FMS實驗(yan)動(dong)物代謝(xie)表型(xing)測(ce)量(liang)技術(shu)方案

小(xiao)鼠(shu)等(deng)實(shi)驗(yan)動(dong)物能量(liang)代謝(xie)測(ce)量(liang)已日益成(cheng)為生物醫學(xue)、健康醫(yi)學(xue)研究(jiu)的重要(yao)實(shi)驗(yan)技(ji)術(shu)手段，是(shi)實(shi)驗(yan)動(dong)物能量(liang)代謝(xie)表型(xing)分析（Metabolic phenotyping）的儀器技(ji)術(shu)。與(yu)市場(chang)上不同(tong)品牌(pai)昂(ang)貴(gui)復雜的動(dong)物能量(liang)代謝(xie)測(ce)量(liang)系統(tong)相(xiang)比, FMS實驗(yan)動(dong)物代謝(xie)表型(xing)測(ce)量(liang)系統(tong)具(ju)備(bei)如(ru)下優(you)勢特點(dian)：

1.高性(xing)價(jia)比，集(ji)氣(qi)體(ti)采樣、分析記錄(lu)與(yu)存儲(chu)於壹體(ti)（適於連(lian)續式(shi)&間(jian)斷式測(ce)量(liang)）

2.便(bian)攜(xie)性(xing)強，方(fang)便(bian)實驗(yan)室(shi)內(nei)、不同(tong)實驗(yan)室(shi)間、實驗(yan)室(shi)及戶外(wai)獨(du)立(li)實(shi)驗(yan)、檢(jian)測(ce)、快(kuai)速代謝(xie)測(ce)量(liang)等

3.配(pei)置(zhi)靈(ling)活(huo)，既(ji)可(ke)用作(zuo)便(bian)攜(xie)式(shi)能量(liang)代謝(xie)測(ce)量(liang)，又可方便(bian)地配(pei)置(zhi)組(zu)成(cheng)多(duo)通(tong)道(dao)實(shi)驗(yan)動(dong)物能量(liang)代謝(xie)測(ce)量(liang)系統(tong)

4.高分辨率、高靈(ling)敏(min)度(du)測(ce)量(liang)監測(ce)CO2、O2、H2O（水分壓或水汽(qi)濃(nong)度(du)）、溫(wen)度(du)並(bing)分析CO2產生率、耗氧率、水分喪(sang)失(shi)率（RWL）、熱傳導(dao)等(deng)

5.多(duo)功能(neng)、高適(shi)配(pei)性，可配(pei)置(zhi)測(ce)量(liang)小(xiao)鼠(shu)、大鼠(shu)等(deng)不同(tong)實驗(yan)動(dong)物能量(liang)代謝(xie)，可適(shi)配(pei)不同(tong)代謝(xie)籠(long)及呼(hu)吸室(shi)，可配(pei)置(zhi)植(zhi)入(ru)式(shi)生理生態數據(ju)采(cai)集(ji)器同(tong)步(bu)采集(ji)體(ti)溫(wen)、心(xin)率及動(dong)物活(huo)動(dong)

應用案例：荒(huang)漠鹿鼠(shu)晝(zhou)夜(ye)代(dai)謝(xie)節律(lv)的環(huan)境驅動(dong)因(yin)素

受美(mei)國國立(li)衛生院（NIH）下屬國立(li)普(pu)通(tong)醫(yi)學(xue)科學(xue)研究(jiu)所（NIGMS）的項目支(zhi)持，University of Newhampshire 分子(zi)、細(xi)胞(bao)和(he)生物醫學(xue)科學(xue)系Matthew D. MacManes教(jiao)授團(tuan)隊(dui)利(li)用FMS代(dai)謝(xie)表型(xing)分析技術(shu)（配(pei)置(zhi)為8通(tong)道(dao)能(neng)量代謝(xie)表型(xing)分析系統(tong)）研究(jiu)了適(shi)應於荒(huang)漠環(huan)境的荒(huang)漠鹿鼠(shu)的晝夜(ye)代(dai)謝(xie)節律(lv)（circadian metabolism）。  

24小(xiao)時晝夜(ye)節(jie)律(lv)模(mo)擬(ni)參見(jian)上(shang)右(you)圖(tu)，光照(zhao)16小(xiao)時（淺(qian)灰(hui)色）、黑暗8小(xiao)時（深灰色），晝夜(ye)變(bian)化(hua)處理(li)（黃(huang)色）、恒暖(nuan)處理(li)（橙(cheng)色）和(he)恒冷處理(li)（藍(lan)色），溫(wen)度(du)用實線(xian)表示(shi)，相對(dui)濕(shi)度(du)（RH）用虛線表示(shi)，T1、T2分別為早晨(chen)過渡(du)和(he)晚(wan)間(jian)過渡(du)期。

代(dai)謝(xie)表型(xing)分析（Metabolic phenotyping）：通(tong)過8籠(long)舍(she)FMS系統(tong)連(lian)續72小(xiao)時測(ce)量(liang)84只小(xiao)鼠(shu)（雌(ci)、雄個體(ti)各(ge)42只）的耗氧率（VO2）、二(er)氧化(hua)碳(tan)產生率（VCO2）、水分代(dai)謝(xie)量（mg）、呼(hu)吸商(shang)（RQ）以及總能(neng)量(liang)消(xiao)耗（TEE），並(bing)記錄(lu)溫(wen)控箱內(nei)的大氣(qi)壓、溫(wen)度(du)和(he)相對濕(shi)度(du)。

下圖(tu)為三(san)個(ge)處理(li)組(zu)（上、中(zhong)、下分別為：Variable，晝(zhou)夜(ye)變(bian)化(hua)處理(li)組(zu)；Warm，恒暖(nuan)處理(li)組(zu)；Cool，恒冷(leng)處理(li)組(zu)）中雄性和(he)雌(ci)性鹿(lu)鼠(shu)在(zai)24小(xiao)時周(zhou)期內(nei)的TEE、RQ及(ji)RWL（呼(hu)吸水分喪(sang)失(shi)）。黑色虛線為每(mei)日溫(wen)度(du)變化(hua)，呼(hu)吸商(shang)RQ圖(tu)中的黑色實線(xian)表示(shi)食物商(shang)（FQ=0.89），白(bai)線是平(ping)滑(hua)的局部加(jia)權回歸(gui)（LOESS）。

研究(jiu)結果(guo)表明，荒(huang)漠鹿鼠(shu)存(cun)在(zai)明顯(xian)的性別二(er)態性表型(xing)差異(yi)，雄性比雌(ci)性更容(rong)易(yi)脫(tuo)水；在晝(zhou)夜(ye)節(jie)律(lv)環(huan)境變化(hua)下，大多(duo)數代(dai)謝(xie)變化(hua)發(fa)生在物理環(huan)境變化(hua)之前(qian)，這(zhe)種變化(hua)節(jie)律(lv)被(bei)兩種恒定(ding)處理(li)（恒(heng)暖與(yu)恒冷(leng)）所打(da)亂(luan)。在(zai)晝(zhou)夜(ye)變(bian)化(hua)的條件(jian)下，呼(hu)吸商(shang)僅(jin)在晝夜(ye)變(bian)化(hua)中(zhong)的光相時（“白(bai)天(tian)"）達到1.0以上，這(zhe)意味著脂肪合成(cheng)促(cu)成(cheng)了能(neng)量和(he)內(nei)源性水的產生。研究(jiu)結果(guo)與(yu)該(gai)物種晝夜(ye)節(jie)律(lv)的歷史(shi)描(miao)述(shu)壹致（白(bai)天(tian)遲(chi)鈍(dun)，夜(ye)間(jian)活(huo)躍），但(dan)不支(zhi)持如(ru)下假(jia)設：即(ji)不活(huo)躍是由食(shi)物限制(zhi)或負(fu)水平(ping)衡(heng)引(yin)發。

參考文(wen)獻

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.

2.Colella J P , Blumstein D M , MD Macmanes. Disentangling environmental drivers of circadian metabolism in desert-adapted mice[J]. J Exp Biol (2022)

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)