昭通绒鼠夏冬季节体重和产热特征的变化

杨押佐 贾 婷 张 浩 王政昆 朱万龙*

(1.云南省高校西南山地生态系统动植物生态适应进化及保护重点试验室，云南师范大学生命科学学院，生物能源持续开发利用教育部工程研究中心，云南省生物质能与环境生物技术重点试验室，昆明，650500；2.云南经济管理学院，昆明，650106)

当环境发生季节性变化时，小型哺乳动物(Mammalia)的体重也会发生变化[1]。野生小型哺乳动物体重的季节性变化模式主要分为稳定型、降低型和增加型[2]。季节性稳定型主要符合“调定点假说”(set-point hypothesis)，该假说最先由学者Kennedy[3]提出，即机体的体重调控中枢能够使体重值保持相对稳定。季节性降低型的动物在秋冬季或低温条件下体重降低，如黑线毛足鼠(Phodopussungorus)在秋季由于食物摄取量减少，体重也减少[4]。而季节性增加型则出现相反的趋势，秋冬季或低温条件体重增加。内脏器官和消化道的重量变化对动物的体重具有重要影响，因此可作为动物适应环境的重要指标，其重量的变化主要受到温度、食物质量等因素的影响[5]。例如，在低温环境中大绒鼠(Eothenomysmiletus)通过增加消化道和器官重量来确保机体的正常运行[6]。当发生季节变化时，高山姬鼠(Apodemuschevrieri)的身体组成和内脏器官重量同样会表现出季节性变化[7]。

代谢产热的适应性调节是小型哺乳动物适应环境变化的重要策略，其中，静止代谢率(resting metabolic rate，RMR)和非颤抖性产热(non-shivering thermogenesis，NST)在这一过程中具有重要作用[8]。研究表明，NST主要在小型哺乳动物的冷适应中起着关键作用[9]。例如，冷驯化条件下大绒鼠的NST增加，以抵抗低温环境的胁迫[10]。肝脏和褐色脂肪组织(brown adipose tissue，BAT)的总蛋白(total protein，TP)质量分数和线粒体蛋白(mitochondrial protein，MtP)质量分数以及相关酶活是研究哺乳动物产热特征的重要指标[11]。细胞色素C氧化酶(cytochrome c oxidase，COX)在细胞中主要负责催化分子氧的还原，其活性代表了细胞代谢强度的能力[12]。α-磷酸甘油氧化酶(α-glycerophosphate oxidase，α-GPO)主要分解代谢甘油三酯，能够反映细胞脂肪氧化分解作用的强弱[13]。

瘦素通过与下丘脑中的受体结合，可以抑制动物的食物摄入，改变自主神经活动，增加能量消耗[14]。下丘脑因其能调节相关食欲神经肽的表达、参与食欲调控而成为能量调节中枢[15]。主要的食欲神经肽包括促食类和抑食类神经肽，分别是神经肽Y(neuropeptide Y，NPY)、刺鼠相关蛋白(agouti related peptide，AgRP)、阿片促黑色素原(pro-opiomelanocortin，POMC)和可卡因-安他非明转录调节肽(cocaine and amphetamine regulated transcript peptide，CART)[16]。

昭通绒鼠(Eothenomysolitor)为啮齿目(Rodenria)，仓鼠科(Cricetidae)，绒鼠属，是中国的特有物种，主要分布于云南东北部(昭通)和西部等地，常见于高山耕地[17]。冬天，它主要以植物茎叶为食，夏天以农作物种子为食[18]。云南省昭通地区地势西高东低，有较完整的高原地貌，海拔为267—4 040 m，平均海拔为1 685 m；为典型的中温带气候和高原大陆季风气候，干湿季节分明，气温季节差异显著，年平均气温11.6℃，常年极端低温-8.3℃，年温差小，日温差较大[19]。本研究组之前的研究表明，在冷驯化条件下昭通绒鼠体重保持相对稳定，产热能力增加[20]。笔者主要研究昭通绒鼠夏季和冬季体重与产热特征的变化，旨在进一步探讨昭通绒鼠对其生活环境的适应策略。

1 材料与方法

1.1 试验动物

分别于2019年5月和11月捕自云南省昭通市周边的农田附近(27.3°N，103.6°E)。夏季和冬季样本各12只，其中夏季♀∶♂=8∶4；冬季♀∶♂=2∶10，均为健康的非繁殖期昭通绒鼠成年个体。捕回的动物于云南师范大学动物房进行单笼(26 cm×16 cm×15 cm)饲养，其环境光照为12L∶12D，且水食自取。捕回4 d内测定体重、食物摄入量、RMR和NST，试验后处死动物，测定血清瘦素质量浓度、内脏器官和消化道重量、体脂重量、肝脏和BAT中的生化指标以及下丘脑神经肽基因表达量。试验动物程序符合动物伦理并通过云南师范大学生命科学学院委员会的批准(13-0901-011)。

1.2 食物摄入量测定

采用食物平衡法[7]测定昭通绒鼠的食物摄入量，每日于09：00—10：00完成喂食，次日相同时间段收集剩余食物置于烘箱中60℃烘干至重量不变，每日食物摄入量=食物供给量-剩余食物量。

1.3 RMR和NST测定

采用小型哺乳动物代谢笼(PRO-MRMR-8 Sable Systems International Inc)测定昭通绒鼠的RMR。试验开始前先将动物置于小型哺乳动物代谢笼中适应30 min，监测和记录RMR。在RMR测定后，迅速取出试验动物，在肩胛间部位注射去甲肾上腺素(NE)，注射剂量经预备试验确定为0.8 mg/kg，注射完再放回代谢笼内测定NST，持续测定30 min，最大持续耗氧量出现时即为动物的NST[21]。

1.4 血清瘦素质量浓度测定

试验动物处死后迅速取血，取出的血液于冰箱中4℃静置1 h后，4 000 r/min离心30 min，取出上层血清置于-80℃超低温冰箱保存，采用美国Linco公司生产的瘦素放射免疫分析试剂盒测定血清瘦素质量浓度，具体参照叶芳艳等[22]的方法。

1.5 内脏器官和消化道重量测定

取完血后，进行试验动物的解剖，取出心脏、肝脏、脾、肺、肾、BAT以及胃肠道(胃、小肠、盲肠、大肠)等内脏器官，用分析天平称重(±1 mg)。同时称量胴体重。

1.6 体脂重量测定

参照叶芳艳等[22]采用的索氏抽提法测定。

1.7 肝脏和BAT中的生化指标测定

提取肝脏和BAT线粒体蛋白，测定蛋白质量分数。TP质量分数和MtP质量分数采用Folin-phenol法测定，使用牛血清蛋白作为参照[23]。COX活性和α-PGO活性采用氧电极法测定[24]。

1.8 下丘脑神经肽基因表达量测定

参照朱万龙等[25]的研究方法进行下丘脑神经肽NPY、AgRP、POMC和CART基因表达量的测定，根据表1列出的引物进行序列扩增[26]。

表1 大绒鼠下丘脑神经肽Real-Time qPCR基因特异性引物

1.9 数据分析

利用SPSS 22.0软件包进行数据分析。不同性别的昭通绒鼠的生理指标差异不显著，故合并统计所有数据。体重用单因素方差(one-way ANOVA)分析，食物摄入量、RMR、NST、血清瘦素质量浓度、内脏器官和消化道重量、体脂、肝脏和BAT中的生化指标以及下丘脑神经肽基因表达量均采用协方差(ANCOVA)分析，以体重作为协变量。结果以“平均值±标准误”表示，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2 结果与分析

2.1 夏冬季体重、体脂、摄食量和身体组成的差异

昭通绒鼠夏冬季体重分别为(36.58±0.98)、(34.06±0.68)g，差异不显著(t1，22=0.98，P>0.05)；体脂重夏冬季分别为(3.96±0.53)、(1.12±0.15)g，冬季体脂重显著低于夏季(t1，22=2.14，P<0.05)。昭通绒鼠夏冬两季摄食量分别为(3.25±0.63)、(5.69±0.35)g，夏季较低，冬季较高，差异极显著(t1，22=4.36，P<0.01)。昭通绒鼠胴体重夏季显著高于冬季；夏冬两季除肺重、盲肠重和大肠重季节间差异不显著外，其余身体组成和消化道重量均出现了季节性差异，冬季显著高于夏季(表2)。

表2 昭通绒鼠组织器官的季节变化

2.2 代谢率和产热

昭通绒鼠RMR夏冬季差异显著，分别为(2.80±0.14)、(5.24±0.32)mL/(g·h)(t1，22=1.85，P<0.05)；NST夏冬季差异显著，分别为(3.98±0.22)、(7.65±0.34)mL/(g·h)(t1，22=2.69，P<0.05)。肝脏和BAT中的TP质量分数、MtP质量分数、COX活性和α-PGO活性均出现了季节性变化，冬季指标显著高于夏季(表3)。

表3 昭通绒鼠肝脏、BAT中蛋白质质量分数和酶活性的季节变化

2.3 瘦素和下丘脑神经肽基因相对表达量

昭通绒鼠血清瘦素质量浓度夏季为(4.15±0.33)ng/mL，冬季为(2.58±0.19)ng/mL，二者差异极显著(t1，22=3.25，P<0.01)。下丘脑神经肽基因相对表达量出现了季节性变化，NPY和AgRP表达量冬季显著高于夏季，夏冬两季NPY分别为(1.00±0.11)和(1.54±0.14)(t1，22=2.12，P<0.05)，夏冬两季AgRP分别为(1.00±0.10)和(1.88±0.11)(t1，22=2.68，P<0.05)；POMC和CART表达量夏季显著高于冬季，夏冬两季POMC分别为(1.00±0.10)和(0.41±0.09)(t1，22=-3.21，P<0.01)，夏冬两季CART分别为(1.00±0.15)和(0.26±0.10)(t1，22=-4.52，P<0.01)。

3 讨论

在面对季节环境变化时，许多小型哺乳动物会通过调节体重变化获得更多的生存机会，而这种生存策略具有种属特异性[2]。例如，中缅树鼩(Tupaiabelangeri)在冬季由于受到的低温胁迫相对较弱，食物资源相对充足，体重高于夏季[27]。长爪沙鼠(Merionesunguiculatus)由于具有集群贮食行为和不冬眠的现象，体重也是冬季较高，夏季较低[28]。而高山姬鼠和高原鼠兔(Ochotonacurzoniae)冬季由于能量消耗增加，体重则显著低于夏季[29-30]。本研究发现昭通绒鼠体重季节性差异不显著，与黑线仓鼠(Cricetulusbarabensis)[2]、非洲刺毛鼠(Acomyscahirinus)[31]体重变化相似，说明昭通绒鼠夏冬季节体重调节符合“调定点假说”。

动物体重的平衡主要取决于能量摄入和能量消耗之间的平衡[32]。其中，活动水平的强弱是影响小型哺乳动物能量摄入和体重的重要因素[33]。本研究昭通绒鼠在食物资源充足的夏季体重并没有增加，可能受到昭通地区昼夜温较差大的影响，通过减少活动行为来降低能量消耗，确保体重相对稳定，同时还能够降低被捕食的风险，提高野外生存率；而在冬季极端低温和食物资源匮乏的恶劣环境下，昭通绒鼠采取增加觅食行为促进摄食量的策略，弥补机体能量的散失，维持体重的相对稳定以度过不良环境。体脂重量也参与动物体重的调节，能反映动物的营养状况[34]。昭通绒鼠的体脂重量冬季低于夏季，说明昭通绒鼠在冬季面对低温和食物资源匮乏的极端环境时，也需要像高山姬鼠[29]一样动用体内的脂肪弥补自身产热的支出。此外，动物器官重量的变化可作为动物对外界环境条件变化的反映[35]。当发生季节变化时，许多动物的内脏器官以及消化道等身体组成会出现相应的改变，比如黑线仓鼠冬季的身体组成与夏季相比，肝脏、肺、肾和胃肠道等器官更重[36]。大绒鼠通过增加其小肠、盲肠等器官长度或重量来抵御冬季温度降低、食物质量下降的环境变化[6]。本研究昭通绒鼠胴体重夏季显著高于冬季；而身体组成和消化道重量除肺重、盲肠重和大肠重季节间差异不显著外，其余器官均是冬季显著高于夏季，说明昭通绒鼠能通过增加身体组织和器官重量来弥补胴体重的降低，进而维持季节间体重的平衡。

增加能量代谢和产热是小型哺乳动物应对低温环境的一种有效策略[37]。例如，暴露于低温环境下的黑线仓鼠的代谢率、非颤抖性产热和BAT中的COX活性显著增加[38]。莫氏田鼠(Microtusmaximowiczii)的RMR和NST在较冷的月份也出现增加[39]。本研究昭通绒鼠RMR和NST在季节变化中同样出现类似的变化趋势，冬季显著增加。同时研究还表明，昭通绒鼠冬季的肝脏和BAT中的TP质量分数、MtP质量分数、COX活性和α-PGO活性显著高于夏季。以上结果表明，昭通绒鼠冬季能够通过增加能量代谢和产热调节机体能量的平衡，最终维持体重的季节性稳定，更好地适应生存。

瘦素能够作为一个潜在的肥胖信号，通过与下丘脑中的特定受体结合，参与调整动物体重的季节性变化[40]。研究显示，瘦素质量浓度降低能够增加动物促食类神经肽NPY和AgRP的表达，增加能量摄入[41]。由此可见，下丘脑神经肽在调节能量平衡过程中发挥重要作用[42]。例如，中缅树鼩在冬季通过增加促食类神经肽的表达量，增加体重以弥补产热增加，夏季则表现出相反的调节机制[25]。同样，高山姬鼠面对冬季低温环境也能降低瘦素，增加NPY和AgRP的高表达对体重和能量摄入进行调节[29]。本研究中昭通绒鼠的血清瘦素质量浓度和下丘脑神经肽基因表达量也出现了类似的季节性变化，NPY和AgRP表达量夏季较低、冬季较高，与血清瘦素质量浓度变化情况相反；而POMC和CART表达量则是夏季较高，冬季较低。冬季昭通绒鼠血清瘦素质量浓度较低，主要作为一种饥饿信号增加促食类神经肽的表达，促进摄食，保持其体重的稳定；夏季相对来说食物资源丰富，POMC和CART表达量增加能够在一定程度上减少食物摄入，确保昭通绒鼠的体重维持在一个相对稳定的范围内。

综上所述，昭通绒鼠夏冬季节的体重变化符合“调定点假说”，其在冬季主要通过降低体脂重量，增加摄食量、代谢产热以及内脏器官和消化道重量来适应季节环境的变化。