FMS實驗動物代謝表型測量技術方案

小鼠等實驗動物能量代謝測量已日益成為生物醫學、健康醫學研究的重要實驗技術手段，是實驗動物能量代謝表型分析（Metabolic phenotyping）的儀器技術。與市場上不同品牌昂貴復雜的動物能量代謝測量系統相比, FMS實驗動物代謝表型測量系統具備如下優勢特點：

1.高性價比，集氣體采樣、分析記錄與存儲于一體（適于連續式&間斷式測量）

2.便攜性強，方便實驗室內、不同實驗室間、實驗室及戶外獨立實驗、檢測、快速代謝測量等

3.配置靈活，既可用作便攜式能量代謝測量，又可方便地配置組成多通道實驗動物能量代謝測量系統

4.高分辨率、高靈敏度測量監測CO2、O2、H2O（水分壓或水汽濃度）、溫度并分析CO2產生率、耗氧率、水分喪失率（RWL）、熱傳導等

5.多功能、高適配性，可配置測量小鼠、大鼠等不同實驗動物能量代謝，可適配不同代謝籠及呼吸室，可配置植入式生理生態數據采集器同步采集體溫、心率及動物活動

應用案例：荒漠鹿鼠晝夜代謝節律的環境驅動因素

受美國國立衛生院（NIH）下屬國立普通醫學科學研究所（NIGMS）的項目支持，University of Newhampshire 分子、細胞和生物醫學科學系Matthew D. MacManes教授團隊利用FMS代謝表型分析技術（配置為8通道能量代謝表型分析系統）研究了適應于荒漠環境的荒漠鹿鼠的晝夜代謝節律（circadian metabolism）。  

24小時晝夜節律模擬參見上右圖，光照16小時（淺灰色）、黑暗8小時（深灰色），晝夜變化處理（黃色）、恒暖處理（橙色）和恒冷處理（藍色），溫度用實線表示，相對濕度（RH）用虛線表示，T1、T2分別為早晨過渡和晚間過渡期。

代謝表型分析（Metabolic phenotyping）：通過8籠舍FMS系統連續72小時測量84只小鼠（雌、雄個體各42只）的耗氧率（VO2）、二氧化碳產生率（VCO2）、水分代謝量（mg）、呼吸商（RQ）以及總能量消耗（TEE），并記錄溫控箱內的大氣壓、溫度和相對濕度。

下圖為三個處理組（上、中、下分別為：Variable，晝夜變化處理組；Warm，恒暖處理組；Cool，恒冷處理組）中雄性和雌性鹿鼠在24小時周期內的TEE、RQ及RWL（呼吸水分喪失）。黑色虛線為每日溫度變化，呼吸商RQ圖中的黑色實線表示食物商（FQ=0.89），白線是平滑的局部加權回歸（LOESS）。

研究結果表明，荒漠鹿鼠存在明顯的性別二態性表型差異，雄性比雌性更容易脫水；在晝夜節律環境變化下，大多數代謝變化發生在物理環境變化之前，這種變化節律被兩種恒定處理（恒暖與恒冷）所打亂。在晝夜變化的條件下，呼吸商僅在晝夜變化中的光相時（“白天"）達到1.0以上，這意味著脂肪合成促成了能量和內源性水的產生。研究結果與該物種晝夜節律的歷史描述一致（白天遲鈍，夜間活躍），但不支持如下假設：即不活躍是由食物限制或負水平衡引發。

參考文獻

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)