分子技术与生理监测共同助力动物能量代谢研究

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随着科学的发展和各种应用技术普及，为了得到更加全面的实验数据和理论支撑，科研工作中越来越多的结合使用分子技术与生理监测数据相结合的方法来映证研究结果。北京易科泰生态技术有限公司为国内客户提供各种实验动物个性化的精准能量代谢监测解决方案，生理测量数据包括氧气消耗量（VO2）、二氧化碳产量（VCO2）、呼吸商（RQ）、产热量（EE）、热传导速率（Ct）、日代谢率DEE、最大代谢率MRmax等、呼吸水分丧失（EWL）、能量当量、EWL/RMR(表示肺的氧气摄取能力)、活动指数、最低致死温度LLT等重要参数。    转录组 + VO2/VCO2/呼吸商——饥饿对棉铃虫的影响： 棉铃虫是世界上主要的农业害虫，但棉铃虫如何在饥饿状态下调节其代谢仍不清楚，为此江西农业大学昆虫学研究所利用Sable昆虫呼吸和能量代谢监测系统对棉铃虫的呼吸和能量代谢进行了详细的研究。在本研究中科研人员确定了棉铃虫从第三幼虫龄到蛹期的呼吸频率（VCO2）变化，其中幼虫蜕皮和幼虫蛹转变期间VCO2出现了短暂上升，随后在蛹阶段急剧下降，最后在羽化前呈上升趋势。当受到饥饿胁迫时，饥饿的幼虫出现了O2消耗率和CO2产生率以及呼吸商（RQ）值的显著下降，这表明饥饿期间严重的代谢抑制以及随着饥饿时间的延长代谢底物的转移。对于代谢底物分析，在饥饿的幼虫中观察到甘油三酯和糖原含量明显下降，血淋巴海藻糖含量在整个饥饿过程中显著降低。除了生理参数和代谢产物，文章还结合转录组分析，表明饥饿胁迫48小时的棉铃虫幼虫在几个能量消耗高的过程中引起了大量的转录调节，其中标记的调节在糖酵解和脂肪酸代谢途径中被检测到。基因表达 + 呼吸商——内分泌干扰物引起小鼠活动和代谢异常   下丘脑和海马体对内分泌干扰物（EDC）暴露非常敏感，美国杜鲁门州立大学的研究人员结合编码RNA & microRNAs基因表达谱和Sable动物能量代谢监测技术探讨了早期暴露于双酚A（BPA）和染料木素（GEN）等环境对小鼠行为模式和代谢活动的影响。结果表明：暴露于LD BPA和GEN环境的小鼠后代表现出一定的社交障碍；LD BPA后代的下丘脑Avp、Esr1、Kis1和Lepr等基因表达增加；在LD BPA后代中，miR-153升高，但miR181a降低；LD BPA后代的海马体中miR-9和miR-153的表达增加，而GEN降低了海马体中miR-7a和miR-152的表达。相关分析显示，miR-153和miR-181a的神经表达与LD BPA个体的社会沟通缺陷相关。一个完整的光照周期中，低剂量（LD）双酚A（BPA）和高剂量（UD）双酚A环境下的雌性小鼠的RQ值上升；UD BPA环境中雄性小鼠的RQ值会增加。这项发现揭示了一个令人担忧的现象，即在小鼠的发育过程中长期暴露于BPA或GEN环境会引发长期的神经行为异常，具体表现为活动异常和代谢异常。病毒分子攻击 + 静息代谢率——模拟病毒感染蝙蝠宿主的代谢成本： 众所周知，蝙蝠是许多人畜病菌的中间宿主，这些病毒往往会引起人和其他动物的体温上升等免疫反应，却对蝙蝠无甚影响。西班牙的研究团队以Poly(I：C)模拟病毒感染，用Sable动物能量代谢监测系统评估携带病毒后是否会引起蝙蝠本身能量代谢的变化。结果表明Poly（I:C）引发的蝙蝠先天免疫反应涉及静息代谢率增加20%，相当于0.28KJ/h，同时宿主体温升高1.2℃。 作为美国SSI公司（Sable Systems International）在中国的唯一指定代理和售后服务中心，易科泰生态技术公司已先后为国内科研院校提供了二百多套动物能量代谢仪器设备和相应技术服务，包括：1)   牛羊等家畜呼吸代谢测量系统2)   飞鸟家禽呼吸代谢测量系统3)   实验动物（大鼠、小鼠等）呼吸代谢测量系统4)   两爬类呼吸代谢测量系统5)   昆虫呼吸代谢测量系统6)   斑马鱼等鱼类呼吸代谢测量系统根据广大科研工作者不同的资金预算、研究方向、应用环境和实验对象，北京易科泰可以提供针对性的定制化能量代谢研究观测技术方案。 1. Jiang, T., Ma, L., Liu, X., Xiao, H., & Zhang, W. (2019). Effects of starvation on respiratory metabolism and energy metabolism in the cotton bollworm Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae). Journal of insect physiology, 103951 .2. Butler, M. C., Long, C. N., Kinkade, J. A., Green, M. T., Martin, R. E., Marshall, B. L., ... & Rosenfeld, C. S. (2020). Endocrine disruption of gene expression and microRNA profiles in hippocampus and hypothalamus of California mice: Association of gene expression changes with behavioural outcomes. Journal of neuroendocrinology, 32(5), e12847.3. Triana-Llanos, C., Guerrero-Chacón, A. L., Rivera-Ruíz, D., Rojas-Díaz, V., & Niño-Castro, A. (2019). The acute phase response elicited by a viral-like molecular pattern increases energy expenditure in Artibeus lituratus. Biologia, 74(6), 667-673. 分子技术与生理监测共同助力动物能量代谢研究 随着科学的发展和各种应用技术普及，为了得到更加全面的实验数据和理论支撑，科研工作中越来越多的结合使用分子技术与生理监测数据相结合的方法来映证研究结果。北京易科泰生态技术有限公司为国内客户提供各种实验动物个性化的精准能量代谢监测解决方案，生理测量数据包括氧气消耗量(VO2)、二氧化碳产量(VCO2)、呼吸商(RQ)、产热量(EE)、热传导速率(Ct)、日代谢率 DEE、最大代谢率 MRmax 等、呼吸水分丧失(EWL)、能量当量、EWL/RMR(表示肺的氧气摄取能力)、活动指数、最低致死温度 LLT等重要参数。 图1.左：便携式动物能量代谢监测系统；右：模块化动物能量代谢监测系统 转录组 +Vo2/Vco2/呼吸商——饥饿对棉铃虫的影响： 图2.左上：不同发育期棉铃虫VCO2、VO2、呼吸商变化；左下：饥饿胁迫下不同发育期棉铃虫 VCO2、VO2、呼吸商变化；右图： CO2和02数据实时变化。 A 图3.饥饿处理后48小时，参与糖酵解途径(A)和脂肪酸代谢途径(B)的关键酶的KEGG 分析， 以饥饿幼虫转录组与喂食幼虫转录组的基因表达差异。 棉铃虫是世界上主要的农业害虫，但棉铃虫如何在饥饿状态下调节其代谢仍不清楚，为此江西农业大学昆虫学研究所利用 Sable 昆虫呼吸和能量代谢监测系统对棉铃虫的呼吸和能量代谢进行了详细的研究。在本研究中科研人员确定了棉铃虫从第三幼虫龄到蛹期的呼吸频率(Vco2)变化，其中幼虫蜕皮和幼虫蛹转变期间 Vco2 出现了短暂上升，随后在蛹阶段急剧下降，最后在羽化前呈上升趋势。当受到饥饿胁迫时，饥饿的幼虫出现了02消耗率和 CO2产生率以及呼吸商 (RQ)值的显著下降，这表明饥饿期间严重的代谢抑制以及随着饥饿时间的延长代谢底物的转移。对于代谢底物分析，在饥饿的幼虫中观察到甘油三酯和糖原含量明显下降，血淋巴海藻糖含量在整个饥饿过程中显著降低。除了生理参数和代谢产物，文章还结合转录组分析，表明饥饿胁迫48小时的棉铃虫幼虫在几个能量消耗高的过程中引起了大量的转录调节，其中标记的调节在糖酵解和脂肪酸代谢途径中被检测到。 基因表达+呼吸商——内分泌干扰物引起小鼠活动和代谢异常 图4.左图：不同饲料处理在光照周期下小鼠呼吸商的变化；右图： LDBPA(低含量双酚A)、UD BPA(高含量双酚A)、GEN(染料木素)与AIN (phyto-oestrogen-free diet 不含植物雌激素的饲料配方)对照组相比，对不同基因表达的影响 图5.雌性小鼠暴露于低剂量BPA 和AIN 环境对其昼夜节律图的相关性。 下丘脑和海马体对内分泌干扰物(EDC) 暴露非常敏感，美国杜鲁门州立大学的研究人员结合编码RNA & microRNAs 基因表达谱和 Sable 动物能量代谢监测技术探讨了早期暴露 于双酚A(BPA)和染料木素(GEN)等环境对小鼠行为模式和代谢活动的影响。结果表明：暴露于 LD BPA 和GEN环境的小鼠后代表现出一定的社交障碍；LD BPA后代的下丘脑Avp、Esr1、Kis1 和 Lepr 等基因表达增加；在LD BPA 后代中， miR-153 升高，但 miR181a 降低；LD BPA 后代的海马体中 miR-9 和 miR-153 的表达增加，而 GEN 降低了海马体中 miR-7a 和miR-152 的表达。相关分析显示， miR-153 和 miR-181a 的神经表达与 LD BPA个体的社会沟通缺陷相关。一个完整的光照周期中，低剂量(LD)双酚A(BPA)和高剂量(UD)双酚A 环境下的雌性小鼠的RQ值上升； UD BPA 环境中雄性小鼠的RQ 值会增加。这项发现揭示了一个令人担忧的现象，即在小鼠的发育过程中长期暴露于 BPA 或 GEN 环境会引发长期的神经行为异常，具体表现为活动异常和代谢异常。 病毒分子攻击+静息代谢率——模拟病毒感染蝙蝠宿主的代谢成本： (n=12)； b Body mass variations of experimental groups before the chal-lenge with PBS (0 h) and at 6 and 24 h after the challenge with PBS (n=11). ** Tukey's test，p<0.05 er the PBS challenge (6h)， and within the next 24 h of the PBS challenge (24 h challenge with PBS (6 h)(n=7).** Tukey's test，p<0.05 (n=11). ** Tukey's test，p<0.05 图6： Poly(I： C) 和 PBS注射后，蝙蝠静息代谢率、体重和体表温度的变化趋势 众所周知，蝙蝠是许多人畜病菌的中间宿主，这些病毒往往会引起人和其他动物的体温上升等免疫反应，却对蝙蝠无甚影响。西班牙的研究团队以 Poly(I： C)模拟病毒感染，用Sable 动物能量代谢监测系统评估携带病毒后是否会引起蝙蝠本身能量代谢的变化。结果表明 Poly (I：C) 引发的蝙蝠先天免疫反应涉及静息代谢率增加20%，相当于 0.28KJ/h， 同时宿主体温升高1.2℃。 作为美国 SSI公司 (Sable Systems International) 在中国的唯一指定代理和售后服务中 心，易科泰生态技术公司已先后为国内科研院校提供了二百多套动物能量代谢仪器设备和相应技术服务，包括： 牛羊等家畜呼吸代谢测量系统 飞鸟家禽呼吸代谢测量系统 实验动物(大鼠、小鼠等)呼吸代谢测量系统 两爬类呼吸代谢测量系统 昆虫呼吸代谢测量系统 斑马鱼等鱼类呼吸代谢测量系统 根据广大科研工作者不同的资金预算、研究方向、应用环境和实验对象，北京易科泰可以提供针对性的定制化能量代谢研究观测技术方案。 ( 1. Jiang， T.， Ma， L.， Liu， X.， Xiao， H.， & Zhang， W. (2019). Effects of starvation on respiratorymetabolism and energy metabolism in the cotton bollworm Helicoverpa armigera (Hubner)(Lepidoptera： Noctuidae). Journal of insect physiology， 103951. ) ( 2. Butler， M. C.， Long， C. N.， Kinkade ， J. A.， Green， M. T.， Martin， R. E.， Marshall， B. L.， ...&Rosenfeld， C. S. (2020). Endocrine disruption of gene expression and microRNA profiles inhippocampus and hypothalamus of California mice： Association of gene expression changeswith behavioural outcomes. Journal of neuroendocrinology， 32(5)，e12847. ) 3. Triana-Llanos， C.， Guerrero-Chacon， A. L.， Rivera-Ruiz， D.， Rojas-Diaz， V.， & Nino-Castro，A. (2019). The acute phase response elicited by a viral-like molecular pattern increases energyexpenditure in Artibeus lituratus. Biologia， 74(6)， 667-673.