《Journal of Experimental Zoology Part A: Ecological and Integrative Physiology》：Prolactin and Triiodothyronine Modulate Seasonal Variation in Brown Adipose Tissue in Djungarian Hamsters
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季节光周期循环调控多种动物的能量稳态。棕色脂肪组织（Brown Adipose Tissue, BAT）和肝脏是响应光周期条件而表现出显著可塑性的关键代谢器官。催乳素（Prolactin, PRL）和甲状腺激素是将神经来源的光周期时间测量编码传递至外周组织的内
季节光周期循环调控多种动物的能量稳态。棕色脂肪组织（Brown Adipose Tissue, BAT）和肝脏是响应光周期条件而表现出显著可塑性的关键代谢器官。催乳素（Prolactin, PRL）和甲状腺激素是将神经来源的光周期时间测量编码传递至外周组织的内分泌信号。研究人员利用Djungarian仓鼠（Phodopus sungorus）这一已确立的季节性模型，研究了光周期、三碘甲状腺原氨酸（T3）和PRL对肝脏和棕色脂肪组织形态及脂质含量的影响。在三个实验中，研究人员定量分析了组织质量、棕色脂肪组织体质指数及组织学脂质含量，这些实验分别考察了（1）光诱导季节周期中的组织变异，以及急性（2）三碘甲状腺原氨酸和（3）催乳素处理的充分性。长光周期（Long Photoperiod, LP）暴露维持了较大的棕色脂肪组织和较高的脂质含量，而短光周期（Short Photoperiod, SP）暴露则降低了棕色脂肪组织质量和脂质含量。T3处理增加了棕色脂肪组织质量，但对脂质含量无影响。相反，PRL处理增加了棕色脂肪组织脂质含量，但对组织质量无影响。综上所述，这些发现将三碘甲状腺原氨酸和催乳素确定为代谢组织的关键调节因子。
研究背景与问题
温带气候中的动物利用环境线索来调控季节性能量稳态（Energy Rheostasis），其特征为体重、代谢率及体温调节策略的改变。年间的日照长度变化，即光周期（Photoperiod），是哺乳动物编码并调节季节性生理的主要预测性线索。多数动物中，光周期可同步内源性年生物钟（Circannual Clock），从而调控不同生理、行为及形态学阶段的季节周期与时机。部分动物（如非洲石鵖[Saxicola torquatus]及金背地松鼠[Callospermophilus lateralis]）即使在没有光周期变化的情况下，仍能维持多年的季节性生理年节律；而Djungarian仓鼠（Phodopus sungorus）等动物则表现出一种年节律定时器，其在短光周期（SP）下会进入一段休眠期（如6个月），但并不会表现出周年节律，而是对光周期线索产生光不应性（Photorefractoriness）。这些生理性时序的季节性适应通过关键代谢组织（如脂肪组织和肝脏）的重塑来优化能量储存与利用。在哺乳动物中，棕色脂肪组织（Brown Adipose Tissue, BAT）是一种特化的产热器官，通过非颤抖性产热（Non-shivering Thermogenesis）以热能形式耗散储存的能量，以响应热需求和代谢需求。在Djungarian仓鼠中，棕色脂肪组织表现出稳健的光周期依赖性可塑性，其组织质量和脂质含量在夏季长光周期（LP）时最高，在冬季SP时下降。尽管组织质量减少，棕色脂肪组织的产热能力在冬季适应性变化中显著上调，以支持增加的热量产生。Djungarian仓鼠的肝脏也表现出明显的季节性变化，SP暴露可增加肝脏成纤维细胞生长因子21（Fibroblast Growth Factor 21, FGF21）的产生，有助于冬季的能量稳态；而肝脏线粒体则主动降低其状态3和状态4呼吸（State 3 and State 4 Respiration），从而减少日滞育（Daily Torpor）期间的代谢输出。
光周期调控的甲状腺激素和催乳素变化对外周组织的季节性变化至关重要。循环中的甲状腺激素（即三碘甲状腺原氨酸[T3]和甲状腺素[Thyroxine, T4]）作为代谢调节因子，可提高基础代谢率并调节各组织间的能量平衡。甲状腺激素通过增强产热基因（如解偶联蛋白1[Uncoupling Protein 1, Ucp1]）的表达并刺激线粒体活性以提高代谢率，直接调节棕色脂肪组织的产热作用。甲状腺激素还通过甲状腺激素受体（Thyroid Hormone Receptor, TH-R）介导的基因调控，进一步调控肝脏的脂质和葡萄糖代谢、线粒体活性及胆固醇稳态。在Djungarian仓鼠中，冬季SP与夏季LP相比，循环T4水平降低；然而，在SP暴露下将循环T4恢复到夏季LP水平，并不能阻止季节性体重、脂肪组织质量下降或生殖退化。外源性T3给药在SP饲养的Djungarian仓鼠中可诱导外周白细胞迅速减少并刺激性腺发育，且T3注射显著降低了LP和SP饲养仓鼠的体重，表明甲状腺激素具有光周期依赖性的外周反应性。
其他循环激素如催乳素（PRL）是驱动光周期依赖性长期变化的另一种稳态内分泌信号，影响体重、摄食量、脂肪组织功能及体温调节生理。在Djungarian仓鼠中，SP暴露与LP条件相比可抑制循环PRL水平。进一步而言，通过溴隐亭（Bromocriptine）抑制PRL释放可降低体重至冬季样水平，而PRL给药则足以诱导Djungarian仓鼠持续性体重增加。在金黄仓鼠（Mesocricetus auratus）中，高催乳素血症（Hyperprolactinemia）可阻止SP诱导的棕色脂肪组织质量增加和产热能力增强。Djungarian仓鼠的转录组分析表明，棕色脂肪组织和肝脏均表达甲状腺激素受体（Thra/Thrb）和催乳素受体（Prolactin Receptor, Prlr），表明循环激素能够直接作用于这些外周组织。综上所述，甲状腺激素和PRL均表现出光周期性调控，并可能是哺乳动物季节性能量稳态的关键介质。
本研究旨在利用Djungarian仓鼠研究代谢组织中脂质含量的季节变异。该物种在圈养条件下表现出稳健的光周期驱动变化，包括体重、能量平衡、体温调节和生殖生理，密切反映了自然季节适应。研究人员开展了三个实验，考察光周期、三碘甲状腺原氨酸和催乳素对棕色脂肪组织和肝脏形态及脂质含量的影响。实验1采用已充分表征的光周期操纵方法研究季节变化；实验2研究了T3对SP适应化仓鼠的充分性（包括急性1天和短期7天激素给药）；实验3评估了PRL作为长光周期信号对肝脏和棕色脂肪组织脂质含量的急性影响。
研究方法与主要结论
本研究发表于《Journal of Experimental Zoology Part A: Ecological and Integrative Physiology》。三个实验的样本均来自英国格拉斯哥大学兽医研究设施饲养的成年Djungarian仓鼠。实验1和实验2使用雄性仓鼠以排除雌性发情周期及PRL水平变化的混杂因素，而实验3使用在SP条件下饲养的雌性仓鼠，依据其前期观察到的对循环PRL的稳健反应。
研究人员采用的关键技术方法包括：（1）光周期操纵：通过控制光照/黑暗时长（LP: 16L:8D; SP: 8L:16D）模拟季节周期；（2）激素给药实验：皮下注射T3（5 μg/100 μL）1天或7天，或腹腔注射PRL（18 μg）1天，并设置相应的溶剂对照组；（3）组织取样与形态测量：采集肩胛间棕色脂肪组织（Interscapular BAT）称重，并计算棕色脂肪组织体质指数（Brown Adipose Somatic Index, BASI）=（棕色脂肪组织质量/体重）×100；（4）组织学染色与定量分析：对棕色脂肪组织切片进行苏木精-伊红（Hematoxylin and Eosin, H&E）染色，利用ImageJ软件量化相对脂质面积（Relative Lipid Area, RLA）；对肝脏切片进行油红O（Oil Red O, ORO）染色，采用ImageJ的图像处理功能测量脂质滴面积（Lipid Droplet Area, LDA）并进行统计分析。
研究结果
一、光周期诱导的季节性变化：研究人员通过实验1发现，与LP相比，SP暴露8、16和24周后仓鼠的棕色脂肪组织质量、BASI和相对脂质面积均显著降低，但32周时棕色脂肪组织质量较16和24周显著上升，表明存在光不应性恢复现象。肝脏脂质滴面积在各光周期组间无显著变化。
二、T3对棕色脂肪组织的影响：实验2显示，SP显著降低BASI，而急性（1天）和短期（7天）T3处理均显著提高BASI至LP水平，但T3处理对棕色脂肪组织相对脂质面积及肝脏脂质滴面积均无显著影响。
三、PRL对棕色脂肪组织的影响：实验3表明，急性PRL处理对棕色脂肪组织质量和BASI无显著影响，但显著提高了相对脂质面积；PRL处理对肝脏脂质积累亦无显著作用。
讨论与结论
在讨论部分，研究人员系统总结了上述发现。首先，长光周期维持较大的棕色脂肪组织并促进脂质积累，而短光周期则导致棕色脂肪组织萎缩和脂质含量下降，这与仓鼠冬季适应性变化一致。夏季LP条件下循环PRL水平升高，研究人员发现PRL足以作为夏季信号诱导棕色脂肪组织脂质积累，反映了产热需求降低和正向能量平衡下的能量储存转变。尽管冬季SP棕色脂肪组织质量降低，但线粒体蛋白含量和细胞色素c氧化酶活性显著增加，以支持增强的产热活性。研究人员指出，循环T3在低温下增加而非受光周期显著影响，T3可能通过促进线粒体解偶联和Ucp1表达在冬季增强棕色脂肪组织产热能力。本研究中T3仅增加细胞含量而不影响脂质积累，支持了这一假说。其次，肝脏脂质积累在季节和激素处理下均保持稳定，这与Nile grass rats的研究一致，可能是由于肝脏通过PPARα驱动的脂肪酸β-氧化、极低密度脂蛋白（VLDL）-甘油三酯输出及自噬介导的脂质滴清除等途径维持脂质平衡的结果。此外，T3和PRL处理均未能改变肝脏脂质积累，提示短期激素处理可能不足以引起可检测的脂质重塑，或样本量限制影响了统计效力。最后，研究人员强调PRL作为关键光周期性内分泌信号，将季节性信息传递至外周代谢器官，而T3则可能在冬季冷适应中促进棕色脂肪组织产热活动。肝脏在季节间维持脂质稳态，从而限制过度的肝脏脂质积累。研究同时指出，性别可能影响季节性能量调节，且未来研究可通过析因设计或阻断实验进一步区分PRL和T3的独立作用。
