睡眠障碍和REM睡眠行为障碍的障碍特征的单边6-OHDA损伤Hemiparkinsonian老鼠

文摘

睡眠模式的破坏,特别是REM睡眠行为障碍(RBD),是一个主要nonmotor导致PD的残疾。理解这些睡眠模式障碍的病理生理学找到有效的治疗方法是至关重要的。24小时多导睡眠图(PSG),睡眠研究的黄金标准,从未被用来测试标准6-OHDA睡眠障碍进行hemiparkinsonian (HP)大鼠PD模型。在这项研究中,我们从正常记录24小时PSG和惠普老鼠。录音被拿下后,快速眼动(REM)和非快速眼动(非快速眼动)。然后检查脑电图识别快速眼动期和肌电图检查肌肉活动在REM。正常的老鼠显示更高的觉醒在黑暗的阶段(70 - 80%)和较低的觉醒(20%)在光阶段。惠普的老鼠显示30 - 50%的睡眠在这两个阶段,较少的调制和同步光时间表长远,更清醒的长度。惠普的老鼠也比控制老鼠快速眼动与肌肉活动时代。我们发现惠普老鼠的睡眠结构类似于PD患者证明该模型的价值研究PD睡眠障碍的病理生理基础和临床治疗PD相关睡眠障碍包括RBD。

1。介绍

Nonmotor帕金森病(PD)的特性变得越来越认可。中断睡眠模式是日间疲劳的主要原因,白天嗜睡,睡眠相关的伤害,和相关的残疾在PD (1]。睡眠障碍是PD患者的80%,这些症状可能出现10年前PD的诊断。同样,日间极度嗜睡和快速眼动行为障碍(RBD)的风险因素PD有强烈的锥体外系统和睡眠之间的连接通路(1]。RBD的特点是过度的运动活动和缺乏弛缓在REM睡眠(2]。有新兴的证据表明,使用运动症状RBD作为公认的生物标志物可以允许在PD疾病早期症状管理和可能的修改。此外,RBD影响PD的生活质量,导致严重的伤害而表现出生动的梦境,减少白天的清醒,并导致过度疲劳。睡眠治疗目标信号通路已被证明延迟疾病在PD动物模型,表明人类有益的潜力这类干预措施的风险PD (3]。

大量的临床前数据存在于老鼠惠普的PD模型中没有任何其他物种。最大的障碍的数据量和睡眠障碍的病理生理学数据也从老鼠。由于这些原因,我们研究了睡眠障碍6-hydroxydopamine (6-OHDA)单边内侧前脑束(地铁消防队)损伤大鼠,最常用的特征和高度为PD大鼠模型。这个模型展览帕金森行为稳定,药物诱导运动困难,皮层和基底神经节electropathophysiology,多巴胺不足,和对治疗的反应。尽管有缺点,这是一个相对急性和PD的静态模型,其广阔的应用、再现性,简单的可用性使它理想的模型来研究PD病理生理学和实验治疗。令人惊讶的是,24小时多导睡眠图从未使用常用的临床前模型的PD评估睡眠障碍。我们的第一个目的是填补这一空白测试假设点老鼠的睡眠和清醒会显示架构,模仿治疗PD患者的结果。我们的第二个目标是调查和描述的使用单边6-OHDA损伤大鼠作为PD动物模型来研究RBD通过测试RBD-like睡眠变化是否可以确定在惠普6-OHDA诱导大鼠。

2。方法

2.1。老鼠和惠普与6-OHDA感应

24女Sprague-Dawley老鼠(220 - 250 g)被用于这些实验。十五24小时中使用了主成分分析(PCA)我们之前的描述(4)和十被用于RBD的分析。实验按照美国国立卫生研究院的指导方针进行指导的护理和使用实验室动物和批准PSUHMC IACUC。手术和程序都做在全身麻醉和所有努力以减少痛苦,减少实验用动物的数量,利用替代在活的有机体内技术,如果可用。

10 HP组大鼠进行立体定向注射6-OHDA进入左黑通路使用先前描述的协议(4,5]。所有的动物都与去郁敏6-OHDA注射前进行预处理,以避免损害去甲肾上腺素(NE)通路和限制为黑质致密部病变效果(SNc)一侧。惠普老鼠挑战两次,2周,与盐酸阿朴吗啡(0.2毫克/公斤,SC)来衡量apomorphine-induced旋转(APIRs)。只老鼠的意思> 245旋转/ 35分钟2单独的会话被用于这项研究。

2.2。障碍(EEG / EMG)和视频记录

所有老鼠都植入头骨不锈钢螺丝在额叶和顶叶皮层脑电图记录和一对线电极颈部肌肉的肌电图记录在全身麻醉下我们之前的描述(4,5]。老鼠一直在12:12小时光暗周期与免费的食物和水。经过2周的恢复和最低记录电缆为期两天的适应,24小时polysomnograms和视频从每个老鼠都被记录下来。每个信号放大和数字化在128赫兹和离线过滤Matlab (Mathworks)和信号划分为十秒的时代。

2.3。24小时PCA分析

每个记录是由一个训练有素的得分离线人工评定等级的使用主成分分析(PCA)睡眠评分法是我们前面描述的(4]。PCA得分,七个特征计算从每个时代:绝对的EEG功率在1 - 4赫兹(δ),5 - 9赫兹(θ),10 - 20赫兹(低β),和30 - 40 Hz(高β)乐队和绝对EMG力量1 - 10 Hz乐队,theta-to-delta比率,beta-to-delta比率。这七个功能收集到一个特征矩阵为每一个24小时的记录。三大主成分计算,然后用来减少特征矩阵的维数到三,和预测在三维散点图绘制。视觉集群是时代的手工分类和分类是画。二级散点图与肌电图的坐标轴,脑电图高β,脑电图三角洲是由估价者可用来帮助改进得分基于绝对EMG得分如前所述[4]。

每个记录的长度是24小时睡觉。睡眠总时间花在每个阶段的计算,在睡眠时间的百分比计算,每小时(授时因子时间,对齐“灯”),和每个阶段的运行长度计算检查破碎的睡眠水平。睡眠时间的百分比与双向方差分析使用的因素组(正常与惠普)和相位(黑暗与光明)或每小时值结合结合老鼠作为主要还效果测试和检查一个交互。个人的事后测试如果每小时进行方差分析是重要的,使用图基的诚实的显著差异(HSD)校正。最后的睡眠研究中,动物安乐死,大脑cryosectioned和酪氨酸羟化酶染色验证单边nigral多巴胺能细胞> 95%的损失。

2.4。脑电图、肌电图/视频分析

对于这一分析,我们使用正常,5 HP老鼠。24小时的PCA分析相比,只有脑电图记录被用来确定两组大鼠的睡眠阶段(图1)。脑电图记录得分都是由两个评级机构和REM睡眠时间与锁定视频行为确认相关的快速眼动运动表现出的动物。肌电图信号直接使用Spike2(图进行了分析2)。两个评级,蒙蔽对方的成绩,被用来评估快速眼动睡眠肌电图记录。肌肉活动的存在在REM睡眠EMG记录被定义为增加EMG高于基线弛缓的时间长度。相位的肌肉活动没有分化从主音/ nonphasic肌肉活动。评估对于更复杂的行为在REM睡眠期间,我们对视频记录每只动物的任何可观察到的运动在REM期。这些运动是distinctive唤起或清醒和正常阶段快速眼动的动作。

我们集中分析时间的平均比例在不同睡眠阶段的两组。时间花在每一睡眠阶段的比例和REM时代的百分比与群体之间的肌肉活动比较使用线性mixed-effects模型以考虑重复测量。快速眼动的百分比与运动时代视频使用配对组之间的比较以及。水平的概率统计学意义被设定为0.05。

3所示。结果

从24小时PSG录音,正常老鼠显示70% - -80%的标准模式清醒时间在黑暗阶段,80%的时间在光阶段(图睡着了3)。相比之下,惠普的老鼠显示30% - -50%的时间睡在黑暗与光明的阶段。双向方差分析显示一个统计上的显著差异的百分比睡眠时期,黑暗与光明之间的两个阶段()和正常和惠普组之间()。事后每小时测试证实有显著差异,尤其是在下半年的光阶段。统计上显著的互动阶段,集团也见过),确认正常的老鼠和惠普回应不同光暗周期。

惠普的老鼠也花更多的总时间后状态和更少的时间在非快速眼动睡眠状态,与正常大鼠相比(图3 (d),)。此外,运行长度分析显示几个不同的睡眠结构(图4)。特别是,在清醒状态下,惠普的老鼠少single-length(即运行。十秒时代)和更多的运行长度2,3,4,8(即。,20.-, 30-, 40-, and 80-second epochs, resp.) (there were no length-14 runs in the HP group).

五正常大鼠和惠普6-OHDA诱导大鼠被用来评估肌肉活动在REM睡眠期间的存在。1到4小时的录音可供每个老鼠,共计五个小时的数据为惠普组对照组15小时。确认发现快速眼动期与录像显示清醒没有任何活动。因此,使用脑电图无肌电图,我们可以确定每个动物的睡眠阶段。我们首先检查时间的分布和生物钟的三个阶段总时间的比例(表记录1)。我们可以捕捉更多的快速眼动睡眠与惠普集团由于不再记录;因此有一个微不足道的HP组和对照组之间的不均衡。

我们检查了肌肉活动的分布在快速眼动睡眠总时间的百分比。肌肉活动在REM睡眠决心是缺席(弛缓)一如预期正常快速眼动睡眠或异常指示RBD-like行为在每个十秒的时代。肌肉活动表明RBD-like异常行为出现在所有五个惠普的老鼠。有显著差异的快速眼动睡眠期间出现的肌肉活动HP组相对于对照组(图5;)。进一步,考试录像在REM睡眠期间,我们观察到的运动行为,包括节奏大头部或身体协调复杂的运动持续了长时间。这些行为并没有导致后续唤起或觉醒。这些运动是更强大和更大的比小肌肉抽搐报道与正常阶段的快速眼动睡眠。有显著增加的百分比等可观测的REM时代汽车活动HP组相对于对照组(图6;)。惠普中间有变化的数据。这可能是由于小样本大小记录时间较短。

组织学检查使用甲苯基紫(尼氏小污点)和酪氨酸羟化酶(TH)免疫组织化学我们之前的描述表明,有严格的单边SNc TH-positive神经元的损失≥95%5),没有证据的组织学病变sublateral背核(SLD)或任何地区,已经在先前的描述模型描述RBD (1]。

4所示。讨论

本文中的第一个24小时障碍评估6-OHDA损伤惠普老鼠,标准化,常用的PD动物模型。睡眠结构的改变惠普鼠相似PD患者睡眠结构描述展示的单边惠普鼠模型的适用性在PD病理生理睡眠障碍的研究。我们的研究是小说,它确定睡眠行为异常相似RBD (RBD-like)单边6-OHDA诱导惠普老鼠就是明证增加肌肉活动和可见的动作在REM睡眠时期。这些差异在惠普老鼠相比明显不同控制老鼠。

RBD的起源在PD目前未知。在大鼠模型中,sublateral背核(SLD),相当于轨迹subcoeruleus对于人类来说,是主要负责快速眼动睡眠结构。病变SLD的研究导致了快速眼动睡眠没有弛缓[6),导致Boeve和他的同事们假设第二道防线的最后共同通路诱导肌肉弛缓在REM睡眠(7]。同样,PD患者RBD显示解剖结构病变在蓝斑(8,9]。因此,参与蓝斑的PD或许可以解释在PD RBD的起源。然而,RBD是最常看到更早在PD的疾病是临床前阶段或阶段我(单边帕金森症)。在这个阶段的疾病,很少有损坏或病理学的证据在PD蓝斑。此外,黑变性的作用,帕金森病的主要病理,RBD与PD相关还不清楚。

动物模型提出了PD的PD(睡眠障碍的研究10,11]。易和他的同事们注入老鼠和鱼藤酮皮下注射一个月显示与脑电图和肌电图记录,这些老鼠表现出正常日间睡眠期间失眠和过度嗜睡正常夜间清醒期间(12]。然而,在这些实验中,动物开发极其轻微的运动功能障碍运动活动减少(< 5%),这种效果是双边和对称的。这不是反映在PD出现疾病,临床始于unilaterality标志、诊断疾病的标志(I期疾病的定义)。麦克道尔和他的同事们提出了一个模型利用苏铁属植物种子的花来生成一个睡眠障碍大鼠模拟PD相关睡眠障碍(13]。然而,这些动物从不发达运动PD的结果。Barraud和他的同事报道昼夜中断2 mptp缺陷型严重帕金森猴子和睡眠障碍,睡眠中断在PD患者[相似14]。然而,目前还不清楚如果这些变化在快速眼动睡眠PD RBD认为相关疾病的严重程度国家在这些动物很容易造成过度疲劳和睡眠障碍。因此,这种动物模型并没有模仿RBD在早期临床PD。

6-OHDA用在动物模型允许针对特定的病变模仿帕金森运动症状。Gravotta和他的同事们,而针对广泛的多巴胺(DA)纤维与第三脑室注射6-OHDA,表明DA在生理活动的调节中起着重要作用[15]。此外,该研究使用视频运动分析和评估睡眠/清醒wheel-running活动在惠普老鼠之前进行测试。然而,它没有使用PSG评估睡眠架构或确定入眠时间和睡眠时期运行长度清醒我们的报告。本和Bruguerolle发现老鼠的昼夜节律中断后双边纹状体6-OHDA注入,持续4周使用心率测量(16]。蒙蒂和他的同事们在报告中增加睡眠的6-OHDA ventricle-injection鼠模型。然而,他们只分析了6块,而不是完整的24小时的时间,我们分析(17]。干扰睡眠的建筑特点是增加觉醒和夜间肢体运动后双边纹状体6-OHDA病变已报告(18]。这些动物模型(注射系统性MPTP药物注射、心室6-OHDA和双边6-OHDA)引起严重的异构的震颤麻痹的表达,与衰弱残疾和重大的发病率有关。这严重的发病率可能导致了睡眠不足在这些动物模型(19]。

我们的研究表明睡眠结构的改变,可见运动暗示RBD的单边6-OHDA黑通路的损伤。组织学显示独家赤字黑的多巴胺神经元通路,没有在其他神经递质通路异常。这表明,单边黑多巴胺耗竭睡眠异常和RBD-like足以产生PD相关行为。此外,我们的研究还表明,两国一方面黑途径不需要引起睡眠异常。综上所述,我们的研究加强睡眠障碍的病理生理学PD的观念是通过黑中介通路和多巴胺替代,特别是在睡眠,可能是一种有意义的方式来解决PD相关的睡眠障碍。

进一步,单边惠普6-OHDA损伤鼠模型已经非常低的发病率和广泛的特点为其轻松地重现帕金森赤字(20.]。这个模型可以生成大量容易使它们非常适合转化的研究。喂养这些动物已经完全自理能力,独立和饮料并展示正常的探索行为。因此,该模型有助于PD相关睡眠障碍的检测没有严重的运动障碍的存在,这是一个“睡眠研究PD模型与更严重的帕金森发病。

我们的结果也可能相关的电生理记录麻醉惠普老鼠。最近的研究在惠普老鼠已经表明,电生理异常破裂模式,神经元活动熵,振荡在底丘脑核和黑质试在慢波睡眠状态下对常态与多巴胺治疗改善。这样受益于多巴胺能治疗并没有注意到在全球激活状态(5]。睡眠结构在非快速眼动睡眠障碍证明减少惠普老鼠可能代表彻头彻尾的多巴胺不足的影响。如果皮层慢波活动在氨基甲酸乙酯麻醉相当于NREM正常阶段尽可能多的坚持是正确的,那么我们非快速眼动异常报告摘要可能对多巴胺能治疗。未来的研究,评估的影响在惠普6-OHDA损伤大鼠多巴胺能和nondopaminergic疗法使用PSG和深度电极记录可以提供重要的线索在PD病理生理学的睡眠障碍,患者残疾的主要原因。

我们的研究有几个缺点,在未来的工作需要处理。首先,眼球运动并没有记录在这些老鼠使用小城镇,和心脏和呼吸监测也不可用。这些参数将增加快速眼动睡眠识别的准确性,有助于区分主音和相位的快速眼动睡眠的动物。与非人类灵长类动物展览在清醒后主导节奏和其他睡眠特征类似于人类,老鼠没有这样脑电图的发现。EMG只获得了从近端躯干和颈部的肌肉在我们的研究中。技术的限制我们的研究为未来的研究更详细地研究这种关系,使用先进的小型化和植入式遥测设备,所以其他生理参数可能同时被记录进行分析。

其次,在目前的研究中,我们专注于记录数据的一小部分。研究包括一个更大的样本量和多个24小时全面睡眠时期录音可能有助于减少可变性与其他这个模型报道(11,21),在我们的研究中对肌肉的活动(数据和视频的快速眼动行为5和6)。

第三,尽管我们发现显著差异在惠普老鼠睡眠结构和RBD-like行为,我们没有测试这些异常的响应性多巴胺能治疗。进一步的工作应该检查睡眠异常的反应和RBD-like行为在这个模型目前治疗PD和RBD。

总之,我们的研究表明,常用的惠普6-OHDA损伤鼠模型展览睡眠异常在人类常见PD,包括RBD-like行为。这一发现的影响是深远的,新的研究在此模型可以利用广泛的既存PD相关和睡眠有关的数据发表在《老鼠和可能提供一个工具来研究病理生理学和临床前实验治疗PD的睡眠异常和RBD,未满足的需求领域(3]。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢马修伯克,阿南德•拉奥和艾琳处理的技术援助。这项工作是支持部分由美国国立卫生研究院的研究资助国家补充和替代医学中心(它)R21AT001607和国家神经疾病和中风研究所(研究所)R01NS42402,卫生资源和服务管理局DIBTH0632,宾夕法尼亚州烟草结算资金生物医学研究格兰特Thyagarajan萨勃拉曼尼亚和美国帕金森病协会琼签证官。宾夕法尼亚州卫生部明确放弃责任分析、解释或结论。额外的资金是由宾夕法尼亚州立大学提供大脑修复研究基金。

引用

1. j . Saponjic“选择性刺激和损伤的老鼠大脑核模型研究人类睡眠的病理机制,“格拉斯Srpska Akademija Nauka我Umetnosti Odeljenje Medicinskih Nauka,没有。51岁,85 - 97年,2011页。视图:谷歌学术搜索
2. r·b·Postuma肯尼迪。盖格农,j . y . Montplaisir“REM睡眠行为障碍:从梦想到神经退化,“疾病的神经生物学,46卷,不。3、553 - 558年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. s·m·罗斯曼和m·p·马特森“睡眠障碍的老年痴呆症和帕金森疾病,”NeuroMolecular医学,14卷,不。3、194 - 204年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. t·p·吉尔摩j .方z关,和t .萨勃拉曼尼亚”手动老鼠睡在主成分空间分类,”神经学字母,卷469,不。1,第101 - 97页,2010。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. t·p·吉尔摩b . Piallat c a代替et al .,“纹状体多巴胺能的影响移植的黑质神经元活动pars试和丘脑核hemiparkinsonian老鼠,”大脑,卷134,不。11日,第3289 - 3276页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. j . Lu d·谢尔曼,m . Devor和c . b . sap”假定的触发器开关控制的快速眼动睡眠,”自然,卷441,不。7093年,第594 - 589页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. b·f·Boeve m·h·西尔柏c . b . sap et al .,“快速眼动睡眠行为障碍的病理生理学与神经退行性疾病的相关性,”大脑,卷130,不。11日,第2788 - 2770页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 阿努尔夫,a m。阀盖,p .双色格子et al。”幻觉,快速眼动睡眠,帕金森病:医学假说,”神经学,55卷,不。2、281 - 288年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. c c d . Garcia-Lorenzo Longo-Dos桑托斯Ewenczyk et al .,“coeruleus / subcoeruleus复杂快速眼动睡眠行为障碍的帕金森病,”大脑,卷136,不。7,2120 - 2129年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. 大肠Bezard P.-O。Fernagut”,运动前区帕金森症模型,“帕金森症和相关疾病补充1卷。20日,S17-S19, 2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. k·麦克道尔和M.-F。Chesselet”动物模型的非帕金森病的特点,“疾病的神经生物学,46卷,不。3、597 - 606年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. p.l.。咦,学术界。蔡,M.-K。陆,周宏儒。刘,研究。陈,F.-C。常,“Interleukin-1β调节睡眠改变在老鼠rotenone-induced帕金森症”,睡眠,30卷,不。4、413 - 425年,2007页。视图:谷歌学术搜索
13. k·a·麦克道尔·m·m·Hadjimarkou s Viechweg et al .,“睡眠改变一个环境neurotoxin-induced帕金森症模型,”实验神经学,卷226,不。1,第89 - 84页,2010。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. 问:Barraud诉Lambrecq, c·弗尼et al .,“在帕金森病睡眠障碍:注射的贡献MPTP药物非人类灵长类动物模型中,“实验神经学,卷219,不。2、574 - 582年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. l . Gravotta a . m . Gavrila罩,和美国阿米尔,“全球消耗的多巴胺使用intracerebroventricular 6-hydroxydopamine注入扰乱了正常生理wheel-running模式和PERIOD2表达鼠前脑,”分子神经科学杂志》上,45卷,不。2、162 - 171年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. 诉本和b Bruguerolle”,影响双边纹状体6-OHDA病变在老鼠radiotelemetric研究昼夜节律,”生命科学,卷67,不。13日,1549 - 1558年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. j·m·蒙蒂a . Ponzoni h . Jantos拉各斯p . r .对峙和p . Banchero“伏隔核区域的影响m-chlorophenylbiguanide显微镜下注射在完整和6-hydroxydopamine-treated老鼠睡眠和清醒,“欧洲药理学杂志,卷364,不。2 - 3、89 - 98年,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. m·j·德克尔·g·l·基廷,a·a·弗里曼和d . b .黑麦、“帕金森式睡眠结构与双边纹状体大鼠6-OHDA病变,“神经科学学会抽象;26(1 - 2):抽象的566.6号,2000。视图:谷歌学术搜索
19. 林志信。Luppi o·克莱门特,瓦伦西亚加西亚,f . Brischoux p .堡,“新方面快速眼动睡眠行为障碍的病理生理学:谷氨酸的潜在作用,γ-氨基丁酸,甘氨酸,”睡眠医学,14卷,不。8,714 - 718年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. 诉Jackson-Lewis、j . Blesa和s . Przedborski“帕金森病动物模型,帕金森症和相关疾病,18卷,不。1,第185 - 183页,2012。视图:谷歌学术搜索
21. r . Deumens a·布劳克和j . Prickaerts“帕金森症大鼠建模:评估6-OHDA黑通路的病变,“实验神经学,卷175,不。2、303 - 317年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2014琼Vo et al。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。