FMS實(shí)驗(yàn)動(dòng)物代謝表型測(cè)量技術(shù)方案

小鼠等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物能量代謝測(cè)量已日益成為生物醫(yī)學(xué)、健康醫(yī)學(xué)研究的重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物能量代謝表型分析（Metabolic phenotyping）的儀器技術(shù)。與市場(chǎng)上不同品牌昂貴復(fù)雜的動(dòng)物能量代謝測(cè)量系統(tǒng)相比, FMS實(shí)驗(yàn)動(dòng)物代謝表型測(cè)量系統(tǒng)具備如下優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：

1.高性價(jià)比，集氣體采樣、分析記錄與存儲(chǔ)于一體（適于連續(xù)式&間斷式測(cè)量）

2.便攜性強(qiáng)，方便實(shí)驗(yàn)室內(nèi)、不同實(shí)驗(yàn)室間、實(shí)驗(yàn)室及戶外獨(dú)立實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)、快速代謝測(cè)量等

3.配置靈活，既可用作便攜式能量代謝測(cè)量，又可方便地配置組成多通道實(shí)驗(yàn)動(dòng)物能量代謝測(cè)量系統(tǒng)

4.高分辨率、高靈敏度測(cè)量監(jiān)測(cè)CO2、O2、H2O（水分壓或水汽濃度）、溫度并分析CO2產(chǎn)生率、耗氧率、水分喪失率（RWL）、熱傳導(dǎo)等

5.多功能、高適配性，可配置測(cè)量小鼠、大鼠等不同實(shí)驗(yàn)動(dòng)物能量代謝，可適配不同代謝籠及呼吸室，可配置植入式生理生態(tài)數(shù)據(jù)采集器同步采集體溫、心率及動(dòng)物活動(dòng)

應(yīng)用案例：荒漠鹿鼠晝夜代謝節(jié)律的環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素

受美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生院（NIH）下屬國(guó)立普通醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所（NIGMS）的項(xiàng)目支持，University of Newhampshire 分子、細(xì)胞和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系Matthew D. MacManes教授團(tuán)隊(duì)利用FMS代謝表型分析技術(shù)（配置為8通道能量代謝表型分析系統(tǒng)）研究了適應(yīng)于荒漠環(huán)境的荒漠鹿鼠的晝夜代謝節(jié)律（circadian metabolism）。  

24小時(shí)晝夜節(jié)律模擬參見上右圖，光照16小時(shí)（淺灰色）、黑暗8小時(shí)（深灰色），晝夜變化處理（黃色）、恒暖處理（橙色）和恒冷處理（藍(lán)色），溫度用實(shí)線表示，相對(duì)濕度（RH）用虛線表示，T1、T2分別為早晨過渡和晚間過渡期。

代謝表型分析（Metabolic phenotyping）：通過8籠舍FMS系統(tǒng)連續(xù)72小時(shí)測(cè)量84只小鼠（雌、雄個(gè)體各42只）的耗氧率（VO2）、二氧化碳產(chǎn)生率（VCO2）、水分代謝量（mg）、呼吸商（RQ）以及總能量消耗（TEE），并記錄溫控箱內(nèi)的大氣壓、溫度和相對(duì)濕度。

下圖為三個(gè)處理組（上、中、下分別為：Variable，晝夜變化處理組；Warm，恒暖處理組；Cool，恒冷處理組）中雄性和雌性鹿鼠在24小時(shí)周期內(nèi)的TEE、RQ及RWL（呼吸水分喪失）。黑色虛線為每日溫度變化，呼吸商RQ圖中的黑色實(shí)線表示食物商（FQ=0.89），白線是平滑的局部加權(quán)回歸（LOESS）。

研究結(jié)果表明，荒漠鹿鼠存在明顯的性別二態(tài)性表型差異，雄性比雌性更容易脫水；在晝夜節(jié)律環(huán)境變化下，大多數(shù)代謝變化發(fā)生在物理環(huán)境變化之前，這種變化節(jié)律被兩種恒定處理（恒暖與恒冷）所打亂。在晝夜變化的條件下，呼吸商僅在晝夜變化中的光相時(shí)（“白天"）達(dá)到1.0以上，這意味著脂肪合成促成了能量和內(nèi)源性水的產(chǎn)生。研究結(jié)果與該物種晝夜節(jié)律的歷史描述一致（白天遲鈍，夜間活躍），但不支持如下假設(shè)：即不活躍是由食物限制或負(fù)水平衡引發(fā)。

參考文獻(xiàn)

1.Blumstein DM, Colella JP, Linder E, MacManes MD. High total water loss driven by low-fat diet in desert-adapted mice. bioRxiv; 2022. DOI: 10.1101/2022.04.15.488461.

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3.John J. Reho et al. Methods for the conmprehensive in vivo analysis of energy flux, fluid homeostasis, blood pressure, and ventilatory function in Rodents. Frontiers in Physiology(2022)

4.Marta Grosiak et al. Aged-related changes in the thermoregulatory properties in Bank Voles from a selection experiment. Frontiers in Physiology(2020)