果蠅攀爬試驗(yàn)（Climbing Assay）和運(yùn)動(dòng)能力檢測(cè)

果蠅的壽命短，加上強(qiáng)大的遺傳操作和全基因組篩選工具，使其成為研究人類(lèi)神經(jīng)退行性疾病（neurodegenerative disorders）的一個(gè)理想的模型系統(tǒng)。果蠅模型尤其被廣泛應(yīng)用于癡呆癥（包括阿爾茨海默氏癥Alzheimer disease和額顳葉癡呆癥frontotemporal dementia）和各種運(yùn)動(dòng)障礙（包括帕金森病Parkinson和肌weisuo側(cè)索硬化癥amyotrophic lateral sclerosis）的研究。

在許多研究中，需要測(cè)量與疾病相關(guān)的神經(jīng)輸出的逐漸衰退（progressive decline）。雖然神經(jīng)退行性疾病相關(guān)表型（如記憶測(cè)試或晝夜節(jié)律行為變化）可以用果蠅來(lái)量化，但這些檢測(cè)方法很復(fù)雜，不適合大規(guī)模篩選。因此，運(yùn)動(dòng)功能的逐漸衰退通常被用來(lái)衡量神經(jīng)輸出。

Z常用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)輸出的方法是利用果蠅受驚（startled）時(shí)表現(xiàn)出的先天負(fù)地心引力反應(yīng)（negative geotaxis response）。

當(dāng)敲擊小瓶底部時(shí)，成蠅會(huì)向后上方爬向頂部。這種逃避反射已被果蠅研究人員使用了30多年，也是攀爬試驗(yàn)的基礎(chǔ)。在這種檢測(cè)方法中，先將一組蒼蠅轉(zhuǎn)移到空瓶中，然后輕拍空瓶，使果蠅落到瓶底。用照相機(jī)記錄果蠅向后上方爬行，并記錄在限定時(shí)間內(nèi)爬到瓶底以上設(shè)定距離的果蠅數(shù)量，從而得出一個(gè)簡(jiǎn)單的百分比。另外，還可以計(jì)算表現(xiàn)指數(shù)（performance index）。

常規(guī)果蠅攀爬試驗(yàn)的主要缺點(diǎn)：

大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的攀爬檢測(cè)操作簡(jiǎn)單，但有一些明顯的缺點(diǎn)。該試驗(yàn)需要相對(duì)較多的蠅類(lèi)（每種基因型或每種處理僅使用 100 只蠅類(lèi)）， 而且相同蠅類(lèi)的小瓶之間存在相當(dāng)大的表現(xiàn)差異。造成這種差異的原因可能有多種，但對(duì)樣品瓶施加的 “敲擊"力和二進(jìn)制評(píng)分系統(tǒng)的差異可能是其中兩個(gè)更重要的原因。這項(xiàng)檢測(cè)還需要大量的 “動(dòng)手"時(shí)間，尤其是在采用人工計(jì)分的情況下，而且簡(jiǎn)單的計(jì)分方法也會(huì)忽略更細(xì)微的行為指標(biāo)，尤其是運(yùn)動(dòng)速度。目前已有多種簡(jiǎn)化攀爬測(cè)定并提高其可重復(fù)性的解決方案（Kohlhoff 等人，2011 年；Liu 等人，2015 年；Podratz 等人，2013 年；Willenbrink 等人，2016 年）。每種方法都需要定制的儀器和軟件來(lái)跟蹤果蠅的運(yùn)動(dòng)，而且不是為長(zhǎng)時(shí)間跟蹤運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)的，因?yàn)樵诖似陂g可能會(huì)出現(xiàn)不同的刺激事件。

英國(guó)BFK公司的基于視頻追蹤DART系統(tǒng)可用于果蠅運(yùn)動(dòng)能力計(jì)算和測(cè)量。相對(duì)與攀爬實(shí)驗(yàn)（climbing assay），DART的要求的樣本量更少，測(cè)定的靈敏度更高。且可以用來(lái)高通量篩選神經(jīng)退行性變的遺傳和藥理調(diào)節(jié)因子。

基于 MATLAB 的開(kāi)源果蠅反應(yīng)追蹤（DART）系統(tǒng)最初是為研究長(zhǎng)期晝夜節(jié)律行為而開(kāi)發(fā)的。同樣，我們可以用DART持續(xù)監(jiān)測(cè)果蠅在驚嚇?lè)磻?yīng)之前、期間和之后的水平運(yùn)動(dòng)。使用DART軟件套件在 1 小時(shí)內(nèi)多次使用振動(dòng)刺激事件，以誘發(fā)果蠅重復(fù)的 “驚嚇"反射（startle response）。 果蠅的基線運(yùn)動(dòng)和刺激后立即增加的運(yùn)動(dòng)都可以量化。

使用成年果蠅阿爾茨海默病模型（在該模型中神經(jīng)元會(huì)分泌出聚集性Aβ_1-42肽），可以證明 DART 系統(tǒng)與攀登試驗(yàn)相比具有更好的性能。還可以利用 DART系統(tǒng)測(cè)試化合物或進(jìn)行基因篩選，以確定Aβ1-42誘導(dǎo)表型的調(diào)節(jié)因子。

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參考文獻(xiàn)：

Continuous tracking of startled Drosophila as an alternative to the negative geotaxis climbing assay.

Matthew J. Taylor & Richard I. Tuxworth