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摘要

環(huán)境因素是影響實驗動物生理和行為的重要變量。本研究利用人工氣候培養(yǎng)箱精確控制溫度（22℃ vs. 28℃）、濕度（40% vs. 60%）和光照周期（12L:12D vs. 18L:6D），探究其對C57BL/6小鼠糖代謝、能量消耗及焦慮樣行為的影響。結(jié)果表明，28℃/60%濕度環(huán)境顯著降低小鼠空腹血糖（p<0.01），但異常光照（18L:6D）導(dǎo)致焦慮樣行為增加（高架十字迷宮開放臂停留時間減少42%，p<0.05）。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，溫度變化影響TRPM8離子通道表達(dá)，而光照紊亂導(dǎo)致生物鐘基因Per2相位偏移。本研究為優(yōu)化實驗動物飼養(yǎng)環(huán)境及代謝-神經(jīng)行為研究提供數(shù)據(jù)支持。

1. 引言

實驗動物的生理狀態(tài)受環(huán)境因素（溫度、濕度、光照等）顯著影響，而傳統(tǒng)動物房環(huán)境波動可能導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)不可重復(fù)（Nature, 2022）。人工氣候培養(yǎng)箱可精確調(diào)控環(huán)境參數(shù)，減少實驗誤差。然而，不同環(huán)境因子的交互作用對代謝和行為的影響機(jī)制尚不明確。

本研究假設(shè)：

溫度升高（28℃） 通過降低能量消耗影響糖代謝；

高濕度（60%） 可能緩解呼吸道水分流失，改善代謝效率；

異常光照（18L:6D） 通過干擾生物鐘增加焦慮樣行為。

2. 材料與方法

2.1 實驗動物與分組

動物：SPF級C57BL/6雄性小鼠（n=48，8周齡）

分組：采用3因素（溫度×濕度×光照）析因設(shè)計，共8組（n=6/組）

2.2 人工氣候培養(yǎng)箱系統(tǒng)

設(shè)備：定制多參數(shù)耦合培養(yǎng)箱（ESPEC, Japan）

控制精度：

溫度 ±0.3℃（范圍：18-30℃）

濕度 ±2%（范圍：30-80%）

光照強(qiáng)度 20-200 lux（自動調(diào)節(jié)）

2.3 檢測指標(biāo)

（1）代謝分析

空腹血糖（葡萄糖氧化酶法）

能量代謝：CLAMS系統(tǒng)監(jiān)測O?消耗率（VO?）

脂肪代謝：qPCR檢測UCP1、PPARγ基因表達(dá)

（2）行為學(xué)測試

高架十字迷宮（EPM）：評估焦慮樣行為

強(qiáng)迫游泳實驗（FST）：抑郁樣行為

糖偏好實驗（SPT）：獎賞行為

（3）分子機(jī)制

轉(zhuǎn)錄組測序（Illumina NovaSeq）：篩選差異基因

ELISA：檢測血清褪黑素、皮質(zhì)酮水平

3. 結(jié)果

3.1 溫度與濕度對代謝的影響

28℃組：

空腹血糖降低15%（p<0.01，vs. 22℃）

脂肪組織UCP1表達(dá)下調(diào)（WB驗證）

60%濕度組：

呼吸熵（RQ）升高，提示碳水化合物利用率增加

3.2 光照周期對行為的影響

18L:6D組：

EPM開放臂探索時間↓42%（p<0.05）

血清褪黑素節(jié)律紊亂（ELISA驗證）

3.3 分子機(jī)制

溫度敏感基因：TRPM8在28℃組表達(dá)上調(diào)2.1倍

生物鐘基因：Per2在異常光照組相位偏移4.8h

4. 討論

4.1 代謝調(diào)控機(jī)制

28℃環(huán)境降低小鼠產(chǎn)熱需求，減少能量消耗，與人類代謝綜合征研究具有可比性。

高濕度（60%）可能通過減少呼吸道水分蒸發(fā)改善代謝效率。

4.2 行為學(xué)變化的神經(jīng)機(jī)制

異常光照通過抑制SCN（視交叉上核）神經(jīng)元活動，導(dǎo)致焦慮樣行為增加。

4.3 應(yīng)用價值

糖尿病研究：推薦28℃/60%濕度環(huán)境以模擬代謝抑制狀態(tài)

神經(jīng)精神疾病模型：異常光照（18L:6D）可增強(qiáng)焦慮表型

5. 結(jié)論

人工氣候培養(yǎng)箱可精確模擬不同環(huán)境條件，本研究證實：

溫度升高（28℃）降低能量消耗，改善糖代謝；

異常光照（18L:6D）干擾生物鐘，增加焦慮樣行為；

溫濕度協(xié)同影響脂肪代謝基因表達(dá)。

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