褪黑激素对布氏四鼠适应性产热的调控作用

褪黑激素对布氏四鼠适应性产热的调控作用侯建军，李庆芬，黄晨西（北京师范大学生物系北京１００８７５）关键词光周期，褪黑激素，布氏田鼠，适应性产热本研究以生活于内蒙古草原区的典型优势鼠种—布氏田鼠（Ｍｉｃｒｏｔｕｓｂｒａｎｄｔｉ）作为实验材料，探讨了短光...     

布氏田鼠适应性产热过程中血清甲状腺激素的变化

早春季节对布氏田鼠（Microtusbrandti）施以不同光照和温度处理,其血清甲状腺素（T4）含量没有明显变化;低温明显地升高了三碘甲腺原氨酸（T3）的含量和T3／T4的比率。短光照只在低温环境中能升高T3／T4的比率。秋节温暖环境中的短光照或褪黑激素（Melatonin,MLT）处理,都能升高血清T3的浓度和增加T3／T4的比率。表明甲状腺激素在布氏田鼠短光照和低温的适应性产热中起着重要的调控作用,褪黑激素诱导布氏田鼠产热与甲状腺激素有密切的联系。     

褪黑激素对布氏田鼠适应性产热的诱导作用

秋季,将布氏田鼠置于２３±２℃,光周期１４Ｌ∶１０Ｄ的环境中,每日腋下注射褪黑激素,共四周。导致布氏田鼠的非颤抖性产热被激活,褐色脂肪组织和肝的总蛋白及线粒体蛋白含量明显地增加;肝线粒体状态４和状态３呼吸活力显著增加;刺激肝和褐色脂肪组织线粒体细胞色素Ｃ氧化酶活力升高;明显地升高血清Ｔ３浓度和增加Ｔ３／Ｔ４比率。表明在秋季褪黑激素能明显提高布氏田鼠的产热能力。短光照对布氏田鼠产热的调控可能是通过松果体分泌的褪黑激素而实现的。     

光周期和高脂食物对布氏田鼠能量代谢和产热的影响

为了研究光周期和高脂食物对小型哺乳动物能量代谢和产热的影响,将成年雌性布氏田鼠(Lasiopodomys brandtii)分别驯化于长光照低脂、高脂食物和短光照低脂、高脂食物,7周后测定动物的体重、能量摄入、产热、血清瘦素浓度以及褐色脂肪组织解偶联蛋白1(BAT-UCP1)含量等参数.结果发现:1)短光照抑制体重增长、降低体脂重量和血清瘦素水平,增加非颤抖性产热(NST)和UCP1含量;2)高脂食物使摄入能减少和消化率提高,但未显著影响体重、基础代谢率、NST、UCP1含量和血清瘦素;3)血清瘦素与摄入能不相关,但与体脂含量正相关.结果暗示:短光照下瘦素作用敏感性增加和产热能力增强,可能介导了抵抗高脂食物诱导的肥胖.在野外条件下草食性的布氏田鼠能通过能量代谢和产热的适应性调节避免体重的过度增长,有利于降低捕食风险,增强生存能力.同时布氏田鼠是研究食物诱导肥胖机理的一个好模型     

布氏田鼠胎后发育过程中褐色脂肪组织和肝脏的产热特征

为探讨布氏田鼠胎后恒温能力的发育过程,本文测定了1、5、9、17、21、33 和41 日龄幼体的褐色脂肪组织(BAT)和肝脏的重量、线粒体蛋白含量和细胞色素c氧化酶(COX) 的活性。布氏田鼠胎后发育期间BAT 增补明显,主要表现为重量的增加和单位组织重量COX 活性的升高等,属典型的晚成型发育特征。布氏田鼠胎后发育过程中BAT 和肝脏产热特征的变化与幼体的产热特点和恒温能力的发育是相一致的。     

布氏田鼠冷暴露中的适应性产热机理

布氏田鼠急性冷暴露,在最初２小时内体温明显下降,冷驯化２８天后,体温相对稳定。冷暴露１天,动物的褐色脂肪组织蛋白量明显增加,ｃＡＭＰ含量及Ｎａ＾＋／Ｋ＾＋－ＡＴＰ酶活力明显升高。２８天冷驯化动物的褐色脂肪组织重量明显增加,ｃＡＭＰ含量增加更高,蛋白量、Ｎａ＾＋／Ｋ＾＋－ＡＴＰ酶活力以及Ｔ４５‘－脱碘酶活力均显著提高,揭示了褐色脂肪组织的产热机理。     

单宁酸对布氏田鼠能量代谢的影响

为了解单宁酸对成年布氏田鼠(Lasiopodomys bandtii**)能量代谢和产热的影响,本文采用含0、3.3%和6.6%单宁酸浓度的食物饲喂布氏田鼠21 d,对其体重、基础代谢率、非颤抖性产热和能量收支等进行了测定。代谢率采用封闭式流体压力呼吸计测定;非颤抖性产热用皮下注射去甲肾上腺素诱导;能量摄人采用食物平衡法测定。结果发现:(1) 单宁酸食物对布氏田鼠的体重没有明显影响;(2)取食含6.6%单宁酸食物的动物的基础代谢率于第10 d高于对照组。20 d时,3组动物的基础代谢率没有显著差异;(3) 单宁酸食物对非颤抖性产热没有显著影响;(4) 食用含单宁酸食物的动物的摄人能和消化能于第10 d显著低于对照组,但第20 d时则差异不显著。这些结果表明:布氏田鼠的基础代谢率和能量摄入对单宁酸的反应具有时段性,短期内能量消耗增加,随着动物对食物的适应,生理功能恢复到正常水平。     

布氏田鼠对低温的适应性产热

将布氏田鼠置１到３０天的低温（６±１℃）环境下暴露,其体重与体温没有明显变化;静止代谢率（ＲＭＲ）、非震颤性产热（ＮＳＴ）及血清中三碘甲腺原氨酸（Ｔ３）含量,随冷暴露时间的延长而增加;肝线粒体状态３呼吸及细胞色素Ｃ氧化酶活力亦随冷暴露时间的延长而升高。肝线粒体蛋白质含量经冷暴露３０天时有明显升高,表明动物在低温适应中肝线粒体蛋白合成增加与呼吸功能增强是个体ＲＭＲ提高的细胞学机制之一。布氏田鼠褐色脂     

布氏田鼠冷暴露中褐色脂肪组织的增补及解偶联蛋白基因表达

布氏田鼠 (Microtusbrandti)随机分组暴露在冷环境 [12L∶12D ,(4± 2 )℃ ]中 12h ,1d ,3d ,7d ,14d ,2 1d和 2 8d ;对照组生活在温暖环境下 [12L∶12D ,(2 5± 2 )℃ ]。与对照组相比 ,布氏田鼠的褐色脂肪组织 (BAT)重量在冷暴露 12h～ 3d时降低 ,7～ 2 1d时则增加。 7～ 2 8d冷暴露组动物的BAT总蛋白和总DNA含量均比对照组明显提高。冷环境中的布氏田鼠解偶联蛋白 (UCP)的mRNA随时间的延长而表达上调 ,在冷暴露 2 1d时达到高峰。结果表明 ,冷暴露能够诱导布氏田鼠BAT细胞增补和UCP基因表达 ,从而使适应性产热增加。     

光周期和温度对布氏田鼠产热的影响

布氏田鼠（Ｍｉｃｒｏｔｕｓ ｂｒａｎｄｔｉ）分组驯化在：（１）长光照温暖环境（ＬＷ，１６Ｌ：８Ｄ，２５℃）；（２）长光照 低温环境（ＬＣ，１６Ｌ：８Ｄ，５℃）；（３）短光照温暖环境（ＳＷ，８Ｌ：１６Ｄ，２５℃）；（４）短光照低温环境（ＳＣ， ８Ｌ：１６Ｄ，５℃）。驯化四周后，长光照动物的体重比短光动物的体重有增加的趋势；四组动物的体温 没有明显差异；低温和短光照均促使静止代谢率（ＲＭＲ）增加；ＳＣ组动物的非颤抖性产热（ＮＳＴ）高 于ＬＷ组。低温诱导肝和褐色脂肪组织（ＢＡＴ）细胞线粒体蛋白增加，短光照再度地增强此作用。短 光照诱导肝细胞线粒体状态－４及状态－３呼吸活力增加，低温没有明显作用。低温和短光照均刺激肝 和ＢＡＴ线粒体细胞色素Ｃ氧化酶活力提高，但后者作用强度大于前者。低温明显激活ＢＡＴ线粒体 的ａ－磷酸甘油氧化酶的活力，短光照无明显影响、结果表明：低温和短光照均能提高布氏田鼠的产 热能力，短光照与低温因子两者的协同作用增强了对布氏四鼠热能代谢的调节。     

锡林郭勒草原布氏田鼠数量的周期性和啮齿动物群落的演替

根据内蒙古阿巴嗄旗那仁宝力格苏木１９７９－１９９７年啮齿动物监测资料,利用变动指数（Ｓ）,得知布氏田鼠密度的年际动态具有一定的周期性,１９８９－１９９７年共捕啮齿动物１０种,其中田鼠占８８．４５％,达乌尔鼠兔占５．３７％。总密度（单位面积上啮齿动物的密度之和）、田鼠密度、鼠兔密度间均呈正相关,回归模型为：总密度＝０．８８０６＋１．００４８（田鼠密度）＋０．８７７９（鼠兔密度（Ｐ＝０．０００１）。田     

年龄对布氏田鼠和长爪沙鼠能量代谢的影响

能量代谢对动物的存活和繁殖等生活史特征具有重要的调控作用.布氏田鼠(Lasiopodomys brandtii)和长爪沙鼠(Meriones unguiculatus)是内蒙古草原同域分布的两种啮齿动物,前者的体重和野外寿命要明显小于后者,这符合寿命随体型增大而增加的一般规律.本研究进一步探讨了随年龄增加,两种动物的能量代谢特征的改变.发现布氏田鼠的非颤抖性产热能力随年龄增加而降低,而长爪沙鼠的非颤抖性产热能力随年龄增加而保持稳定.布氏田鼠的摄食能力和身体脂肪储备随年龄增加而降低;而长爪沙鼠摄食能力不随年龄改变,脂肪储备则随年龄增加而增加.长爪沙鼠的基础代谢水平低于布氏田鼠,其繁殖成熟时间更长.本研究推测,这些随年龄而变的生理特征反映了两种动物不同的生活史对策:布氏田鼠更倾向于尽快繁殖,其他与生存相关的生理指标随年龄增加而迅速降低,而长爪沙鼠更倾向于将能量投资到较晚期的存活和繁殖.     

布氏田鼠体温调节能力的胎后发育

为探讨布氏田鼠幼体体温调节能力的发育特点,我们对其胎后发育过程中代谢产热和体温的变化进行了观察。测定记录了1—40日龄的布氏田鼠幼体在巢中的体温,在23℃和30℃条件下的静止代谢率,以及在23℃和30℃时暴露1．52h后体温的变化,计算了幼体的总热传导率和恒温指数,并测定了聚群对幼体代谢产热的影响。布氏田鼠是典型的晚成型发育类型,幼体出生时身体裸露,体温调节能力很差。17日龄前,幼体在23℃冷暴露1．5—2h不能维持恒定的体温,9—17日龄幼体的恒温能力发育迅速,1713龄后幼体在23℃时开始表现出有效的恒温能力。幼体发育过程中逐渐升高的恒温指数和逐渐下降的总热传导率,也反映了幼体不断增强的恒温能力。虽然幼体在发育早期恒温能力差,表现出变温性的特点,但代谢率的测定表明,即使刚出生的幼体也具有受到冷刺激而增加产热的反应。聚群实验结果表明,幼体的聚群行为在降低代谢率、节约能量方面有明显的作用。巢中幼体体温的测定表明,1—40日龄幼体体温逐渐升高的趋势明显,且始终保持在33℃以上。这些结果说明,布氏田鼠的幼体在生长发育过程中,主要靠细致的母体关怀、聚群行为、巢的保温作用以及自身较弱的产热能力来使体温维持在较高的水平,从而不会因体温过低而使幼体的生长速度降低[动物学报51（5）：780—789,2005]。     

布氏田鼠在冷暴露条件下褐色脂肪组织产热的神经内分泌调节

为了解野生小哺乳动物在冷暴露条件下褐色脂肪组织产热的调节机理 ,雄性布氏田鼠随机分为常温对照组 ( 2 4± 2℃ ,12L∶12D) ,冷暴露 1天、 1周和 4周组 ( 4± 1℃ ,12L∶12D ,分别处理 1天、 1周和 4周 ) ,驯化处理结束后测定下丘脑—垂体—甲状腺 (HPT)轴和下丘脑 -垂体 -肾上腺 (HPA)轴的中枢和外周激素及血清去甲肾上腺素含量。结果表明 :( 1) ,冷暴露布氏田鼠HPT轴持续处于激活状态 ,急性冷暴露下 ,由于下丘脑促甲状腺激素释放激素 (TRH)释放的增加而导致下丘脑TRH含量明显降低 ;慢性冷暴露后 ,下丘脑TRH的合成和经正中隆起 (ME)的释放显著增加 ,血清T3 水平随着冷暴露时间的延长而增加 ;( 2 )冷暴露持续激活布氏田鼠交感神经系统 ;( 3)急性冷暴露对布氏田鼠HPA轴的激活不明显 ,慢性冷暴露布氏田鼠HPA轴明显被激活 ,正中隆起促肾上腺皮质激素释放激素 (CRH)及血清皮质酮水平均增加 ,这可能是交感神经系统作用的结果 ;( 4 )下丘脑精氨酸加压素 (AVP)含量在冷暴露过程中变化不明显。冷暴露布氏田鼠的产热受到甲状腺激素、肾上腺皮质激素、交感神经等多种神经内分泌因素的综合调节     

低温驯化对布氏田鼠小肠黏膜结构和黏膜免疫相关细胞的影响

环境温度的变化影响野生啮齿动物的消化道形态与功能。小肠是吸收营养成分的主要部位,其结构和功能具有可塑性。为了解小肠黏膜的结构和功能对环境温度变化的响应机制,以布氏田鼠为研究对象,比较了低温组和常温组动物小肠黏膜的组织结构和小肠黏膜免疫相关细胞的数目。结果显示：（1）低温组布氏田鼠的十二指肠、空肠和回肠的绒毛长度及绒毛长度与隐窝深度的比值均高于对照组;（2）低温驯化使布氏田鼠小肠上皮内淋巴细胞的数量增加;（3）低温驯化使布氏田鼠十二指肠、空肠和回肠的杯状细胞数量均显著增加。结果表明,在低温环境下布氏田鼠的小肠黏膜结构和免疫细胞的数量发生了可塑性变化,这可能与低温环境下的高能量需求和免疫功能的变化有关。     

光照和温度对根田鼠褐色脂肪组织产热能力的影响

测定了根田鼠在室内驯化2周后褐色脂肪组织（BAT）的蛋白含量、线粒体蛋白含量和细胞色素C氧化酶活性的变化。动物进行如下4种处理:23℃,16L:8D;23℃,8L：16D;5℃,16L：8D和5℃,8L:16D.。结果表明,短光照可刺激根田鼠的BAT线粒体细胞色素C氧化酶的活性增加;低温驯化可导致根田鼠的BAT线粒体蛋白含量增加;短光照加低温可进一步促进酶的活性增加。结合个体水平的产热特点,说明根田鼠在产热能力的季节驯化过程中,光周期是一主要的季节调节信号,环境温度进一步增强光照的作用,环境温度和光周期共同作用以诱导其产热能力等方面的生理调节。研究结果支持了环境温度和光周期共同作用以调节动物产热变化的学说。     

布氏田鼠和青海田鼠自然种群鼠疫抗性差异

目的以MHC class Ⅱ gene β基因为分子标记研究布氏田鼠和青海田鼠自然种群鼠疫抗性差异的遗传基础。方法对布氏田鼠和青海田鼠进行鼠疫菌攻毒试验,并对死亡和存活的两种田鼠MHC class Ⅱ gene β基因酶切后的等位基因频率和基因型频率进行比较分析。结果布氏田鼠种群鼠疫抗性个体Rsa Ⅰ E和Rsa Ⅰ F等位基因较高的频率具有重要统计学意义(抗性个体:0.3095、0.2738;易感个体:0.0571、0.0286);青海田鼠种群鼠疫抗性个体Rsa Ⅰ F等位基因较高的频率具有重要统计学意义(抗性个体:0.3704;易感个体:0.0682)。对布氏田鼠和青海田鼠MHC class Ⅱ gene β基因纯合型序列分析显示,青海田鼠和布氏田鼠MHC class Ⅱ gene β基因有68个多态(变异)位点,占26.1%;其中布氏田鼠39个,青海田鼠27个,二者存在12碱基的差异。序列分析显示,布氏田鼠MHC class Ⅱ gene β基因在第27、53、63、70、91、126、127、128、129、160、213、214、215位碱基上存在多态性;而青海田鼠在第27、53、63、126、127、128、129、160、213、214、215位碱基上存在多态性。Rsa Ⅰ酶切揭示,青海田鼠的MHCclass Ⅱ gene β基因缺少等位基因E,多态性低于布氏田鼠,这可能是两自然种群鼠疫抗性差异的分子机制。结论 MHC class Ⅱ gene β基因多态性可能与布氏田鼠和青海田鼠鼠疫抗性存在相关性;MHC class Ⅱ gene β基因和其他未确定的鼠疫抗性标记可为研究宿主进化和疾病动力学提供有用的生物学信息。     

不同去甲肾上腺素剂量下布氏田鼠非颤抖性产热比较

非颤抖性产热是小型哺乳动物的一种重要产热方式。关于其定量测定,一般采用注射去甲肾上腺素（norepinephrine,NE）诱导的最大耗氧量的方式获得。因此,去甲肾上腺素剂量的选择就显得很重要。我们利用常用的3 种经验公式计算剂量,即：（1）NE（mg / kg） = 2.53W^{- 0.4};（2）NE（mg / kg）= 3.3W^-0.458;和（3）NE（mg / kg）= 6.6W^{- 0.458},W 是体重（g）,以布氏田鼠为实验对象,测定了3 种剂量诱导的非颤抖性产热情况。结果表明,3 种剂量都能诱导出最大非颤抖性产热能力,在非颤抖性产热大小上没有显著性差异,分别为6.190±1.342（公式1）、6.166 ±0.852（公式2）和7.005 ±1.501（公式3）,但公式（3）剂量下体温增加程度显著高于前两个剂量,分别增加了1.9 ±0.9 ℃（公式3）、0.9 ±0.2 ℃（公式1）和0.7 ±0.2 ℃（公式2）。为了防止动物体温过高引起死亡,我们推荐公式（1）和（或）（2）。     

繁殖季节和非繁殖季节布氏田鼠种群参数

在繁殖季节（6月份）和非繁殖季节（10月份）,采集了内蒙古自治区阿尔善宝力格地区的布氏田鼠样本,比较其种群参数与生理指标,探讨了布氏田鼠社群结构和生理特征的季节性差异,并分析了原因。结果表明,布氏田鼠的年龄组成和性比存在明显的季节差异：繁殖季节洞口系数小,种群性比接近1,主要由当年新生鼠和越冬鼠组成;非繁殖季节洞口系数大,种群性比偏雄,主要由当年新生鼠组成。繁殖器官在繁殖季节显著大于非繁殖季节,保持了更高活性。非繁殖季节个体的胴重比更高,且雄鼠高于雌鼠,表明非繁殖季节个体和雄鼠具有更好的营养状态;同时,非繁殖季节个体具有更小的肾上腺和更大的脾脏,说明非繁殖季节中的布氏田鼠表现出更低的应激状态和更强的免疫能力。这些研究结果表明,布氏田鼠的种群参数和生理特点具有明显的季节性特点,这与不同季节中布氏田鼠采取的生存策略有着紧密联系。     

内蒙古典型草原布氏田鼠营养生态位及其种间关系

研究啮齿动物营养生态位不仅可以了解啮齿动物在生态系统中所占据的营养层,而且可以揭示啮齿动物不同生长发育时期的主要食物来源及变化,通过分析营养生态位的特征及变化,可以探讨多种啮齿动物的种间关系。本研究于2018年7月,在内蒙古典型草原采用铗日法捕获啮齿动物标本4种81只,应用稳定性¹³C、¹⁵N同位素技术对布氏田鼠（Lasiopodomys brandtii）营养生态位及其与达乌尔黄鼠（Spermophilus dauricus）、黑线毛足鼠（Phodopus sungorus）、五趾跳鼠（Allactaga sibirica）的种间关系进行研究。结果表明：（1）布氏田鼠不同年龄组骨骼组织营养生态位宽度即稳定同位素贝叶斯标准椭圆面积,Ⅲ龄组最高（0.802‰²）,Ⅱ龄组次之（0.699‰²）,Ⅳ龄组最低（0.666‰²）,3个年龄组之间营养生态位共同重叠面积为0.064‰²,其共同食物源仅占不到10%;（2）布氏田鼠无论是长期食性或短期食性,与另外3种均不存在食物源竞争,但布氏田鼠生态位宽度较窄对食物的选择性较强,因此一旦食物源成分改变不再适于该鼠,布氏田鼠种群极有可能面临食物源短缺,种群迁移可能是最直接的选择。