哺乳期环境温度对布氏田鼠后代能量代谢和神经再生的影响

摘要

生活在温带和极地地区的小型哺乳动物在长期进化过程中，随外界光周期、环境温度、食物以及社会因素等的变化形成了一套包括解剖、生理和行为等多方面的适应性策略。外界环境因素对啮齿动物繁殖期具有重要的影响，尤其在哺乳期洞穴内的环境温度会影响后代神经系统的发育可塑性从而改变其生理和行为等适合度特征。我们以捕于内蒙古草原的代表性物种布氏田鼠（Lasiopodomys brandtii）的室内繁殖种群作为研究对象。在研究组多年工作积累的基础上，我们的研究主要分为两个实验。
　　实验研究1中，主要对哺乳期经历不同环境温度的布氏田鼠后代成年期面对冬季低温胁迫时的能量代谢和新生神经的存活进行了研究。本研究假设布氏田鼠哺乳期高温经历引起后代成年期神经再生可塑性的变化，从而导致能量代谢表型的改变。该研究对于解释野外不同季节出生的后代具有不同的生活史特征的神经机制具有重要意义。
　　实验研究1的方案如下：
　　将母体与出生当天的幼体随机放入常温环境（哺乳期常温经历组，n=8,23±1℃）或高温环境（哺乳期高温经历组，n=8,30±1℃），3周龄断乳后所有后代在常温下饲养，2-3只同性别为一笼。第9周龄（成年期）时开始腹腔注射BrdU(100mg/kg)每天1次，连续注射2周，最后一次注射结束后将两组动物转入低温环境（5±1℃）下饲养3周，实验结束后经心脏灌流固定动物的脑组织，取脑、冰冻切片。
　　测定指标：哺乳期，每周进行体重测定；断乳后每两周进行体重测定与食物摄入量的测定；成年期低温下饲养每周进行体重测定与食物摄入量的测定。采用TSE Labmaster呼吸代谢测定系统测定成年期面对低温应激时的静止代谢率（resting metabolic rate，RMR）。利用 BrdU免疫组化技术检测下丘脑与能量代谢有关的核团，包括下丘脑弓状核(arcuate hypothalamic nucleus，ARC)、下丘脑室旁核(paraventricular hypothalamic nucleus，PVN)、下丘脑外侧区（lateral hypothalamic nucleus，LH)、下丘脑背内侧核（dorsomedial hypothalamic nucleus，DMH）和下丘脑腹内侧核（ventromedial hypothalamic nucleus，VMH)，以及前脑与社会行为有关的脑区海马齿状回（the dentate gyrus of the hippocampus，DG）和杏仁核（amygdala，AMY）中新生细胞的存活。利用BrdU/NeuN荧光免疫双标技术检测上述区域新生的细胞是否发育为成熟的神经细胞。
　　结果：
　　1.高温组动物的体重一直略低于对照组动物的体重，但无统计学意义
　　2.高温动物与对照组动物相比摄食量没有差异。
　　3.与对照组相比，高温组的动物成年时经历低温处理后的静止代谢率没有显著差异。
　　4. DAB染色的BrdU标记的结果发现，与能量代谢有关的下丘脑核团中，两组的弓状核(ARC)、室旁核(PVN)的新生细胞存活的数量没有明显差异；而高温组动物的下丘脑外侧区（LH）、下丘脑背内侧区(DMH)、和下丘脑腹内侧核(VMH)新生细胞的存活数量明显高于对照组动物。
　　5.与情绪、学习和记忆有关的大脑核团中，高温动物的杏仁核（AMY）和海马DG区中新生细胞的存活数量明显高于对照组动物。
　　6.在ARC、DMH、VMH以及海马DG区中，两组的荧光免疫双标的阳性细胞（BrdU/NeuN标记）的数量没有显著差异。
　　上述结果表明，哺乳期高温经历会影响布氏田鼠的生长发育模式，而且能促进下丘脑与能量代谢调节有关核团的新生神经细胞的存活，也会促进与社会行为有关核团的新生神经细胞的存活。这些研究结果对于解释野外出生在不同季节中的布氏田鼠生理和行为表型差异的神经机制具有重要意义。
　　研究实验2中，主要对成年后的动物经历低温暴露后的神经再生可塑性的变化进行了研究。本研究假设，低温暴露会导致成年期布氏田鼠神经再生的改变。从而影响能量代谢，记忆、认知等生理和行为活动。
　　实验研究2的方案如下：
　　选取60日龄左右的成年布氏田鼠，腹腔注射BrdU(100mg/kg，每天1次)，注射2周，然后将动物随机分为对照组（n=8,23±1℃）、低温组（n=8,5±1℃），分别在23±1℃或者5±1℃下连续饲养3周。实验结束后经心脏灌流、固定动物的脑组织，取脑、冰冻切片。
　　测定指标：利用 BrdU免疫组化技术检测下丘脑与能量代谢有关的核团，包括下丘脑ARC、DMH和VMH，以及前脑与社会行为有关的脑区海马DG区中新生细胞的存活数量。利用BrdU/NeuN荧光免疫双标技术检测上述区域新生细胞发育为成熟的神经细胞的数量。
　　结果：
　　1. DAB染色的BrdU标记的结果发现，与对照组相比，低温组动物下丘脑ARC中的阳性细胞数量明显少于对照组，其他部分核团PVN、DMH与VMH的阳性神经元数量没有显著差异；而在与行为、学习、记忆和情绪有关的核团中,低温组的海马 DG区的新生细胞的存活数量明显低于对照组动物。
　　2.与对照组相比，低温组下丘脑ARC BrdU/NeuN双标记细胞的数量明显增多，而DMH、VMH以及海马DG区中却没有显著差异。
　　上述结果表明，低温暴露不仅会影响成年的布氏田鼠的与能量代谢调节有关的下丘脑区域的神经再生，也会影响与社会行为有关的海马区的神经再生。环境条件的改变影响动物的神经系统发育可塑性变化，对于提高动物对应激环境的适应能力具有很重要的意义。这些研究结果可以在一定程度上解释野生动物在面对恶劣环境下，表现出不同的生理和行为表型差异的神经机制。

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综述

0.1繁殖期环境对小型哺乳动物能量代谢和行为的影响

0.1.1光周期效应

0.1.2温度效应

0.1.3食物效应

0.1.4 社会因素

0.2 环境因素对神经再生的影响

0.2.1神经再生的定义

0.2.2成年动物海马区神经再生的发现

0.2.3成年动物的海马结构及纤维联系

0.2.4 成年动物海马区神经再生的调控与功能

0.2.5 成年动物下丘脑的结构及纤维联系

0.2.6 成年动物下丘脑中部分核团的调控与功能

0.3 展望

实验研究1：哺乳期环境温度对布氏田鼠后代能量代谢和成体神经再生的影响

1.1 材料与方法

1.1.1 实验动物

1.1.2 试剂和仪器

1.1.3 实验方法

1.1.4 统计处理

1.2 实验结果

1.2.1 不同发育阶段体重的变化情况

1.2.2 食物摄入量

1.2.3 静止代谢率

1.2.4 BrdU阳性细胞的表达情况

1.2.5 BrdU/NeuN荧光免疫双标阳性细胞的表达情况

1.3 讨论

1.3.1 早期环境温度经历对能量代谢表型的影响

1.3.2 早期环境温度经历对成年期神经再生的影响

1.4小结

实验研究2：成年期低温对布氏田鼠神经再生的影响

2.1 材料与方法

2.1.1 实验动物

2.1.2 试剂和仪器

2.1.3 实验方法

2.1.4 统计处理

2.2 实验结果

2.2.1 BrdU阳性细胞的表达情况

2.2.2 BrdU/NeuN荧光免疫双标阳性细胞的表达情况

2.3 讨论

2.4 小结

参考文献

致谢

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