热中性环境改善代谢笼中小鼠福利并降低冷应激：生理与行为学多维评估

为解决代谢笼(MC)中小鼠因冷应激和孤立环境导致的生理参数失真问题，研究人员系统比较了标准温度(23°C)、短期适应(accMC23)、巢穴提供(nest-MC23)及热中性温度(30°C)四种饲养方案。研究发现热中性环境(MC30)能显著稳定小鼠核心体温、心率和代谢指标，减少体重丢失和棕色脂肪组织(BAT)中Ucp1基因表达上调，同时降低皮质酮水平。该研究为优化代谢实验动物模型提供了关键温度控制策略，提升数据可靠性和动物福利。

　　

在生物医学研究中，代谢笼（Metabolic Cages, MCs）被广泛用于收集小鼠的粪便和尿液样本，以分析物质代谢与排泄关系。然而，这种实验装置要求小鼠单独居住于金属网格地板的笼中，无法获得垫料、巢穴或其他富集材料，加之实验室标准环境温度（20–24°C）远低于小鼠的热中性温度（约30°C），可能导致动物持续面临冷应激与社会隔离的双重压力。已有研究表明，这类应激状态会显著影响心率、体重、体温以及代谢参数，进而干扰实验结果的准确性。因此，如何优化代谢笼饲养条件，减轻小鼠应激反应并提升动物福利，成为研究者关注的重点。

针对该问题，瑞士苏黎世大学的Philipp Villiger、Petra Seebeck等研究人员在《Lab Animal》上发表了一项系统研究，通过多维技术手段评估不同代谢笼饲养方案对小鼠生理与行为的影响。研究团队假设，在标准室温（23°C）下居住于代谢笼中的小鼠会遭受显著冷应激，而提高环境温度至热中性区域（30°C）或提供巢材料可能有效缓解该应激。

为验证这一假设，作者使用C57BL/6N小鼠，植入可远程监测的HD-X11传感器，持续记录心电图、血压、核心体温及活动数据，并同步开展视频行为分析。同时，研究人员收集了食物与水的摄入量、排泄物样本，检测尿液中的电解质、皮质酮以及血液酮体水平，并在部分动物中分析了棕色脂肪组织（Brown Adipose Tissue, BAT）中Ucp1、Fasn和Ndufa等基因的表达。实验设置四组对比：标准4天23°C代谢笼饲养（MC23）、3小时/天间歇适应后24小时采样（accMC23）、提供巢材料的23°C代谢笼（nest-MC23），以及4天30°C热中性代谢笼饲养（MC30）。

关键技术方法包括：1）使用植入式遥测传感器（HD-X11, Data Science International）持续监测多项生理指标；2）采用EthoVision XT视频分析系统量化行为与活动模式；3）通过EchoMRI500分析体成分变化；4）利用实时荧光定量PCR检测BAT中 thermogenesis 相关基因表达；5）使用临床生化分析系统（UniCel DxC 800）及ELISA技术检测尿液电解质与皮质酮水平。

研究结果显示，在标准代谢笼条件（MC23）下，小鼠表现出明显的冷应激反应：核心体温下降，心率和呼吸频率加快，食物摄入增加却仍出现体重减轻。此外，BAT中Ucp1、Fasn和Ndufa的mRNA表达显著上调，血液酮体水平升高，显示能量代谢加速与脂肪动员增强。部分雄性小鼠甚至出现心代谢活动降低的发作期，表现为体温、血压和心率同步下降。

与之对比，热中性环境组（MC30）的各项生理参数最为稳定，未见体温下降或心率加快，尿液电解质和皮质酮水平与基线无差异，且BAT基因表达未见上调。这表明30°C环境有效避免了冷应激，使小鼠代谢状态更接近自然水平。

行为学分析显示，除非提供巢穴，小鼠多数时间停留在饲料斗附近，推测该区域相对“庇护性”更好。而巢材料虽显著改善行为福利（小鼠67.5–89.7%时间居于巢内），却导致尿液样本污染、收集量不足，因此不适于需精确采样的实验。

值得注意的是，短期间歇性适应方案（accMC23）未能减轻应激反应，每次放置入代谢笼仍引发心率、血压骤升，且采样日应激参数高于或等同于MC23组，说明重复暴露并不能促使动物适应。

研究还发现性别差异：雌鼠在体重维持、皮质酮反应方面表现出比雄鼠更强的环境适应能力，提示在代谢研究中应同时纳入两性数据。

这项研究的结论强调，于热中性温度（30°C）下进行代谢笼实验不仅能大幅改善小鼠福利，还可提高实验数据的可靠性与一致性，避免因冷应激引发的代谢偏倚。该发现对肥胖、糖尿病、能量代谢疾病等领域的动物模型构建具有重要参考意义；同时，研究者建议摒弃多日适应协议，代之以半天的环境熟悉与24小时采样，以提高实验效率并减少动物痛苦。