线虫行为实验专题（10）丨常见的线虫PD模型和评估

脑声小店基于深度科研洞察，专注为动物实验提供"简器械·精实验"解决方案。我们突破高精设备局限，开发手工定制化仪器及配件，通过科研巧思将基础工具转化为创新实验方案。产品涵盖行为学装置、操作辅助工具等，使实验室在保持操作简效的同时，实现精细化数据采集，助力科研人员以创造性思维发掘简易仪器的潜在科研价值。

6-羟多巴胺(6-OHDA)诱导的线虫PD模型

6-OHDA诱致线虫对食物的感知行为变慢,体内氧化应激水平增强,超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽、谷胱甘肽还原酶水平降低，丙二醛升高,诱导线虫线粒体DNA损伤,导致线虫多巴胺能神经元退化,致其寿命变短。6-OHDA会逐渐损伤线虫的头侧神经元和前颈咽神经元的细胞体,使多巴胺神经退行性变,导致食物感知和乙醇回避行为缺陷,缩短寿命。将1-甲基-4-苯基-四氢吡啶(MPTP)用于线虫模型并模拟出与人相似的PD症状，340~1000μmol/L的 MPTP就可导致线虫移动缺陷，如缓慢、不均匀的运动伴有抽搐和卷曲。线虫摄取MPTP的机制与脊椎动物相似，均是通过单胺转运体主动转运到多巴胺能神经元中，破坏线粒体呼吸链。

鱼藤酮诱导的线虫模型

鱼藤酮是一种天然的化合物,是一种常见的杀虫剂,来源于百合、金银花和杜鹃植物的根和茎，可抑制线粒体复合体Ⅰ的电子传递链,易透过血脑屏障,不需要任何转运体进入多巴胺能神经元,还能诱导体内α-Syn聚集。鱼藤酮会导致线虫的线粒体未折叠蛋白反应激活,诱导线虫线粒体损伤,破坏线粒体稳态,进而导致多巴胺能神经元退化及线虫死亡。鱼藤酮是常用的PD线虫模型诱导物，会导致线虫的头部摆动频率、身体弯曲频率和觅食行为发生异常，常见于PD研究中。

锰诱导的线虫模型

锰的过量沉积会降低星形胶质细胞中谷氨酸转运体蛋白的表达和谷氨酸摄取,导致细胞外谷氨酸水平增加,增强谷氨酸受体的敏感性，从而导致线粒体功能障碍、氧化应激和最终的多巴胺能神经元丢失,出现神经系统功能障碍和锥体外系运动障碍。在线虫的生长培养基中补充适量锰可增加其平均寿命和生育能力,并增强其抗热应激性，但大量锰会诱导线虫体内活性氧形成、谷胱甘肽水平增加、线粒体膜电位改变等，导致多巴胺神经元死亡。

百草枯诱导的线虫模型

百草枯会导致线虫行动迟缓、多巴胺神经元丢失、线粒体结构损伤、腺苷三磷酸消耗并增加自噬。该模型除用于 PD研究外，也常用于抗衰老及抗氧化研究。

PD表现出的运动障碍主要与多巴胺能回路有关，多巴胺能回路损伤直接影响线虫的以下几种行为。

脑声常谈建立了多个《动物模型构建与行为评估》交流群，群内分享各种经典和前沿的行为范式，共同交流解决动物实验中遇到的棘手问题，避坑少走弯路！有需要的老师可以扫码添加微信进入讨论群！

基础减慢或食物感知行为

通常情况下线虫在有细菌食物的情况下爬行比没有食物时更慢,但当多巴胺信号中断时阻止了线虫在有食物时减慢的能力，从而使爬行速度加快。为测量线虫的基础减慢行为，先在缓冲液中清洗然后转移到有或没有细菌的琼脂平板上,记录20~60s线虫身体弯曲的频率。基础减慢率=(无食物的运动速率-有食物的运动速率)/有食物的运动速率或=(有细菌存在时线虫的运动速率/没有细菌存在时线虫的运动速率)×100。

趋化性测试

线虫可感知环境中引起吸引或排斥趋化性的化学线索。在实验室条件下线虫会远离接触乙醇，然而当持续暴露于乙醇中时线虫会对乙醇产生耐受性和偏好，这种反应是由多巴胺系统控制的。乙醇趋化性试验是将琼脂平板分为2个象限，在其中一个象限中加入乙醇，将线虫转移到测试板上，使其自由探索30min。为评估目标化学物的效果对目标象限和对照象限中的线虫进行量化，计算偏好指数=(乙醇象限的线虫数量-对照象限的线虫数量)/测试线虫总数。当体内多巴胺含量减少时线虫需更长的时间对化学刺激做出反应,这个测试可间接测量线虫体内的多巴胺含量。

区域限制搜索行为

其行为是一种觅食行为，线虫在一定区域内寻找食物时会频繁地转换角度，当无法找到食物时其会扩大搜索区域。线虫的觅食轨迹由宽阔的弧线组成，这种方式提高了觅食效率，这也是一种涉及多巴胺信号传导的目标定向行为，去除或破坏多巴胺能神经元可导致该行为异常或消失。将喂养良好的线虫转移到没有食物的琼脂平板上并在转移后5、30min后录像60s，分析每条线虫的轨迹,计算每个 时间点轨迹角度大于90°的转弯次数。

游泳性瘫痪测试

将健康线虫置于在液体中,最初虫体会剧烈拍打,但在拍打约6 min后会表现出“瘫痪”，即一种游泳性瘫痪的现象。多巴胺能功能受损的线虫，如酪氨酸羟化酶突变体线虫是不会显示出这种行为的，表明内源性多巴胺是调控拍打行为所必需的神经信号。该试验在 L4幼虫期阶段的线虫中很容易观察到,但随着年龄的增长这种现象会变得不那么明显。

其他

对线虫的头部摆动频率、身体弯曲频率、排便频率、繁殖力及在固体板上的爬行速度进行分析，以评价其他多巴胺依赖行为能力。

参考文献：

• Galangin Exhibits Neuroprotective Effects in 6-OHDA-Induced Models of Parkinson’s Disease via the Nrf2/Keap1 Pathway[J]. Chen QiuXu;Zhou Ling;Long Tao;Qin DaLian;Wang YiLing;Ye Yun;Zhou XiaoGang;Wu JianMing;Wu AnGuo.Pharmaceuticals,2022

• C. elegans as an Animal Model to Study the Intersection of DNA Repair, Aging and Neurodegeneration[J]. Naranjo Galindo Francisco José;Ai Ruixue;Fang Evandro Fei;Nilsen Hilde Loge;SenGupta Tanima.Frontiers in Aging,2022

• Neurorescue Effects of Frondoside A and Ginsenoside Rg3 in C. elegans Model of Parkinson’s Disease[J]. Chalorak Pawanrat;Sanguanphun Tanatcha;Limboonreung Tanapol;Meemon Krai.Molecules,2021

• Modeling neurodegeneration in Caenorhabditis elegans.[J]. Caldwell Kim A;Willicott Corey W;Caldwell Guy A.Disease models & mechanisms,2020