摘要

环境因素是影响实验动物生理和行为的重要变量。本研究利用人工气候培养箱精确控制温度（22℃ vs. 28℃）、湿度（40% vs. 60%）和光照周期（12L:12D vs. 18L:6D），探究其对C57BL/6小鼠糖代谢、能量消耗及焦虑样行为的影响。结果表明，28℃/60%湿度环境显著降低小鼠空腹血糖（p<0.01），但异常光照（18L:6D）导致焦虑样行为增加（高架十字迷宫开放臂停留时间减少42%，p<0.05）。转录组分析显示，温度变化影响TRPM8离子通道表达，而光照紊乱导致生物钟基因Per2相位偏移。本研究为优化实验动物饲养环境及代谢-神经行为研究提供数据支持。

1. 引言

实验动物的生理状态受环境因素（温度、湿度、光照等）显著影响，而传统动物房环境波动可能导致实验数据不可重复（Nature, 2022）。人工气候培养箱可精确调控环境参数，减少实验误差。然而，不同环境因子的交互作用对代谢和行为的影响机制尚不明确。

本研究假设：

温度升高（28℃） 通过降低能量消耗影响糖代谢；

高湿度（60%） 可能缓解呼吸道水分流失，改善代谢效率；

异常光照（18L:6D） 通过干扰生物钟增加焦虑样行为。

2. 材料与方法

2.1 实验动物与分组

动物：SPF级C57BL/6雄性小鼠（n=48，8周龄）

分组：采用3因素（温度×湿度×光照）析因设计，共8组（n=6/组）

2.2 人工气候培养箱系统

设备：定制多参数耦合培养箱（ESPEC, Japan）

控制精度：

温度 ±0.3℃（范围：18-30℃）

湿度 ±2%（范围：30-80%）

光照强度 20-200 lux（自动调节）

2.3 检测指标

（1）代谢分析

空腹血糖（葡萄糖氧化酶法）

能量代谢：CLAMS系统监测O₂消耗率（VO₂）

脂肪代谢：qPCR检测UCP1、PPARγ基因表达

（2）行为学测试

高架十字迷宫（EPM）：评估焦虑样行为

强迫游泳实验（FST）：抑郁样行为

糖偏好实验（SPT）：奖赏行为

（3）分子机制

转录组测序（Illumina NovaSeq）：筛选差异基因

ELISA：检测血清褪黑素、皮质酮水平

3. 结果

3.1 温度与湿度对代谢的影响

28℃组：

空腹血糖降低15%（p<0.01，vs. 22℃）

脂肪组织UCP1表达下调（WB验证）

60%湿度组：

呼吸熵（RQ）升高，提示碳水化合物利用率增加

3.2 光照周期对行为的影响

18L:6D组：

EPM开放臂探索时间↓42%（p<0.05）

血清褪黑素节律紊乱（ELISA验证）

3.3 分子机制

温度敏感基因：TRPM8在28℃组表达上调2.1倍

生物钟基因：Per2在异常光照组相位偏移4.8h

4. 讨论

4.1 代谢调控机制

28℃环境降低小鼠产热需求，减少能量消耗，与人类代谢综合征研究具有可比性。

高湿度（60%）可能通过减少呼吸道水分蒸发改善代谢效率。

4.2 行为学变化的神经机制

异常光照通过抑制SCN（视交叉上核）神经元活动，导致焦虑样行为增加。

4.3 应用价值

糖尿病研究：推荐28℃/60%湿度环境以模拟代谢抑制状态

神经精神疾病模型：异常光照（18L:6D）可增强焦虑表型

5. 结论

人工气候培养箱可精确模拟不同环境条件，本研究证实：

温度升高（28℃）降低能量消耗，改善糖代谢；

异常光照（18L:6D）干扰生物钟，增加焦虑样行为；

温湿度协同影响脂肪代谢基因表达。

• ZRQ系列人工气候培养箱

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