橫斷山不同地區大絨鼠冬季體重調節

韓春艷 賈 婷 楊 忌 王政昆 朱萬龍*

(1.云南省高校西南山地生態系統動植物生態適應進化及保護重點實驗室，云南師范大學生命科學學院；生物能源持續開發利用教育部工程研究中心；云南省生物質能與環境生物技術重點實驗室，昆明，650500；2.云南經濟管理學院，昆明，650106)

小型哺乳動物通過調節能量的攝入和消耗來調節體重以適應不同環境的變化[1-2]。動物的消化道具有容納、處理食物和吸收營養物質的能力，食物的質量等外界環境因素影響消化道長度[3]。研究表明，小型哺乳動物消化道長度隨季節變化，是表型可塑性的一種[4]，指動物為適應食物質量和環境溫度，消化道在形態、結構和生物化學上發生的可逆性變化[5]，是動物適應環境的重要特征[6]。研究發現，小型哺乳動物會通過降低體重和改變消化道長度來提高在低溫和食物匱乏條件下的生存率[7]。

瘦素是白色脂肪分泌的一個16kDa的蛋白類激素，含167個氨基酸[8]，是一個重要的脂肪細胞因子[9]，中樞神經系統中瘦素可抑制下丘腦弓狀核促食神經肽Y(neuropeptide Y，NPY)和刺鼠相關蛋白(agouti-related peptide，AgRP)的基因表達，同時，刺激弓狀核抑食神經肽前阿黑皮素(pro-opiomelanocortin，POMC)和可卡因和安非他明調節轉錄肽(cocaine and amphetamine regulated transcript peptide，CART)的表達，從而抑制攝食、促進產熱、降低體重[10]。研究發現，高水平的瘦素可以抑制食欲，增加能量消耗[11]，低濃度的瘦素促進小型哺乳動物的進食，影響動物的體重及能量平衡[12]。

橫斷山位于中國西南部，青藏高原的東南部，作為長江上游重要的生態屏障區，是中國珍稀瀕危動植物的避難所，也是世界上生物多樣性最豐富的地區之一[13]，對周邊區域乃至中國西部地區氣候和生態環境有著深遠的影響[14]。該地區隨海拔升高，氣溫降低，降水增加，具有干濕兩季分明，年溫差小，日溫差大，立體氣候顯著等特點[15]。大絨鼠(Eothenomysmiletus)為橫斷山固有種[16]，主要分布于我國云南省的橫斷山地區中部，營地表淺層洞道生活，多在夜間活動，以含水量高的鮮嫩植物、草的根部以及莖部為主要食物[17]。本研究組之前的研究結果表明，夏季香格里拉和德欽地區的大絨鼠體重顯著小于麗江、劍川和哀牢山3個地區，但是肝臟和小腸重顯著高于其它3個地區，表明不同地區大絨鼠通過調節體重和消化道形態等生理指標來適應不同的環境條件[18]。而冬季橫斷山區的環境因子更為脅迫，因此本研究采集冬季橫斷山區自北向南分別從德欽、香格里拉、麗江、劍川和哀牢山5個不同地區的大絨鼠，測定和比較其體重、身體組成、消化道、血清瘦素以及下丘腦神經肽含量的變化，為探究大絨鼠在冬季對橫斷山不同地區適應機制提供證據。

1 研究方法

1.1 實驗動物

實驗動物于2019年冬季分別捕自橫斷山地區的5個地點，自南向北依次為：哀牢山、劍川、麗江、香格里拉和德欽。實驗動物均為非繁殖期的健康成年個體，每組6只動物。

表1 橫斷山區大絨鼠采樣點Tab.1 Features of the sampling site in E.miletus from Hengduan Mountains

1.2 動物處理

用捕鼠籠捕捉動物，當天在地方病防治站稱量體重后處死，記錄繁殖狀態等。將心、肺、肝、脾、腎、胃、小腸、大腸及盲腸完整取出，仔細剔除黏連的結締組織，在濾紙上蘸干，稱量鮮重(精度為0.1 mg)。取血清和下丘腦，血清瘦素濃度和下丘腦神經肽基因表達量分別用放射免疫法和實時熒光定量方法測定，詳見Zhu等[19]2017研究報道。

1.3 數據分析

數據采用SPSS 22.0軟件進行分析，所有數據均符合正態分布。本研究組之前發現大絨鼠雌雄之間生理數據差異不明顯[20]，故數據合并分析。5個地區的各種指標差異性采用單因素方差分析(one-way ANOVA)或協方差分析(ANCOVA)進行分析，以體重作為協變量。結果以平均值±標準差(Mean±SE)表示，其中P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。

2 結果

2.1 體重、身體組成及消化道重量

冬季5個地區大絨鼠體重差異極顯著(F=22.23，P<0.01，圖1)，其中香格里拉和德欽地區的大絨鼠體重顯著低于其他3個地區。肝臟重量5個地區之間有顯著差異(F=3.25，P<0.05，表2)，其余身體組成重量均差異不顯著(P>0.05)。5個不同地區大絨鼠的胃重有極顯著差異(F=4.26，P<0.01)，盲腸重量5個地區之間差異顯著(F=2.69，P<0.05)，其余消化道重量差異不顯著。

表2 5個地區大絨鼠內臟器官重量和消化道重量變化Tab.2 Changes of body composition and digestive tract masses in E.miletus at five regions

2.2 血清瘦素含量和下丘腦神經肽表達量

冬季5個地區大絨鼠血清瘦素含量差異極顯著(F=8.69，P<0.01，圖2)，其中香格里拉和德欽地區的大絨鼠血清瘦素含量顯著低于其他3個地區。冬季5個地區大絨鼠下丘腦神經肽NPY和AgRP表達量地區之間差異顯著(NPY：F=4.21，P<0.05；AgRP：F=2.89，P<0.05)，但是POMC和CART表達量沒有地區差異。

3 討論

小型哺乳動物的體重變化受環境溫度、海拔及食物的影響，動物為適應不同的棲息環境，形成各自不同的獲能策略[21]。在自然條件下，小型哺乳動物必須通過行為或生理調節來滿足能量需求[22]。本次采樣點從北向南分別在德欽、香格里拉、麗江、劍川和哀牢山，年平均氣溫和采樣期氣溫由北向南依次升高，本研究組之前的研究結果表明夏季橫斷山5個采樣地大絨鼠體重由南向北依次降低[18]，這可能和不同地區環境因素的漸變有關。本研究中，德欽和香格里拉的大絨鼠體重明顯低于其他3個地方，這可能和植被類型與高海拔低溫度有關。

肝臟是小型哺乳動物的產熱的器官之一[23]。在本研究中，德欽和香格里拉兩個地區的大絨鼠肝臟重量明顯高于其他3個地區，表明大絨鼠可能通過增加肝臟重量，增加產熱，來抵抗兩個地區的低溫環境。胃作為小型哺乳動物消化道的重要組成部分，其形態常因食性的不同而變化[24]。動物胃的大小與溫度、食物質量和繁殖狀態等很多因素有關[25]。胃越大，儲存的食物越多，食物在胃里消化時間變長，增加食物消化吸收的效率[26]。本研究組之前的研究結果表明夏季哀牢山大絨鼠較劍川、麗江、德欽和香格里拉地區的胃重大[18]。冬季哀牢山大絨鼠胃重高于其他4個地區，劍川和麗江的大絨鼠胃重也顯著高于德欽和香格里拉地區，這可能是與溫度和植被類型有關。由于冬季哀牢山、劍川、麗江地區大絨鼠所食用的草根及嫩葉在冬天未被冰雪覆蓋，大絨鼠有充足的食物資源和相對較大的胃，具有重要的生態學意義，它既可提高覓食效率和獲得足夠食物，又可減少暴露時間，從而降低被捕食的風險[27]。盲腸是纖維素的發酵部位，纖維素經盲腸分解后的營養物質主要由大腸吸收[28]。盲腸對于食物質量做出靈敏反應，當在低溫條件下，食物質量下降，纖維素含量升高時，盲腸會變重[29-30]。

瘦素由白色脂肪組織分泌的，作為一種信號通過血液循環作用于下丘腦[31]。動物在低溫時瘦素降低，低濃度的瘦素防止進一步消耗能量。保持能量輸入和輸出的平衡[32]。本研究組之前結果表明，低溫誘導大絨鼠降低瘦素，低濃度的瘦素促進大絨鼠進食，增加能量收入，從而產生熱量適應低溫環境[33]。本研究中，香格里拉和德欽的血清瘦素含量明顯低于其他3個地方，與之前結果一致，大絨鼠可能通過降低瘦素和體重適應高海拔低溫度地區(香格里拉和德欽)惡劣的環境。通過比較4種小型哺乳動物不同季節的血清瘦素和下丘腦神經肽表達量變化(表3)，可見4種動物下丘腦NPY表達量均在冬季增加，大絨鼠和高山姬鼠(Apodemuschevrieri)的AgRP表達量冬季比夏季高，其余兩種的AgRP不變。但是5個地區大絨鼠的下丘腦抑食類神經肽POMC和CART相對表達量沒有顯著差異，可能和低溫環境中動物的產熱增加有關，因為POMC和CART的表達水平越高，冬季產熱就越明顯[19]。這和中緬樹鼩(Tupaiabelangeri)的變化不同，但是和其他物種變化相似(表3)，說明不同季節不同物種的下丘腦神經肽調節具有種屬特異性。本研究中，香格里拉和德欽NPY和AgRP相對表達量顯著高于其余其他3個地區，表明高海拔低溫度地區大絨鼠通過增加NPY和AgRP相對含量，增加食欲，促進大絨鼠的進食，增加產生熱量，抵抗低溫帶來的脅迫[34]。以上結果說明血清瘦素和下丘腦神經肽表達量可能參與了大絨鼠的體重調節。

表3 4種小型哺乳動物不同環境條件下的血清瘦素和下丘腦神經肽表達量變化Tab.3 Changes of serum leptin levels and hypothalamic neuropeptide expressions in four small mammals under different environmental conditions

綜上所述，冬季橫斷山不同地區的大絨鼠通過改變體重、肝臟重量、大腸重量、盲腸重量、血清瘦素、下丘腦促食類神經肽相對表達量，最終適應該地區不同的環境變化。