脑声常谈丨浅析小鼠昼夜节律变化的检测

哺乳动物的昼夜节律系统由生物钟精密调控，这一生物钟是由核心生物钟基因构成的转录翻译反馈环所驱动。在小鼠体内，几乎每一个细胞都拥有这样的生物钟，它们共同协作以调控昼夜节律。当生物钟基因发生缺失或突变时，会导致小鼠生物钟的紊乱，表现为内在节律的丧失和周期的偏离，这些突变小鼠在睡眠、代谢、生殖、肿瘤等方面展现出不同的表型，揭示了生物钟基因或生物节律的改变与疾病之间的紧密联系。

光照作为昼夜节律系统中最强有力的授时因子，对昼夜节律系统的同步起着至关重要的作用。对于小鼠而言，光照是影响其昼夜节律变化的关键环境因素，它能够重置小鼠的昼夜节律，并通过牵引作用使小鼠的昼夜节律与外界环境保持同步。现实生活中，如跨时区飞行和季节性日照时间的变化，都是外界光照对机体昼夜节律牵引的实例。许多基因突变小鼠表现出对外界光照变化适应能力的改变。此外，光线还能直接抑制小鼠的活动，这种现象被称为掩蔽效应。机体对光照的响应在很大程度上依赖于昼夜节律系统，因此，研究者通常利用不同的光照周期、时间点和强度来检测小鼠昼夜节律系统对光线的响应，并记录小鼠的行为变化，以分析特定基因缺陷是否对生物节律产生影响。

小鼠昼夜节律检测方法

以Slc7a11tm1a/tm1a突变小鼠为例，研究者采用了多种昼夜节律行为学检测方法，包括代谢笼、小鼠自由跑轮活动监测、倒时差反应、长光照、骨骼光周期和T7-cycle等，来对小鼠进行行为学表型检测。这些实验方法构成了昼夜节律表型分析的筛选流程。

在代谢笼检测中，小鼠被单独放置于笼盒内，经过3天的适应期后，从第4天开始连续3天记录小鼠的活动、饮食和饮水数据。跑轮检测则用于记录小鼠的内在昼夜节律周期，通过将小鼠放置于带有滚轮的笼盒中，并在持续黑暗环境下记录其跑轮活动，以反映小鼠内在的节律。倒时差实验则用于检测小鼠适应外界环境昼夜变化的能力，通过改变光照周期来模拟跨时区飞行，观察小鼠适应新时区的快慢，从而评估其被再次牵引的能力。

这些实验方法不仅揭示了小鼠昼夜节律的复杂性，也为理解生物钟基因与疾病之间的关系提供了重要的实验依据。通过这些精细的实验设计，研究者能够深入探索生物节律的奥秘，并为相关疾病的治疗提供潜在的靶点。

当昼夜节律系统出现缺陷时，小鼠的活动和饮食规律可能会发生昼夜紊乱。代谢笼作为一种能够实时记录活动及摄食行为的工具，为研究者提供了监测这些变化的有效手段。

小鼠遗传背景对倒时差的影响

小鼠的遗传背景对其表型有着深远的影响，即使是同一品系的不同亚系，如C57BL/6J与C57BL/6N，也可能在某些表型上表现出差异。因此，在进行时差反应实验时，必须严格关注小鼠的来源。昼夜节律对外界信号的响应程度，取决于外界信号的强度与内在昼夜节律的强弱之间的相对关系。PS50（即适应一半时差所需的时间）的差异、小鼠适应时差的过程以及调时差过程中活动起跳点时间的变化趋势，均表明不同遗传背景的小鼠及不同供应商提供的小鼠在适应时差能力上存在差异。因此，在选择时差反应实验时，必须严格控制遗传背景，避免使用不同来源或供应商的小鼠进行比较，以确保实验结果的准确性和可靠性。

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