干货 | 动物能量代谢监测系统的应用

发布时间：

2022-12-21 15:14

导读：

实验动物能量代谢测量系统以及配套的动物行为观测分析，广泛的应用于生物医药领域众多研究方向，其精确的测量结果和灵活多变的方案设计为研究者提供了更多的可能。

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将小动物生活笼引入能量代谢监测系统，目的是尽可能让小动物在熟悉的、无应激的环境中生活并完成能量检测。这不仅完善了动物福利的要求，同时也为实验结果的一致性和可重复性提供了保障。

动物能量代谢监测系统是一个高度灵活变化的模块化平台，通过一个软件可以同时控制饲养笼内不同功能模块，主要有：呼吸熵代谢监测模块、环境温度控制模块、饮食体重监测模块、尿液/粪便监测模块、自主活动与训练模块、学习记忆监测模块、生理遥测监测模块等。

多功能新陈代谢分析系统主要功能是监测、记录及分析小动物的新陈代谢情况。TSE phenomaster针对大鼠和小鼠分别配备有标准生活笼和代谢笼两种笼具，每组笼具最多可同时进行12只动物的代谢监测。标准生活笼环境用于检测无偏差无应激的动物行为学：代谢性能经由间接测量热氧气消耗和二氧化碳产生，呼吸交换率（RER），能量消耗进行测量；饮水和摄食行为由高精度传感器测量；运动经由红外光束框架测量，包括总活动，走动，精细活动和站立等。代谢笼则具有尿液和粪便分离以及收集的功能。

动物能量代谢监测系统的应用范围众多，如：动物生理生态学、动物行为检测、实验动物学、药理学、生态毒理学、生物医学等研究领域。

通过对小动物新陈代谢的监测和分析，可完成动物表型的验证，药物安全性评价，慢性代谢疾病药物开发等研究。

案例一：基因编辑动物表型验证

2019年Christina Gougoula等在PLOS ONE发表文章（Metabolic and behavioral parameters of mice with reduced expression of Syndecan-1）研究Sdc1+/-基因敲减小鼠的代谢和行为学变化。为了详细分析新陈代谢情况，作者使用PhenoMaster system，连续且不受干扰地记录了小鼠食物和水的摄入量、能量消耗和运动情况。研究表明Sdc1+/-基因敲减小鼠食物和水摄入量增加，同时小鼠的能量消耗增加，进而表现出体重减轻的表型。

Malgorzata Cyranka等研究表明Abcc5-/-小鼠体内的脂肪含量降低循环水平GLP-1升高。文中能量消耗使用了PhenoMaster cages，结合小动物体成分分析仪测定动物脂肪质量，Abcc5-/-小鼠两种性别的呼吸交换比(RER)均无明显变化，Abcc5-/-小鼠消耗能量没有从碳水化合物(标准食物RER=0.9-1.0)转换为脂肪(RER=0.7)。

案例二：药物安全性研究

Gwang-Ho Kim and Sun Shin Yi对慢性口服西番莲提取物的药物效果和副作用情况进行研究，测量小鼠7日内的耗氧量（VO2）、二氧化碳产量(VCO2)和食物消耗量。作者通过代谢实验没有发现任何异常代谢表型或行为，证实了使用西番莲提取物仅显示了睡眠诱导作用，在动物模型中没有引起任何不良的行为或代谢紊乱。

案例三：肥胖研究

肥胖导致的糖尿病、心血管疾病等慢性代谢综合征是当今比较常见的疾病，其中代谢失调又是导致肥胖的常见诱因。对研究的动物进行体脂分析和代谢笼能量检测是常用的手段。2021年Taylor Landry等人通过对下丘脑弓状核新效应因子抗衰老蛋白α-klotho的研究，进一步解读了其在人类和小鼠中调节能量平衡的作用。作者使用 TSE PhenoMaster 代谢笼进行能量监测，结果表明抗衰老蛋白α-klotho可通过增加日常的能量消耗来改善能量平衡。为得到完整数据，作者联合了MRI体成分分析系统，进行动物机体成分分析。