한 표현형을 나타낼 수 있습니다. 이 모델의 준비 방법은 간단하고 인간 우울증과 유사도가 높지만 동물은 반복되는 결합 스트레스에 적응하기 쉬워 우울증 증상을 유지하기 어렵다는 단점이 있습니다.

Chronic Unpredictable Mild Stress모형

단일 반복 자극은 동물에게 적응 반응을 일으키기 쉽기 때문에 만성 예측 불가능 온화한 자극 모델을 사용하면 이러한 상황을 피할 수 있어 동물이 장기적으로 효과적인 우울감 같은 감정을 갖게 할 수 있습니다.

모델링 방법: 일주기 리듬 변화, 케이지 기울기, 사회적 스트레스, 냉열 자극, 구속, 꼬리 매달기 및 기타 유사한 스트레스 요인을 포함하여 예측할 수 없는 온화한 자극이 있습니다.

특징: 동물이 지속적인 우울 상태를 나타내도록 유도할 수 있으며 사회 환경에서 장기간 다양한 낮은 수준의 자극으로 인한 인간의 반응을 더 잘 시뮬레이션할 수 있으며 인간 우울증과 일치도가 높습니다.

따라서 이 모델은 현재 가장 고전적인 우울증 동물 모델로 간주되지만 모델링에 시간이 오래 걸리고 작업량이 많다는 단점이 있습니다.

Part 2 후구(olfactory bulb)절제술

후구 절제술(Olfactory bulbectomy, OBX)은 설치류의 양쪽 후구의 수술 절제에 의존하는 가장 일반적으로 사용되는 수술 모델링 방법입니다.모델링 2주 후 동물은 우울증 환자의 증상과 유사한 쾌감 결핍, 행동 변화, 수면 주기 중단 및 체중 감소 등을 경험할 수 있습니다.

모델의 안정성은 좋지만 이 모델링 방법은 후구(olfactory bulb) 피질의 손상으로 인해 발생하며 일정 수의 우울증 환자만 모방할 수 있으며 모델링 중 동물 사망률이 높다는 단점이 있습니다.

Part 3 약물 모델링

코르티코스테론(Corticosterone) 투여

만성 코르티코스테론은 피하 주사 또는 식수를 통해 직접 급여할 수 있으며, 몇 주에서 몇 달 동안 지속되면 설치류는 절망적인 행동과 쾌감 상실, 학습 기억 상실 및 불안 유사 행동을 겪을 수 있습니다.

이 모델은 간단하고 구현하기 쉽고 주기가 짧은 장점이 있지만 특정 부작용이 있습니다.

3. 레저핀(reserpine)투여

레저핀(reserpine)은 소포 재흡수 억제제로 정맥주사를 통해 동물에게 우울증과 같은 표현형을 유발할 수 있습니다.

모델은 모델링 시간이 짧고(정맥 주사 1시간 후 우울증 유사 거동이 나타날 수 있음) 조작이 간단합니다. 그러나 레저핀(reserpine)투여는 파킨슨병에서 운동 장애, 저체온증과 유사한 증상을 유발할 수 있으며 사망률이 높습니다.

Part 4 유전자 모델링

우울증 모노아민(monamine) 가설, BDNF의 역할 및 HPA 축 조절에 관여하는 유전자에 기초하여, 현재 '세로토닌 에너지 시스템', '노르에피네프린 에너지 시스템' 및 'HPA 축 조절 시스템' 관련 유전자를 표적으로 하는 해당 유전자 변형 동물 모델이 확립되었습니다.

세로토닌 (5-hydroxytryptophan, 5-HT) 시스템을 기반으로 한 유전자 모델

5-HT 약물은 일반적으로 우울증 치료에 사용되므로 대부분의 우울증의 유전적 모델은 5-HT 조작 시스템을 기반으로 합니다.

Tph1/Tph2: 트립토판 하이드록실라제(tryptophan hydroxylase, TPH)는 5-HT 합성 단계에서 속도 제한 효소이며 두 가지 아형(subtype) TPH1 및 TPH2가 세로토닌 에너지 시스템을 촉매하는 데 관여합니다. Tph2-/-마우스의 경우, 매달린 꼬리 실험에서 고정 시간이 증가하여 이 동물 모델에 절망 행동의 우울증 표형이 나타나고 불안감이 높다는 것을 알 수 있다. 또한, Tph1/Tph2 이중 녹아웃 마우스 모델도 상응하는 우울 유사 행동을 나타냈다.

Vmat1/Vmat2: 소포 모노아민 수송체(Vmat)는 Vmat1과 Vmat2의 두 가지 단백질로 구성되며, Vmat1은 크로모그라닌(Chromaffin protein)이 풍부하고 Vmat2는 주로 모노아민성 뉴런(Monoaminergic neurons)에서발현됩니다. 동형 접합된 Vmat2-/- 마우스는 치사된 반면, Vmat2+/- 마우스는 절망적 행동 및 쾌감 결핍 반응과 같은 명백한 우울증 유사 표현형을 나타내었지만 불안 유사 행동은 관찰되지 않았습니다.

3.BDNF 기반으로 유전자 모델

BDNF는 우울증에 대해 가장 많이 연구된 유전자입니다.그러나 BDNF가 없는 동형 접합체 유전자 모델 마우스는 생존할 수 없었고, 하이브리드 BDNF KO 마우스의 표현형은 정상 동물과 다르지 않았습니다.

HPA 축 기반 유전자 모델

HPA 축을 기반으로 관련 유전자를 바꾸는 유전적 조작도 우울증에 상응하는 분자 기반을 탐구할 수 있는 좋은 기회를 제공한다. 그 중 마우스에서 부신피질자극호르몬방출인자(Corticotropin-releasing factor, CRF)의 과발현은 불안 유사 행동을 증가시켰지만 우울 유사 행동을 유발하지는 않았습니다. 그러나 동형접합 CRF 녹아웃 마우스는 대조군 한배 생쥐와 비교하여 비정상적인 행동을 나타내지 않았습니다.

요약하면, 우울증은 여러 유전자와 환경적 요인이 복합적으로 작용하는 다인자 질환이므로 단일 유전자 결실 또는 과발현이 모든 우울의 핵심 증상과 겹칠 수 없으며 이러한 유전자 모델은 비용이 많이 들고 임상 적용이 제한됩니다.

Cyagen 마우스 추천

우울증류 정신질환에 대해 Cyagen은 행동학적 방법을 통해 급성 스트레스 모델 수립과 기타 일련의 만성 우울 모델을 실현할 수 있다. 동시에 Bdnf, Comt, Gnb3, Htr1a, Htr1b, Htr2a, Htr2c, Maoa, Slc6a2, Slc6a3, Slc6a4, Tph1 등 우울증 질환과 관련된 여러 유전자에 해당합니다[7]. 또한 Cyagen은 Sucrose preference test, 꼬리 매달기, 수영 강요 등과 같은 완전한 행동 방법을 통해 쥐의 다양한 우울증 표현형을 감지할 수 있습니다. 연구자 여러분들과 함께 질병 연구와 약물 개발에 대해 논의하기를 기대합니다.