Cá ngựa vằn, Medaka và Killifish màu ngọc lam để tìm hiểu về rối loạn thoái hóa thần kinh/phát triển thần kinh ở người Phần 5

5. Rối loạn phát triển thần kinh ở loài cá nhỏ

Rối loạn phát triển thần kinh ở người được chẩn đoán dựa trên mối quan hệ tương đối giữa hành vi của một người và xã hội, chẳng hạn như đặc điểm phát triển và những khó khăn trong đời sống xã hội, chứ không dựa trên chẩn đoán di truyền hoặc dấu ấn sinh học như quét MRI [123].

Rối loạn phát triển thần kinh đề cập đến những khó khăn hoặc trở ngại nhất định trong sự phát triển của hệ thần kinh trong thời thơ ấu, ảnh hưởng đến sự phát triển thể chất, nhận thức và hành vi của trẻ. Bệnh này thường gặp ở trẻ em và nhiều trẻ em mắc phải. Tuy nhiên, chứng rối loạn phát triển thần kinh không có nghĩa là trẻ sẽ bị ảnh hưởng trong suốt cuộc đời. Với sự can thiệp khoa học và chăm sóc của gia đình, trẻ có thể lớn lên và phát triển khỏe mạnh thành người lớn.

Trí nhớ là một trong những khả năng nhận thức quan trọng của con người. Nó là một phần không thể thiếu trong cuộc sống và công việc học tập hàng ngày của chúng ta. Tác động của rối loạn phát triển thần kinh đến trí nhớ chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau: Thứ nhất, rối loạn phát triển thần kinh có thể ảnh hưởng đến khả năng học tập của trẻ. Do sự phát triển của hệ thần kinh bị ảnh hưởng nên trẻ có thể gặp khó khăn về ngôn ngữ, giao tiếp, khiến trẻ khó tiếp thu được kiến ​​thức, tài liệu học tập mà giáo viên dạy. Đồng thời, trẻ có thể thiếu tập trung trong quá trình học tập và khó tập trung hoàn thành nhiệm vụ, điều này cũng sẽ ảnh hưởng đến trí nhớ của trẻ.

Thứ hai, rối loạn phát triển thần kinh có thể ảnh hưởng đến khả năng hòa nhập xã hội và quản lý cảm xúc của trẻ. Điều này có thể khiến trẻ gặp khó khăn trong việc tương tác với bạn bè và hình thành mối quan hệ sâu sắc với họ. Vấn đề sức khỏe xã hội và cảm xúc này có thể dẫn đến sự bất ổn về tinh thần của trẻ, có thể ảnh hưởng đến trí nhớ.

Tuy nhiên, mặc dù chứng rối loạn phát triển thần kinh có ảnh hưởng nhất định đến trí nhớ nhưng điều này không có nghĩa là trẻ không thể có kỹ năng ghi nhớ tốt. Với sự can thiệp khoa học và sự chăm sóc của gia đình, trẻ có thể dần dần vượt qua những khó khăn này. Cha mẹ có thể giúp con hình thành thói quen học tập tốt theo nhu cầu, cung cấp dịch vụ dạy kèm có mục tiêu và làm việc với giáo viên để cùng tạo môi trường tốt cho sự trưởng thành và phát triển của con mình.

Ngoài ra, trẻ tham gia một số hoạt động thể thao, hoạt động âm nhạc... phù hợp cũng có thể có lợi cho sự phát triển thể chất và trí tuệ. Nó cũng có thể giúp tăng cường khả năng xã hội và cảm xúc của họ, từ đó cải thiện trí nhớ của họ.

Tóm lại, rối loạn phát triển thần kinh có thể ảnh hưởng nhất định đến trí nhớ của trẻ nhưng điều này không ảnh hưởng đến sự phát triển khỏe mạnh của trẻ. Thông qua sự can thiệp khoa học và sự chăm sóc của gia đình, trẻ có thể dần dần vượt qua trở ngại, phát triển kỹ năng ghi nhớ tốt và phát triển thành những tài năng hữu ích. Có thể thấy rằng chúng ta cần cải thiện trí nhớ và Cistanche Deserticola có thể cải thiện đáng kể trí nhớ, bởi vì Cistanche Deserticola cũng có thể điều chỉnh sự cân bằng của các chất dẫn truyền thần kinh, chẳng hạn như tăng mức độ acetylcholine và các yếu tố tăng trưởng. Những chất này rất quan trọng cho trí nhớ và học tập. Ngoài ra, Cistanche Deserticola cũng có thể cải thiện lưu lượng máu và thúc đẩy quá trình cung cấp oxy, điều này có thể đảm bảo não nhận đủ chất dinh dưỡng và năng lượng, từ đó cải thiện sức sống và sức bền của não.

Bấm biết bổ sung để cải thiện trí nhớ

Một hạn chế của việc sử dụng các loài cá nhỏ để nghiên cứu các chứng rối loạn phát triển thần kinh là khó có khả năng các loài cá nhỏ sẽ đáp ứng các tiêu chuẩn chẩn đoán cho các chứng rối loạn phát triển thần kinh ở người đó.

Mặc dù khó áp dụng các chức năng bậc cao phức tạp của con người cho cá ngựa vằn, nhưng đã có báo cáo trong những năm gần đây rằng cá ngựa vằn có thể được sử dụng làm động vật mẫu cho các chứng rối loạn phát triển thần kinh bằng cách áp dụng phân tích hành vi bắt chước phản ứng xã hội của con người.

Hơn nữa, như đã được đề cập, việc sử dụng các loài cá nhỏ trong phòng thí nghiệm như một động vật mẫu cho các chứng rối loạn phát triển thần kinh đã dẫn đến nhiều phát hiện thú vị về mặt quan sát nhất quán từ quy mô tế bào và phân tử đến phân tích mô, sự phát triển và hành vi. Rối loạn phổ tự kỷ ( ASD) là một trong những rối loạn phát triển thần kinh phổ biến nhất.

Mặc dù cơ chế bệnh sinh của ASD chưa được thiết lập, nhưng những phát hiện từ phân tích di truyền toàn diện của bệnh nhân mắc ASD đã được tích lũy và cơ sở dữ liệu về các gen nguy cơ khởi phát ASD đã được tạo ra. SFARI (https://gene.sfari.org/;truy cập vào ngày 30 tháng 11 năm 2021), một cơ sở dữ liệu do Simon Foundation ở Hoa Kỳ vận hành, có sẵn để tham khảo. Hiện có 1023 gen được đăng ký được phân loại theo cường độ rủi ro.

Hơn nữa, các yếu tố di truyền đã được công nhận trong cơ chế bệnh sinh của chứng rối loạn tăng động/giảm chú ý (ADHD), và trong những năm gần đây, những phát hiện từ các phân tích tổng hợp về phân tích liên kết trên toàn bộ gen đã được tích lũy [124–126]. Sau đây là bản tóm tắt các báo cáo nghiên cứu sử dụng mô hình đột biến gen của cá ngựa vằn được cho là có liên quan đến các rối loạn phát triển thần kinh này (Bảng 2).

DYRK1A là một serine/threonine kinase cần thiết cho sự phát triển và chức năng của não, và sự hoạt động quá mức của protein này được quan sát thấy trong hội chứng Down [133]. Ngoài ra, DYRK1A thuộc điểm số 1 trong cơ sở dữ liệu SFARI và được coi là gen có nguy cơ cao liên quan đến ASD. Kim và cộng sự. đã tạo và phân tích cá ngựa vằn Dyrk1aa, một chỉnh hình của DYRK1A.

Họ cho thấy rằng cá trưởng thành bị loại có biểu hiện đầu nhỏ, phân tích hành vi cho thấy hành vi lo âu đã giảm đi nhờ bài kiểm tra bể mới và sự tương tác xã hội bị suy giảm do bài kiểm tra bầy đàn và bài kiểm tra sở thích xã hội.

Họ kết luận rằng đây là sự thay đổi hành vi giống như bệnh tự kỷ ở cá [127]. Theo cách tương tự, các dòng loại bỏ chỉnh hình cá ngựa vằn đã được tạo cho SHANK3 và NRXN2, thuộc điểm 1 của các gen nguy cơ ASD trong cơ sở dữ liệu SFARI. SHANK3 được biểu hiện rộng rãi trong não và chủ yếu liên quan đến việc hình thành các khung sau khớp thần kinh và dẫn truyền thần kinh [134].

Lưu và cộng sự. đã tạo ra cá ngựa vằn loại Shank3b cho thấy các tương tác xã hội bị suy giảm bằng phân tích hành vi và được báo cáo là giảm biểu hiện của Homer1, một loại protein gắn với SHANK, trong não cá trưởng thành [128]. NRXN2 là một protein xuyên màng nằm ở đầu tận cùng trước khớp thần kinh và có liên quan đến cơ chế giải phóng chất dẫn truyền thần kinh và cấu trúc không khớp thần kinh [135].

Chuột bị loại trừ NRXN2 đã được sử dụng làm mô hình cho bệnh tự kỷ và đã được chứng minh là biểu hiện hành vi giống như lo lắng gia tăng trong các thử nghiệm như thử nghiệm hộp sáng/tối và thử nghiệm mê cung nâng cao [136]. Koh và cộng sự. đã tạo ra cá ngựa vằn loại Nrxn2a và nhận thấy hành vi giống lo lắng gia tăng trong thử nghiệm bể mới, cho thấy những thay đổi hành vi giống tự kỷ cũng xảy ra ở cá ngựa vằn [129].

PER1 được biết đến như một gen đồng hồ và phân tích liên kết trên toàn bộ gen của bệnh nhân ADHD cho thấy gen này là gen nguy cơ mắc ADHD [124]. Hoàng và cộng sự. đã tạo ra cá ngựa vằn Per1bknockout và cho thấy cá con rất hiếu động, có tần suất tấn công tăng lên trong thử nghiệm tấn công bằng hình ảnh phản chiếu và được giải cứu bằng cách tiêm vi mô per1b mRNA.

Họ cũng chỉ ra rằng hàm lượng dopamine đã giảm ở cá ngựa vằn loại bỏ Per1b và kiểu hình hoạt động quá mức có thể được giải quyết bằng selegiline (chất ức chế monoamineoxidase B) hoặc methylphenidate (chất ức chế vận chuyển dopamine, điều trị ADHD ở người).

Họ cũng phân tích những con chuột bị loại PER1. Tương tự như mô hình cá ngựa vằn, chuột bị loại PER1 cho thấy sự hiếu động thái quá và giảm hàm lượng dopamine trong các mẫu não, cho thấy khả năng những bất thường về PER1 có thể liên quan đến các bất thường về thần kinh dopaminergic ở ADHD [131]. Báo cáo này khá ấn tượng vì nó gợi ý về kiểu hình được bảo tồn cao ở các loài động vật có xương sống, bao gồm cả các đặc điểm hành vi.

Để tóm tắt cách các đặc điểm hành vi của cá ngựa vằn biểu hiện các triệu chứng rối loạn phát triển thần kinh ở người, "phản ứng với lo âu" tương ứng với chứng tăng nhạy cảm/thiếu cảm giác trong các chứng rối loạn phổ tự kỷ, "thiếu đám đông" là khó khăn trong giao tiếp xã hội và tương tác giữa các cá nhân và "tăng động và hung hăng" là kiểu hình cho các triệu chứng tăng động/bốc đồng trong ADHD, có thể được đánh giá trong mỗi xét nghiệm.

Ngay cả khi sự khác biệt về mặt giải phẫu và sinh lý không rõ ràng trong mô hình bệnh, nếu một số kiểu hình có thể thu được thông qua phân tích hành vi, thì nó có thể được sử dụng như một cột mốc quan trọng để đánh giá liệu một số biện pháp can thiệp có thể mang lại sự giải cứu hay không, chẳng hạn như sàng lọc thông lượng cao về dược lý [130– 132].

Điều cần được xem xét cẩn thận là cách giải thích nó trong phân tích hành vi. Trong khi việc phân tích hành vi của chuột có lịch sử lâu đời và đã được nhiều nhà nghiên cứu chuẩn hóa thì việc phân tích hành vi của cá ngựa vằn vẫn đang trong giai đoạn phát triển.

Ví dụ: cuộc thử nghiệm bể mới theo dõi hành vi của cá ngựa vằn sau khi chúng được chuyển sang bể mới và tổng hợp cũng như xử lý thống kê lượng thời gian chúng dành ở độ sâu nước nào và quãng đường chúng di chuyển. Trong thử nghiệm này, cá ngựa vằn đầu tiên dành thời gian ẩn náu dưới đáy bể, sau đó chúng dần dần mở rộng phạm vi hoạt động của mình lên bề mặt.

Nếu người ta quan sát thấy cá ngựa vằn dành ít thời gian hơn ở đáy bể và ngay lập tức bắt đầu di chuyển đến gần bề mặt hơn, nó có thể mang những ý nghĩa khác nhau tùy thuộc vào việc nó được giải thích là "không dễ cảm thấy lo lắng" hay "tăng động và bốc đồng". Xem tài liệu tham khảo để biết danh sách các hành vi của cá ngựa vằn [137], bản tóm tắt phân tích hành vi và những hạn chế của nó, cũng như sự tương phản với phân tích hành vi ở chuột [138–140].

Phân tích hành vi xem xét thói quen của cá, nhưng cần phải xem xét chúng một cách nghiêm túc khi áp dụng chúng cho con người. Sẽ thuyết phục hơn nếu các xu hướng về kiểu hình có thể được quan sát trong nhiều xét nghiệm, thay vì đưa ra các giả định dựa trên kết quả của một phân tích hành vi duy nhất.

Ngoài phân tích hành vi, các loại phương pháp khác có thể đánh giá phản ứng căng thẳng cũng đang được xem xét; ví dụ, bằng cách đánh giá mức độ cortisol, một trong những hormone gây căng thẳng [141–143].

Vẫn còn nhiều khía cạnh chưa biết về việc sử dụng cá nhỏ làm mô hình cho các chức năng não cao hơn của con người và các rối loạn phát triển thần kinh ở con người, và chúng tôi hy vọng rằng nghiên cứu ngày càng tăng sẽ được tích lũy.

Ngoài ra, cá ngựa vằn còn được sử dụng trong lĩnh vực tâm thần học để phân tích bệnh tâm thần phân liệt và trầm cảm. Thật thú vị khi xem kiểu hình của cá ngựa vằn như một động vật mẫu cho các triệu chứng tâm thần [144,145]. Mặc dù các lĩnh vực khác nhau nhưng cá ngựa vằn được sử dụng theo những cách tương tự như được mô tả trong bài đánh giá này. Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo các ấn phẩm xuất sắc khác [139,146,147].

6. Kết luận

Trong bài đánh giá này, chúng tôi đã thảo luận về các đặc điểm của cá ngựa vằn, cá medaka và cá ngọc lam trong phòng thí nghiệm cũng như phân tích thực tế về các bệnh thoái hóa thần kinh và rối loạn phát triển thần kinh khi sử dụng những loài cá nhỏ này. Trong phân tích các rối loạn thần kinh của con người, các loài cá nhỏ là động vật mẫu mực rất tốt và sẽ được phát triển hơn nữa trong tương lai. Tại thời điểm này, chúng ta cần có ý thức khiêm tốn đối với động vật mẫu là động vật có vú. Ngay cả khi các kết quả thí nghiệm khác nhau được thể hiện ở các loài cá nhỏ, nếu kết quả tương tự được thể hiện ở chuột, thì tác động có thể lớn hơn ở chuột.

Để chứng minh ý nghĩa và giá trị của việc sử dụng các loài cá nhỏ, các thiết kế nghiên cứu dự kiến ​​sẽ tận dụng các đặc điểm của các loài cá nhỏ và lợi ích của chúng trong phòng thí nghiệm, như được mô tả trong bài tổng quan này. Ngoài ra, chúng ta không nên quên rằng chúng ta đang xem xét sự lo lắng của con người. hệ thống thông qua các loài cá nhỏ. Có thể không rõ những thay đổi trong RNA và protein ở các loài cá nhỏ trong bối cảnh bệnh tật và rối loạn ở người có ý nghĩa gì nếu chúng ta chỉ chú ý đến các loài cá nhỏ.

Điều tương tự cũng áp dụng cho ý nghĩa của những thay đổi về hình thái và chức năng sinh lý ở cấp độ cơ quan cũng như ý nghĩa của những thay đổi trong hành vi thu được thông qua phân tích hành vi. Ý nghĩa của các kết quả thu được từ các loài cá nhỏ sẽ trở nên rõ ràng hơn khi kết quả được áp dụng cho động vật mô hình động vật có vú như chuột và sau đó là phân tích của con người. Nếu mối quan hệ như vậy có thể được thiết lập giữa các loài cá nhỏ và các mẫu khác, thì những loài cá này có thể trở thành công cụ ngày càng mạnh mẽ và hữu ích để giải quyết các rối loạn thần kinh của con người.

Đóng góp của tác giả: HM và KK đã viết bản thảo. Tất cả các tác giả đã đọc và đồng ý với phiên bản đã xuất bản của bản thảo.

Tài trợ: Công việc này được hỗ trợ bởi các khoản tài trợ từ AMED (Số tài trợ JP19gm6110028 vàJP19dm0107154 (HM)), Quỹ khoa học Takeda (HM), JSPS KAKENHI (Số tài trợJP 14516799 (HM), JP 16690735 (HM) và JP 17925674 (HM)) và JST [Moonshot R&D] [GrantNumber JPMJMS2024] (HM).

Tuyên bố của Ban Đánh giá Thể chế: Không áp dụng.

Tuyên bố đồng ý sau khi được thông báo: Không áp dụng.

Tuyên bố về tính sẵn có của dữ liệu: Dữ liệu và công cụ được mô tả trong bản thảo này được cung cấp theo yêu cầu.

Lời cảm ơn: Chúng tôi ghi nhận Shinano Kobayashi và Noriko Matsui vì đã tham gia các cuộc thảo luận không hữu ích và liên tục hỗ trợ. Chúng tôi ghi nhận Ai Ito vì công việc minh họa của cô ấy.

Xung đột lợi ích: Các tác giả tuyên bố không có xung đột lợi ích.

Người giới thiệu

1. Delomas, TA; Dabrowski, K. Nuôi ấu trùng cá ngựa vằn ở nhiệt độ dưới mức tối ưu. J. Nhiệt. Biol. 2018, 74, 170–173. [Tham khảo chéo]

2. Shima, A.; Mitani, H. Medaka với tư cách là cơ quan nghiên cứu: Quá khứ, hiện tại và tương lai. Máy móc. Dev. 2004, 121, 599–604. [Tham khảo chéo]

3. Kirchmaier, S.; Naruse, K.; Wittbrodt, J.; Loosli, F. Hộp công cụ di truyền và gen của loài teleost medaka (Oryzias latipes). Di truyền học2015, 199, 905–918. [Tham khảo chéo]

4. Reichard, M.; Polacik, M.; Sedlácek, O. Phân bố, đa hình màu sắc và sử dụng môi trường sống của loài cá Killi Châu Phi Nothobranchiusfurzeri, loài động vật có xương sống có tuổi thọ ngắn nhất. J. Cá. Biol. 2009, 74, 198–212. [Tham khảo chéo]

5. Dodzian, J.; Kean, S.; Seidel, J.; Valenzano, DR Nghị định thư về nhà ở trong phòng thí nghiệm của cá Killifish màu ngọc lam (Nothobranchius furzeri).J. Vis. Exp. 2018, 134, 57073. [Tham khảo chéo]

6. Valenzano, DR; Benayoun, Cử nhân; Singh, PP; Trương, E.; Etter, PD; Hu, CK; Clément-Ziza, M.; Willemsen, D.; Cui, R.; Harel, tôi và cộng sự. Bộ gen Killifish màu ngọc lam ở châu Phi cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự tiến hóa và kiến ​​trúc di truyền của tuổi thọ. Ô 2015,163, 1539–1554. [Tham khảo chéo]

7. Poeschla, M.; Valenzano, DR Cá killifish màu ngọc lam: Một mô hình có thể điều chỉnh về mặt di truyền để nghiên cứu quá trình lão hóa. J. Exp. Biol. 2020, 223(Phụ lục 1), jeb209296. [Tham khảo chéo]

8. Lowery, LA; Sive, H. Sự hình thành ban đầu của tâm thất não cá ngựa vằn xảy ra độc lập với sự tuần hoàn và đòi hỏi các sản phẩm gen nagie okoand cá lóc/atp1a1a.1. Phát triển 2005, 132, 2057–2067. [Tham khảo chéo]

9. Holzschuh, J.; Ryu, S.; Aberger, F.; Driever, W. Biểu hiện chất vận chuyển Dopamine phân biệt các tế bào thần kinh dopaminergic với các tế bào thần kinh catecholaminergic khác trong phôi cá ngựa vằn đang phát triển. Máy móc. Dev. 2001, 101, 237–243. [Tham khảo chéo]

10. Tày, TL; Ronneberger, O.; Ryu, S.; Nitschke, R.; Driever, W. Phân tích phép chiếu catecholaminergic toàn diện cho thấy sự tích hợp tế bào thần kinh đơn của hệ thống dopaminergic tăng dần và giảm dần của cá ngựa vằn. Nat. Cộng đồng. 2011, 2, 171. [Tham khảo chéo]

For more information:1950477648nn@gmail.com