大鼠品系和性別對(duì)脊髓損傷研究的影響
脊髓損傷(SCI)是一種影響生活質(zhì)量的疾病，會(huì)影響感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)和自主神經(jīng)功能，包括膀胱控制和性功能。在美國(guó)，約有305,000人患有SCI，每年新增病例估計(jì)達(dá)18,000例。盡管醫(yī)學(xué)取得了進(jìn)步，但目前尚無(wú)根治方法，治療主要側(cè)重于緩解癥狀。為了開(kāi)發(fā)有效的治療方法，研究人員依賴于能夠準(zhǔn)確復(fù)制人類SCI狀況的動(dòng)物模型。
SCI研究中一個(gè)重要但經(jīng)常被忽視的因素是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中品系和性別等生物學(xué)差異的影響。密歇根中央大學(xué)的Mojarad及其同事最近開(kāi)展的一項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了這些因素的重要性。他們的研究旨在確定不同品系和性別的大鼠如何從脊髓壓迫性損傷中恢復(fù)，從而為恢復(fù)差異和潛在的治療方案提供寶貴的見(jiàn)解。
研究設(shè)計(jì)
本研究使用了兩種常見(jiàn)品系Sprague-Dawley和 Wistar大鼠，包含雄性和雌性大鼠。研究使用兩個(gè)不同的夾子，一個(gè)夾子施加15 g的力，持續(xù)180秒，另一個(gè)夾子施加50 g的力，持續(xù)60秒，分別用于誘發(fā)中度和重度壓縮性SCI。
共計(jì)24只大鼠接受了測(cè)試，每種品系、性別、損傷嚴(yán)重程度類別各有三只。在術(shù)前（作為基線）、術(shù)后三天以及之后每周進(jìn)行一次活動(dòng)能力評(píng)估，持續(xù)七周。三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)測(cè)試評(píng)估了大鼠的自發(fā)恢復(fù)情況：
- Basso-Beattie-Breshanan (BBB)量表：觀察者根據(jù)21分制量表對(duì)大鼠在容器中自由活動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)分。
- 水平梯級(jí)行走測(cè)試：大鼠穿過(guò)九級(jí)水平梯級(jí)，研究人員在三次試驗(yàn)中記錄大鼠爪子滑落的情況。此測(cè)試常用于評(píng)估成年大鼠脊髓損傷后運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)運(yùn)動(dòng)缺陷，可精確評(píng)估行走熟練度、肢體位置和協(xié)調(diào)性。
- 動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)(CatWalk XT)測(cè)試：運(yùn)用高速視頻系統(tǒng)捕捉透明走道上的步態(tài)模式，分析前肢和后肢的足跡，以評(píng)估大鼠的運(yùn)動(dòng)模式、協(xié)調(diào)性和動(dòng)力學(xué)特性，每次測(cè)試進(jìn)行三次試驗(yàn)。動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)是一種創(chuàng)新的自動(dòng)步態(tài)分析工具，與早期的行為測(cè)試相比，它提供了更詳細(xì)的參數(shù)規(guī)范。本研究使用動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)測(cè)量的參數(shù)如表1所示。
表1
研究結(jié)果
研究表明，恢復(fù)結(jié)果取決于大鼠的品系、性別和損傷嚴(yán)重程度。
中度損傷：Sprague-Dawley 大鼠的恢復(fù)效果優(yōu)于 Wistar 大鼠，且雌性大鼠的恢復(fù)速度快于雄性大鼠。BBB測(cè)試顯示不同品系和性別的自發(fā)恢復(fù)存在明顯差異，而動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)檢測(cè)到在不同性別、品系和時(shí)間上存在顯著差異，如跑步時(shí)長(zhǎng)、速度和后肢印記測(cè)量值等。水平梯級(jí)測(cè)試顯示滑爪率約為50%，但各組間未發(fā)現(xiàn)顯著差異。
重度損傷：恢復(fù)效果普遍較差，但雌性大鼠（尤其是 Sprague-Dawley雌性大鼠）在BBB測(cè)試中的表現(xiàn)優(yōu)于雄性大鼠。梯級(jí)測(cè)試記錄了約80%的滑爪率，但各組間未發(fā)現(xiàn)顯著差異。 動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)檢測(cè)到了不同品系和性別大鼠在術(shù)前步態(tài)規(guī)律和周期方面的差異，但由于重度損傷后恢復(fù)較弱，未發(fā)現(xiàn)術(shù)后存在顯著差異。
這些結(jié)果表明，某些品系大鼠可能對(duì)脊髓損傷具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，且雌性大鼠的恢復(fù)速度往往優(yōu)于雄性大鼠，尤其是在中度損傷后。這凸顯了在脊髓損傷研究中謹(jǐn)慎選擇模型的必要性，因?yàn)槲茨芸紤]這些生物學(xué)變量可能會(huì)導(dǎo)致誤導(dǎo)性結(jié)論。
動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)在脊髓損傷研究中的作用
傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)測(cè)試，例如 BBB 量表和水平梯測(cè)試，依賴觀察者評(píng)分，這會(huì)導(dǎo)致潛在的偏差，并且精度有限。動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)提供了一種自動(dòng)化且更客觀的步態(tài)分析方法，能夠提供爪印形狀、步幅、擺動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性的高分辨率數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在本研究中被證明具有極高的價(jià)值，能夠檢測(cè)出不同品系和性別之間的運(yùn)動(dòng)差異，而這些差異是梯測(cè)試等傳統(tǒng)測(cè)試無(wú)法捕捉到的。通過(guò)將先進(jìn)的步態(tài)分析技術(shù)融入脊髓損傷研究，研究者可以更深入地了解康復(fù)模式，并制定更有針對(duì)性的治療干預(yù)措施。
研究表明，恢復(fù)結(jié)果取決于大鼠的品系、性別和損傷嚴(yán)重程度。
中度損傷：Sprague-Dawley 大鼠的恢復(fù)效果優(yōu)于 Wistar 大鼠，且雌性大鼠的恢復(fù)速度快于雄性大鼠。BBB測(cè)試顯示不同品系和性別的自發(fā)恢復(fù)存在明顯差異，而動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)檢測(cè)到在不同性別、品系和時(shí)間上存在顯著差異，如跑步時(shí)長(zhǎng)、速度和后肢印記測(cè)量值等。水平梯級(jí)測(cè)試顯示滑爪率約為50%，但各組間未發(fā)現(xiàn)顯著差異。
重度損傷：恢復(fù)效果普遍較差，但雌性大鼠（尤其是 Sprague-Dawley雌性大鼠）在BBB測(cè)試中的表現(xiàn)優(yōu)于雄性大鼠。梯級(jí)測(cè)試記錄了約80%的滑爪率，但各組間未發(fā)現(xiàn)顯著差異。 動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)檢測(cè)到了不同品系和性別大鼠在術(shù)前步態(tài)規(guī)律和周期方面的差異，但由于重度損傷后恢復(fù)較弱，未發(fā)現(xiàn)術(shù)后存在顯著差異。
這些結(jié)果表明，某些品系大鼠可能對(duì)脊髓損傷具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，且雌性大鼠的恢復(fù)速度往往優(yōu)于雄性大鼠，尤其是在中度損傷后。這凸顯了在脊髓損傷研究中謹(jǐn)慎選擇模型的必要性，因?yàn)槲茨芸紤]這些生物學(xué)變量可能會(huì)導(dǎo)致誤導(dǎo)性結(jié)論。
動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)在脊髓損傷研究中的作用
傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)測(cè)試，例如 BBB 量表和水平梯測(cè)試，依賴觀察者評(píng)分，這會(huì)導(dǎo)致潛在的偏差，并且精度有限。動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)提供了一種自動(dòng)化且更客觀的步態(tài)分析方法，能夠提供爪印形狀、步幅、擺動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性的高分辨率數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在本研究中被證明具有極高的價(jià)值，能夠檢測(cè)出不同品系和性別之間的運(yùn)動(dòng)差異，而這些差異是梯測(cè)試等傳統(tǒng)測(cè)試無(wú)法捕捉到的。通過(guò)將先進(jìn)的步態(tài)分析技術(shù)融入脊髓損傷研究，研究者可以更深入地了解康復(fù)模式，并制定更有針對(duì)性的治療干預(yù)措施。
總結(jié)
本研究強(qiáng)調(diào)了在設(shè)計(jì)SCI實(shí)驗(yàn)時(shí)需要考慮品系和性別的重要性。Sprague-Dawley大鼠和 Wistar大鼠之間以及雄性和雌性之間恢復(fù)模式的顯著差異表明，遺傳和生物因素在決定恢復(fù)潛力方面起著重要的作用。
通過(guò)使用動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)(CatWalk XT)等行為評(píng)估工具，研究人員可以加深對(duì)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)的理解，并更有效地制定實(shí)驗(yàn)方案。隨著SCI研究的進(jìn)展，認(rèn)識(shí)到品系和性別的影響對(duì)于研究更能反映個(gè)體差異的治療方法非常重要，最終實(shí)現(xiàn)改善脊髓損傷患者的預(yù)后目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
Mojarad, N., Doyle, D., Garmo, L. G., Graff, R., Reed, K., Wolbert, P. A., Uprety, A., Stewart, B., Rossignol, J., & Dunbar, G. L. (2025). Sex and strain-specific variations in motor recovery following compression spinal cord injury: Comparison of Sprague-Dawley and Wistar rats. Brain Sciences, 15(2), 191.
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本研究強(qiáng)調(diào)了在設(shè)計(jì)SCI實(shí)驗(yàn)時(shí)需要考慮品系和性別的重要性。Sprague-Dawley大鼠和 Wistar大鼠之間以及雄性和雌性之間恢復(fù)模式的顯著差異表明，遺傳和生物因素在決定恢復(fù)潛力方面起著重要的作用。
通過(guò)使用動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)(CatWalk XT)等行為評(píng)估工具，研究人員可以加深對(duì)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)的理解，并更有效地制定實(shí)驗(yàn)方案。隨著SCI研究的進(jìn)展，認(rèn)識(shí)到品系和性別的影響對(duì)于研究更能反映個(gè)體差異的治療方法非常重要，最終實(shí)現(xiàn)改善脊髓損傷患者的預(yù)后目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
Mojarad, N., Doyle, D., Garmo, L. G., Graff, R., Reed, K., Wolbert, P. A., Uprety, A., Stewart, B., Rossignol, J., & Dunbar, G. L. (2025). Sex and strain-specific variations in motor recovery following compression spinal cord injury: Comparison of Sprague-Dawley and Wistar rats. Brain Sciences, 15(2), 191.
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