达乌尔黄鼠的资源利用及模式动物化研究进展

达乌尔黄鼠(Spermophilus dauricus)是我国研究冬眠的主要动物模型,具有适应极端低体温、低代谢以及抗缺血-再灌注损伤、抗废用性肌萎缩等生理特点,并且具有独特的体脂积累和耐受机制。这些生理特征在临床及航天领域的应用中具有重要借鉴意义和研究价值。达乌尔黄鼠的模式动物化有助于对上述生理机制进行深入探究。本文综述了达乌尔黄鼠的生物学特征及其在临床与航天应用的研究价值,介绍了目前国内达乌尔黄鼠在实验室和野外的繁殖和实验动物化的进展,展望了将该物种模式动物化的前景及其关注点。

冬季和夏季达乌尔黄鼠下丘脑c-Fos、nNOS和NPY表达及血清激素水平比较

动物通过中枢和外周信号的相互作用调节食欲,达乌尔黄鼠(Spermophilus dauricus)是一种典型的贮脂类冬眠动物。为探究动物冬眠期调节食欲的神经内分泌反应与夏季活动期相比有何不同,通过免疫组织化学方法比较冬季和夏季达乌尔黄鼠下丘脑c-Fos、神经元型一氧化氮合酶(n NOS)以及神经肽Y(NPY)表达,同时用酶联免疫方法检测血清中调节食欲的胃饥饿素(GHRL)和促肾上腺激素释放激素(CRH)浓度。结果发现:冬季达乌尔黄鼠下丘脑弓状核(ARC)、室旁核(PVN)、腹内侧核(VMH)、下丘脑外侧区(LHA)和背内侧核(DMH)的c-Fos-IR神经元表达显著低于夏季;除ARC外,n NOS-IR神经元在其他脑区表达也显著低于夏季;冬季ARC和VMH的NPY-IR神经元表达显著低于夏季,但LHA表达高于夏季;冬季血清GHRL浓度显著低于夏季,但CRH浓度高于夏季。这些结果表明冬季达乌尔黄鼠下丘脑神经元活动减弱,NO、NPY、GHRL和CRH释放水平与夏季不同,呈现出对冬眠的生理性适应。该结果有助于认识冬眠动物中枢和外周对食欲的季节性调节。

达乌尔黄鼠冬眠期间体温的变化和冬眠模式

用植入式半导体温度记录元件iButton记录了达乌尔黄鼠冬眠季节及其前后的体温,分析了其冬眠模式和体温调节特点。结果显示:1)实验室条件下,达乌尔黄鼠冬眠季节长短的个体差异较大,可以分成深冬眠型、少冬眠型和不冬眠型三种类型;2)达乌尔黄鼠在冬季表现出深冬眠阵(最低体温Tbmin<20℃,冬眠阵的持续时间BD>24h)、短冬眠阵(Tbmin<20℃,BD≤24h)和日眠阵(Tbmin≥20℃,BD≤24h)3种类型,最低体温分别为2.54℃±0.35℃、10.05℃±1.97℃和23.09℃±0.40℃,彼此之间差异显著。日眠阵阵间产热阶段的最高体温为38.09℃±0.17℃,高于深冬眠阵(37.31℃±0.15℃)和短冬眠阵(37.22℃±0.31℃);3)深冬眠阵和日眠阵中最低体温均与环境温度显著相关,冬眠过程中的最低体温为-2.43℃;4)深冬眠过程中,多数个体可以短时(≤3h)耐受-2℃～0℃的低温,激醒或继续维持深冬眠,无致死效应,但长时间(15h)或过度低温(-5℃以下)的条件下,深冬眠的达乌尔黄鼠被激醒(70%)或死亡(30%),不能持续冬眠;5)入眠前10d的体温日波动幅度显著增加,高于出眠后的日体温波动,且多数个体入眠前出现体温的"试降"。表明,冬眠前入眠的准备阶段,动物的体温调节已开始发生变化;冬季日眠的调节机制可能与冬眠不同;短时-2℃～0℃的低体温对深冬眠的达乌尔黄鼠无致死效应。

达乌尔黄鼠实验室饲养、繁殖及其冬眠阵

为探索实验室条件下达乌尔黄鼠饲养与繁殖的方法及冬眠阵的发生规律,参照野生黄鼠冬眠洞穴的主要生态环境参数,建立人工冬眠屋,采用传统锯末技术记录冬眠阵。结果显示:(1)处于春季繁殖期的黄鼠应以大鼠饲料为主,辅以少量黄瓜等,夏季活跃期交叉饲喂大鼠饲料与兔饲料,辅以多水的瓜果蔬菜,秋季育肥期以大鼠饲料为主,辅以高脂肪高蛋白的花生、豆类等。(2)雌鼠怀孕期为28d左右,哺乳期约一个月,雌鼠每窝产仔4～8只,平均5.52只;初生幼鼠两周内忌换垫料,并避免将异味带入鼠房。(3)黄鼠冬眠期从当年11月下旬至次年3月上旬,平均93.95d;冬眠阵睡眠时长平均7.44d,阵间激醒时长平均1.36d,睡眠天数占整个冬眠期的89.9%;整个冬眠期,黄鼠冬眠阵平均7.55个。(4)2009年秋至2011年春季,自野外共捕回黄鼠185只,存活146只,存活率78.9%。在2006、2009和2011年的黄鼠繁殖期,共配对25对,产仔138只,成活92只,成活率为66.7%。结果表明,野生达乌尔黄鼠可在人工饲养条件下实现繁殖,并可在人工冬眠屋成功冬眠。

达乌尔黄鼠冷暴露、冬眠及激醒时的外周甲状腺激素水平变化

探讨了达乌尔黄鼠在冷暴露、冬眠及激醒时的外周甲状腺激素水平变化和激素代谢。达乌尔黄鼠在非冬眠季节 ( 7～ 8月 )冷暴露 ( 4℃± 2℃ ) 1天 ,导致血清T3和T4浓度迅速增加 ,T3/T4不变 ;经 4周冷驯化后 ,T3维持在高水平上 ,T4降低 ,T3/T4增加 ,外周组织中的T4脱碘酶活性升高。表明冬眠动物与非冬眠动物的甲状腺机能及其激素代谢的冷适应性调节一致。在冬眠季 ( 12～ 1月 )的冬眠和激醒过程中 ,外周组织的T4脱碘酶活性、血清T3和T4水平比常温达乌尔黄鼠的高 ,显著高于夏季的水平 ,T3/T4不变。表明达乌尔黄鼠甲状腺机能及其激素水平存在季节性变化。

达乌尔黄鼠冬眠模式年龄性别差异的实验研究

野外环境中达乌尔黄鼠冬眠的模式存在年龄性别的差异,为研究这种差异是否与冬季可利用的能量有关,我们将动物按年龄和性别分为成年雄性、成年雌性、亚成年雄性和亚成年雌性4组,在实验室条件下监测冬眠前能量贮存和冬眠季节冬眠模式和体重的变化。结果表明:达乌尔黄鼠的入眠和出眠时间基本为先雄性后雌性,先成年后亚成年;成年黄鼠冬眠季节的持续时间和深冬眠的累计时间短于亚成年组,与野外的研究基本一致。代表能量贮存量的最大体重值为成年大于亚成年,雄性大于雌性;最大体重出现时间也是先雄性后雌性,先成年后亚成年,这与冬眠模式的年龄性别差异相一致。达乌尔黄鼠冬眠模式的年龄性别差异本质上可能受体内能量的贮存状况的影响,黄鼠能够利用可利用的能量减少冬眠表达。

达乌尔黄鼠入眠准备期的体温、代谢率及能量特征

贮脂类动物在冬眠前大量积累脂肪来准备冬眠,并在入眠时迅速降低体温和代谢率。为探究入眠准备期达乌尔黄鼠体温、代谢率、呼吸商及能量代谢的变化,将其入眠准备期分为育肥期、体重高峰期、育肥后期和冬眠前的试降期,使用植入式半导体温度记录元件i Button、开放式代谢仪和改进的代谢笼,监测其体温、代谢率及呼吸商和能量摄入的变化。结果显示:(1)达乌尔黄鼠体温在冬眠前13-34 d开始下降,远早于冬眠但晚于体重高峰期;体重高峰期体温有降低的趋势,持续时间为1-3 d;育肥后期体温显著下降,体温日波动幅度增加。(2)体重高峰期的静止代谢率高于育肥期,育肥后期有降低的趋势,试降期最低。(3)呼吸商在体重高峰期先升高,之后迅速衰减;入眠准备期的能量摄入在体重达高峰期前达到最大值。结果表明,达乌尔黄鼠在入眠准备期,其体温和代谢率已开始降低,能源物质已开始转变;体重高峰期可能是达乌尔黄鼠入眠的一个转折点或启动入眠的开关。

达乌尔黄鼠种群繁殖特征的研究

本文主要报道山西省汾阳和曲沃地区以及陕西省合阳和延长地区的达乌尔黄鼠(Sperm-ophilus dauricus)种群的繁殖特征。在曲沃和合阳地区,该鼠3月中旬开始交尾;在汾阳和延长地区则始于3月下旬交尾。雌体妊娠的高峰期在4月下旬至5月上旬,雄体比雌体提前10天左右进入繁殖高峰期。平均胎仔数因地区而异,合阳地区最高(5.43±0.15),次为曲沃、汾阳,延长地区最低(4.65±0.24)。

达乌尔黄鼠冬眠期与非冬眠期的产热活性及激素调节

测定了达乌尔黄鼠 (SpermophilusDauricus)冬季冬眠时和秋季非冬眠时的产热活性及其激素调节 .达乌尔黄鼠下丘脑促甲状腺激素释放激素 (TRH)冬眠时含量显著高于非冬眠时的 ,血清中三碘甲腺原氨酸 (T3)、甲状腺素 (T4 )质量浓度也有明显增加 .表明达乌尔黄鼠下丘脑甲状腺轴激素水平和功能存在季节性变化 ,冬眠时该轴是激活的 ,这个轴的激活 ,有利于黄鼠冬眠觉醒中褐色脂肪组织 (BAT)的产热 .冬眠时达乌尔黄鼠下丘脑促肾上腺激素释放激素 (CRF)的质量分数、肾上腺皮质酮的质量分数和肾上腺质量明显比非冬眠季节的个体低 .表明达乌尔黄鼠在冬眠过程中 ,下丘脑CRF 肾上腺轴受到抑制 ,从而解除了对BAT产热的抑制作用 .

实验室条件下达乌尔黄鼠的越冬繁殖

达乌尔黄鼠(Spermophilus dauricus)是国内研究冬眠生理学的主要模式动物,且日益为医学研究所关注。实验室条件下繁殖种群具有明确生活史特征,是相关研究的理想对象,但以往研究中,达乌尔黄鼠实验室条件下繁殖成功率及后代成活率均很低。本研究通过采取丰富饲料种类、雄性出眠后的暖温暂养、"双笼配对"等措施,对实验室条件下越冬达乌尔黄鼠进行配对,从21对动物中成功繁殖出18窝子代,繁殖成功率85.7%。78只子代饲养至3月龄,仍有67只存活,存活率为85.9%。通过本实验,得出改进达乌尔黄鼠实验室条件下繁殖的主要措施如下:(1)繁殖期母鼠及发育期幼鼠,除饲喂标准大鼠饲料外,适量添加幼犬粮、胡萝卜,以补充营养;(2)出眠的雄性达乌尔黄鼠放入18℃房间暂养2周,有助于其性腺发育,促进繁殖成功;(3)"双笼配对"能有效地降低外界干扰,减少动物的杀婴行为。

瘦素在育肥后达乌尔黄鼠能量平衡及体温调节中的作用

育肥完成后到冬眠前的阶段被认为是贮脂类冬眠动物从体温常态到冬眠之间的过渡阶段。为研究此阶段瘦素对能量平衡和体温调节的作用,将完成育肥的达乌尔黄鼠随机分成3组,分别在侧脑室植入微渗透泵,持续灌注瘦素(0.5μg/day)、瘦素拮抗剂(0.5μg/day瘦素+5μg/day瘦素拮抗剂)以及人工脑脊液(对照组),为期4周。为了检测瘦素对动物入眠的影响,我们在药物处理最后一周将动物移入低温(5℃±1℃)、恒黑条件下诱导蛰眠。药物处理过程中测定动物体重、能量摄入、代谢率和体温,药物处理结束后测定身体脂肪重量、褐色脂肪组织中解偶联蛋白1(UCP1)含量以及血清中与能量平衡相关的激素水平。结果发现:育肥后达乌尔黄鼠能量摄入、体重和每日体温自发降低。低温条件下,对照组中50%个体自发进入冬眠状态。瘦素处理和瘦素拮抗剂处理对能量摄入和体重变化没有显著影响。瘦素处理对入眠率没有影响,瘦素拮抗剂处理减少蛰眠表达。瘦素拮抗剂组血清中T4水平高于瘦素处理组。育肥后期瘦素以及瘦素拮抗剂处理对脂肪重量、代谢率以及UCP1含量没有显著影响。结果表明,瘦素对育肥结束后达乌尔黄鼠的冬眠表达具有一定调节作用。

短光照诱导达乌尔黄鼠产热

本文通过测定静止代谢率(RMR)、非颤抖性产热(NST)、线粒体呼吸酶、脂肪代谢酶活力、褐色脂肪组织(BAT)线粒体GTP结合能力、下丘脑促甲状腺激素释放激素(TRH)和促肾上腺激素释放激素(CRH)等指标,探讨短光照对达乌尔黄鼠产热的诱导和调节。结果表明,温暖(22℃)短光照(8D∶6L)组,达乌尔黄鼠的RMR、NST、肝脏和BAT线粒体细胞色素C氧化酶活力以及BAT线粒体GTP结合能力均明显高于温暖长光照(16D∶8L)组中的动物,而体重、BAT重量、肝细胞呼吸、BATα-磷酸甘油氧化酶活力则没有明显变化。短光照组黄鼠下丘脑TRH水平显著高于长光照组,而血清中三碘甲腺原氨酸(T3)及甲状腺素(T4)浓度、T3/T4以及BAT中T4-5’脱碘酶的活性没有明显变化。短光照组黄鼠下丘脑CRH水平显著高于对照组,而肾上腺皮质酮含量无明显变化。结果表明短光照能够诱导达乌尔黄鼠产热增加,主要是通过激活细胞色素C氧化酶活性和增加BAT中解偶联蛋白浓度;短光照可能激活下丘脑TRH和CRH,但它们没有直接诱导产热增加,推测其增加了黄鼠潜在的产热能力。

达乌尔黄鼠实验动物化研究

[目的]为达乌尔黄鼠的实验动物化研究奠定理论基础。[方法]分析达乌尔黄鼠的生物学、生态学特征及试验研究进展。[结果]达乌尔黄鼠是小型地栖松鼠类的一种,体长约200mm,体重212～443g,主要栖居于草原、耕地及景观开阔地区,以植物性食物为主。达乌尔黄鼠是群居性动物,每年繁殖1次,繁殖高峰期是4月下旬至5月上旬,其在一个地区内的生活环境,在不同季节内有很大的变化。达乌尔黄鼠为冬眠动物。黄鼠一天内的活动情况随着温度的变化而变化。达乌尔黄鼠88.8%组织器官的元素含量差异极显著,其冬眠期的静止代谢率仅为春季的3.0%。除黄疸指数外,成、幼鼠的8项生化指标值均差异极显著。[结论]该研究为建立冬眠实验动物模型提供了理论依据。

达乌尔黄鼠室内繁殖的可能影响因素

繁殖活动是种群延续的基础,也是种群生态学和行为生态学研究的一个重要部分,动物是否能够繁殖成功将影响到整个种群的生存和灭亡。按照现代生活史原理,繁殖成功率决定于环境因素、性成熟的年龄、繁殖次数、婚配制度、个体所处的社会等级地位等。物种为了提高其自身的适合度,会根据环境和自身状况等条件来调整繁殖投入,进而影响其繁殖成功率。达乌尔黄鼠(Spermophilus daurious)广泛分布于我国西北、东北和华北地区,具有冬眠的生物学特性。很多生物学工作者和医学工作者都以其为模型动物,进行研究。为了使达乌尔黄鼠在实验室内繁殖成功,并将其实验动物化,结合国内外相关文献和实验室内环境,分析了可能会影响达乌尔黄鼠室内繁殖的因素并提出适当的对策,以便为该物种的实验室繁殖提供参考。

达乌尔黄鼠育肥过程和冬眠期白色脂肪组织糖代谢相关基因的差异表达

为研究贮脂类冬眠动物育肥过程和冬眠期糖代谢的机制,使用第二代转录组测序(RNA-Seq)技术,检测了达乌尔黄鼠起始育肥期、快速育肥期、育肥完成期和冬眠期4个阶段血糖含量和白色脂肪组织中与糖代谢途径相关基因的表达情况。结果显示,起始育肥期、快速育肥期、育肥完成期的血糖浓度无组间差异,但均高于冬眠期。与起始育肥期相比,快速育肥期的果糖-1,6-二磷酸酶基因表达下调了8.3倍,己糖激酶、醛缩酶和烯醇化酶等基因表达上调;育肥完成期与快速育肥期相比,果糖-1,6-二磷酸酶基因表达上调了9.6倍,醛缩酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和柠檬酸合酶等基因表达下调1.2-2倍;冬眠期己糖激酶、丙酮酸脱氢酶E1、醛缩酶、柠檬酸合酶和6-磷酸脱氢酶等基因的表达均明显下调。结果表明,己糖激酶等基因表达上调可能与达乌尔黄鼠快速育肥期的糖代谢增强直接相关;醛缩酶和柠檬酸合酶等基因表达下调可能是动物在育肥完成期发生糖代谢降低的原因;入眠后,己糖激酶、丙酮酸脱氢酶等基因的低表达可能是调控糖代谢降至极低的主要机制。达乌尔黄鼠在冬眠前的活跃期既已启动糖代谢通路在分子水平上的主动调控。

非冬眠期达乌尔黄鼠对低温的适应性产热

达乌尔黄鼠在夏季冷驯化低温环境下（５±１℃）暴露４周后，导致脂肪积累的抑制；其静止代谢率（ＲＭＲ）和非颤抖性产热（ＮＳＴ）分别提高了１２％和８５％；肝脏线粒体的蛋白含量、状态３呼吸和细胞色素Ｃ氧化酶活力分别提高了２２％、４２％和４８％，表明在低温环境下肝脏线粒体产热能力的增强是ＲＭＲ提高的细胞学机制之一；褐色脂肪组织（ＢＡＴ）的重量、蛋白含量、细胞色素Ｃ氧化酶活力和α－磷酸甘油氧化酶活力极显著提高，表明在低温环境下ＢＡＴ是达乌尔黄鼠的主要产热器官，ＢＡＴ产热能力的增强是ＮＳＴ提高的重要细胞学机制之一。冷驯化没有引起达乌尔黄鼠血清Ｔ３。

环境温度对达乌尔黄鼠冬眠模式和能量消耗的影响

为研究环境温度对动物冬眠的影响,在实验室不同环境温度下((5±2)℃,(15±2)℃,(25±2)℃)用植入式半导体元件记录了达乌尔黄鼠冬季的体温,监测了冬眠模式及能量消耗。结果显示环境温度不同时,达乌尔黄鼠冬眠的模式和能量消耗均有显著差异。在5℃下,动物均表现为深冬眠型;15℃下,动物表现为深冬眠型和少冬眠型;25℃环境下动物表现为较多少冬眠型和少量不冬眠型。在5、15和25℃冬眠期间总能量消耗分别为(3 722±217.82)kJ,(18 907±2 895.07)kJ,(30 542±2 146.40)kJ,差异显著(F(2,22)=45.198,P=0<0.01)。提示在冬眠动物的冬眠季节,从能量学角度来看,高的环境温度并不利于动物的越冬。

达乌尔黄鼠犁鼻器和副嗅球的组织结构及嗅球c-Fos表达的季节变化

啮齿动物的犁鼻器和副嗅球与社会通讯和生殖行为有关,主嗅球影响其觅食行为。达乌尔黄鼠(Spermoph⁃ilus dauricus)是一种具有较低社会行为的储脂类冬眠动物。本研究用组织学和免疫组织化学方法探究了其犁鼻器和副嗅球的结构特点及嗅球神经元活动对季节变化的适应。结果发现,达乌尔黄鼠犁鼻器具有较大的血管,犁鼻器管腔外侧为非感觉性的呼吸上皮(Respiratory epithelium,RE),内侧为感觉上皮(Sensory epithelium,SE),RE较SE薄,靠近管腔处为假复层柱状上皮。选取犁鼻器中间部位比较,发现SE的厚度、长度及感觉细胞密度均无性别差异。副嗅球位于主嗅球后方背内侧,由6层细胞构成。侧嗅束穿过副嗅球,位于颗粒细胞层之上。雄性达乌尔黄鼠较雌性有更长的僧帽细胞层和颗粒细胞层。春季(3月)和冬季(1月)达乌尔黄鼠主嗅球的嗅小球层、僧帽细胞层和颗粒细胞层的c-Fos-ir神经元密度显著低于夏季(7月)和秋季(10月),且冬季外网织层的c-Fos-ir神经元密度显著低于夏季和秋季,说明达乌尔黄鼠在冬季和春季的嗅觉神经活动较弱,呈现出对冬眠的生理性适应。这些结果丰富了动物犁鼻器和副嗅球的形态学资料,并有助于理解冬眠动物嗅觉系统对季节变化和冬眠的适应。

达乌尔黄鼠白色脂肪组织中多不饱和脂肪酸合成基因表达

多不饱和脂肪酸对哺乳动物细胞膜的结构和功能、免疫能力、脂肪代谢等具有重要的调控作用。为研究其在冬眠动物体内合成受基因表达调控的情况,使用第2代转录组测序技术,对达乌尔黄鼠(Spermophilus dauricuricus)的白色脂肪组织进行转录组测序,得到羟酰基辅酶A还原酶、烯酰辅酶A脱氢酶、Δ-5去饱和酶和Δ-6去饱和酶的碱基序列,并测得它们在起始育肥期、快速育肥期、育肥完成期和冬眠期4个阶段的差异表达情况。结果显示:羟酰基辅酶A还原酶在冬眠期表达上调,与起始育肥期差异显著;烯酰辅酶A脱氢酶在冬眠期的表达量也显著高于起始育肥期和快速育肥期;Δ-5去饱和酶和Δ-6去饱和酶在起始育肥期高表达。表明达乌尔黄鼠体内多不饱和脂肪酸的合成存在着基因表达的调控,可能以此来实现在不同生理时期对细胞膜流动性和免疫能力的调节。

育肥达乌尔黄鼠心脏肾脏未见脂肪异位积累

为了研究自然肥胖动物的肥胖与脂肪异位积累之间的联系,利用磷酸甘油氧化酶法(GPO-PAP法)和单试剂比色法(COD-PAP法)对育肥过程不同时期(起始育肥期,快速育肥期,育肥完成期)的达乌尔黄鼠(Spermophilus dauricus)主要器官心脏和肾脏中甘油三酯和胆固醇的含量进行了测定和分析。结果显示,不同育肥时期的达乌尔黄鼠心脏和肾脏中储存的甘油三酯和胆固醇含量均无明显差异。表明达乌尔黄鼠在育肥期即便体重大大增加,心脏和肾脏中都没有产生脂肪异位积累,可用作理想的动物模型来解释肥胖和代谢类疾病之间的关系,为今后治疗疾病提供重要的科学参考。