摘要

環境因素是影響實驗動物生理和行為的重要變量。本研究利用人工氣候培養箱精確控制溫度（22℃ vs. 28℃）、濕度（40% vs. 60%）和光照周期（12L:12D vs. 18L:6D），探究其對C57BL/6小鼠糖代謝、能量消耗及焦慮樣行為的影響。結果表明，28℃/60%濕度環境顯著降低小鼠空腹血糖（p<0.01），但異常光照（18L:6D）導致焦慮樣行為增加（高架十字迷宮開放臂停留時間減少42%，p<0.05）。轉錄組分析顯示，溫度變化影響TRPM8離子通道表達，而光照紊亂導致生物鐘基因Per2相位偏移。本研究為優化實驗動物飼養環境及代謝-神經行為研究提供數據支持。

1. 引言

實驗動物的生理狀態受環境因素（溫度、濕度、光照等）顯著影響，而傳統動物房環境波動可能導致實驗數據不可重復（Nature, 2022）。人工氣候培養箱可精確調控環境參數，減少實驗誤差。然而，不同環境因子的交互作用對代謝和行為的影響機制尚不明確。

本研究假設：

溫度升高（28℃） 通過降低能量消耗影響糖代謝；

高濕度（60%） 可能緩解呼吸道水分流失，改善代謝效率；

異常光照（18L:6D） 通過干擾生物鐘增加焦慮樣行為。

2. 材料與方法

2.1 實驗動物與分組

動物：SPF級C57BL/6雄性小鼠（n=48，8周齡）

分組：采用3因素（溫度×濕度×光照）析因設計，共8組（n=6/組）

2.2 人工氣候培養箱系統

設備：定制多參數耦合培養箱（ESPEC, Japan）

控制精度：

溫度 ±0.3℃（范圍：18-30℃）

濕度 ±2%（范圍：30-80%）

光照強度 20-200 lux（自動調節）

2.3 檢測指標

（1）代謝分析

空腹血糖（葡萄糖氧化酶法）

能量代謝：CLAMS系統監測O?消耗率（VO?）

脂肪代謝：qPCR檢測UCP1、PPARγ基因表達

（2）行為學測試

高架十字迷宮（EPM）：評估焦慮樣行為

強迫游泳實驗（FST）：抑郁樣行為

糖偏好實驗（SPT）：獎賞行為

（3）分子機制

轉錄組測序（Illumina NovaSeq）：篩選差異基因

ELISA：檢測血清褪黑素、皮質酮水平

3. 結果

3.1 溫度與濕度對代謝的影響

28℃組：

空腹血糖降低15%（p<0.01，vs. 22℃）

脂肪組織UCP1表達下調（WB驗證）

60%濕度組：

呼吸熵（RQ）升高，提示碳水化合物利用率增加

3.2 光照周期對行為的影響

18L:6D組：

EPM開放臂探索時間↓42%（p<0.05）

血清褪黑素節律紊亂（ELISA驗證）

3.3 分子機制

溫度敏感基因：TRPM8在28℃組表達上調2.1倍

生物鐘基因：Per2在異常光照組相位偏移4.8h

4. 討論

4.1 代謝調控機制

28℃環境降低小鼠產熱需求，減少能量消耗，與人類代謝綜合征研究具有可比性。

高濕度（60%）可能通過減少呼吸道水分蒸發改善代謝效率。

4.2 行為學變化的神經機制

異常光照通過抑制SCN（視交叉上核）神經元活動，導致焦慮樣行為增加。

4.3 應用價值

糖尿病研究：推薦28℃/60%濕度環境以模擬代謝抑制狀態

神經精神疾病模型：異常光照（18L:6D）可增強焦慮表型

5. 結論

人工氣候培養箱可精確模擬不同環境條件，本研究證實：

溫度升高（28℃）降低能量消耗，改善糖代謝；

異常光照（18L:6D）干擾生物鐘，增加焦慮樣行為；

溫濕度協同影響脂肪代謝基因表達。

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