《Frontiers in Behavioral Neuroscience》：Impaired behavioral flexibility and coping strategy shifts in 5xFAD mice in the novel Destruction-Building Test
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摘要
引言：评估阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）中神经退行性变的早期行为学标志物仍是临床前研究的关键任务。本研究评估了“破坏-建造测试”（Destruction-Building Test, DBT）的诊断潜力。该新型测试基于啮
摘要
引言：评估阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）中神经退行性变的早期行为学标志物仍是临床前研究的关键任务。本研究评估了“破坏-建造测试”（Destruction-Building Test, DBT）的诊断潜力。该新型测试基于啮齿动物的先天操作性行为——具体为材料撕咬和复杂营巢行为——作为神经退行性变化的早期指标。
方法：研究人员对半合子5xFAD转基因小鼠及野生型（wild-type, WT）对照（雌雄两性）在15、28和42周龄时开展了实验。方案包括24小时适应阶段并持续进行活动记录以评估自发运动活动（spontaneous locomotor activity, SLA），随后为72小时操作性活动阶段。统计建模采用广义估计方程（Generalized Estimating Equations, GEE）。
结果：研究人员观察到5xFAD小鼠操作性活动呈系统性减少，其中雌性从15周龄起最为显著。GEE模型证实基因型和性别是撕咬缺陷的主要决定因素（p < 10–9）。此外，研究人员发现初始适应阶段的SLA与随后DBT中的操作性产出之间呈稳健负相关（p < 0.001）；具体而言，较高的探索性运动预示撕咬和营巢效率较低。转基因动物表现出朝向病理性主动应对风格的转移，其特征为无效的过度运动及操作性行为减少，提示行为灵活性受损和认知僵化。
讨论：这些发现表明，DBT在明显运动缺陷出现之前即对早期神经退行性表现具有高度敏感性。该测试方法简便且具有稳健的诊断价值，使其成为AD小鼠模型中认知状态纵向筛查的有效工具。
论文解读
一、研究背景与研究目的
阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）的临床前研究高度依赖动物模型，其中5xFAD转基因小鼠因携带APP和PSEN1基因的五个家族性突变，可于1.5–2月龄开始过量产生Aβ
42，并在4月龄（约15周）出现突触密度降低和早期记忆衰退，且无明显运动障碍，因此是识别早期功能生物标志物的关键窗口。然而，传统行为学范式如新物体识别（Novel Object Recognition, NOR）、Y迷宫和Morris水迷宫在不同实验室间结果重复性差，且常依赖二元化评分，忽视啮齿动物内在动机，并因陌生环境应激和实验者干扰而产生假阴性结果。为满足低应激、高生态效度行为检测的需求，研究人员开发了“破坏-建造测试”（Destruction-Building Test, DBT），该测试整合巢筑行为评估与材料撕咬定量分析，并在持续多通道活动记录框架下运行。本研究旨在5xFAD小鼠的15、28和42周龄纵向时间点验证DBT的诊断敏感性，以确定其能否识别转基因与对照动物间与年龄相关的差异，用于临床前药物筛选。相关成果发表于《Frontiers in Behavioral Neuroscience》。
二、关键技术方法
研究采用半合子5xFAD转基因小鼠及其野生型（wild-type, WT）同窝对照，背景为C57Bl/6J，所有动物经PCR基因分型并排除Pde6b（视网膜变性1，rd1）突变携带者。实验为严格的受试内纵向设计，同一批动物在15、28和42周龄依次接受行为评估。DBT为96小时不间断方案：第0天为24小时习惯化阶段，通过红外视频追踪记录自发运动活动（spontaneous locomotor activity, SLA）；第1–3天为操作性活动阶段，向笼内引入泥炭花盆作为撕咬底物及无纺布纤维擦巾作为巢材。研究量化花盆质量动态、破坏面积、巢质量、并入巢结构的碎片面积及日均摄食量，采用广义估计方程（Generalized Estimating Equations, GEE）进行统计建模，并以Spearman相关分析评估行为指标间关系。
三、主要研究结果
1. DBT中操作性表现的动态变化
通过测量3天内花盆质量减少评估撕咬强度。结果发现，在雌性中，基因型对花盆质量有显著影响（15周p = 0.005，28周p = 0.004，42周p = 0.0052）；15周时转基因雌性自第2天起撕咬量显著低于对照，至42周时5xFAD雌性几乎完全丧失操作性表现，花盆质量接近基线。雄性中基因型效应不显著，仅在28周第3天出现显著性差异（p < 0.05），且雄性总体操作性活动弱于雌性。
2. 材料破坏面积分析
对花盆内部破坏面积进行形态计量分析。雌性中，基因型显著影响破坏面积（15周p = 0.005，28周p = 0.004，42周p = 0.0052）；转基因雌性在28周和42周第1天即表现出显著缺陷，且在42周破坏面积趋于零。雄性中未见显著基因型差异，破坏面积在WT与5xFAD间几乎一致。雌性转基因个体破坏面积的年龄相关动态呈非线性：15周时方差较低，28周时个体间变异达峰值，42周时因“地板效应”方差骤降。
3. 构建巢穴的特征
以巢最终质量和并入花盆碎片总面积为指标。雌性中，5xFAD小鼠在所有年龄点的巢质量均显著低于WT（15周p = 0.0002，28周p = 0.00021，42周p = 0.008），并入碎片面积也显著较小（对应p值分别为0.0001、0.00004、0.008）。对照雌性巢穴庞大且结构复杂，而转基因雌性几乎不使用花盆材料，仅以擦巾构成简单巢。雄性两种基因型间无显著差异；对照雄性巢质量与对照雌性相当，但较少整合花盆底物，提示性别相关的营巢策略差异。
4. 自发运动活动及其对撕咬强度的影响
第0天SLA记录显示，5xFAD雌性随年龄出现明显过度运动，28周和42周时与WT差异显著（p = 0.007，p = 0.008）；雄性中该效应较弱。所有组均表现出SLA与后续撕咬强度负相关，其中WT雌性r = ?0.52（p = 0.005），5xFAD雌性r = ?0.63（p = 0.0001），5xFAD雄性r = ?0.38（p = 0.038）。GEE模型简化后，基因型（Wald χ2 = 39.2，p < 10
–9）、性别（Wald χ2 = 10.6，p = 0.0011）和SLA（Wald χ2 = 22.5，p ≈ 2.1 × 10
–6）均为显著主效应，基因型×性别交互作用显著（Wald χ2 = 27.0，p ≈ 2.0 × 10
–7），年龄效应不显著。高SLA预测撕咬表现下降，且转基因雌性的缺陷更显著。
5. 摄食量和体质量监测
日均摄食量在各年龄点的WT与5xFAD组间均无显著差异，排除咀嚼装置缺陷或一般活力下降的影响。体质量方面，转基因雌性在15、28、42周均显著低于对照，雄性在15、28周显著较低，42周呈趋势性差异，提示5xFAD模型存在系统性代谢改变。
四、讨论与结论
DBT相较于传统巢筑测试（Nest Building Test, NBT）具有优势：它量化了巢筑的先决行为组分，并以客观物理参数替代主观评分，消除了实验者偏倚。巢筑行为依赖皮质-海马通路、空间定向、执行计划和持续动机，其受损可作为神经退行性变的敏感指标。本研究中5xFAD雌性表现出复杂目标导向行为瓦解，包括撕咬强度下降、无法构建多组分巢，以及对材料辨别能力受损，出现被动策略和材料替代现象。由于摄食行为完整，且9月龄前无显著运动缺陷，这些表型应主要源于执行功能和认知灵活性缺陷，而非感觉运动或咀嚼功能障碍。SLA与撕咬强度的负相关支持“认知捕获”假说：转基因动物无法抑制探索性运动的优势反应，转而执行更复杂的任务，表现为病理性主动应对风格。DBT能在经典认知表型尚未出现的15周龄即检出雌性5xFAD小鼠的缺陷，且其纵向方差动态可反映神经退行性变的分期和群体异质性。
本研究存在若干局限：因纵向取样和自然死亡导致28、42周样本量缩减，降低了雄性中检测细微差异的统计功效；SLA仅在第0天记录，未覆盖操作阶段，难以完全区分对新物体的恐惧或刺激诱导的过度运动与认知运动衰退。未来研究需在底物存在时持续追踪活动，并将DBT扩展至其他啮齿动物或高巢筑驱动生理状态，以进一步提升该方法的生物学敏感性和转化适用性。
总体而言，DBT作为一种简单、低成本、高生态效度的行为学工具，能够有效识别5xFAD小鼠早期神经退行性变化，尤其适用于纵向评估AD模型小鼠的认知状态和执行功能损伤。
