呼吸穩定同位素示蹤能量代謝技術：馬島猬的產熱機制為何 如此有趣？

馬島猬屬于非洲獸類，具有許多祖征，是原始胎盤哺乳動物的代表，也是一種冬眠動物。此外，從產熱的角度來看，它們被認為是基礎內溫哺乳動物，因為它們的體溫調節不像其它更“現代"的物種（例如小鼠）那樣嚴格。事實上，馬島猬表現出相當靈活的體溫調節行為，它們的體溫經常以類似爬行動物的方式跟隨環境溫度波動，但體溫設定點較低（約32-34℃）。例如，無尾馬島猬（Tenrec ecaudatus）即使在活躍的情況下，體溫也能跟隨環境溫度降至12℃，更令人驚訝的是，代謝率可以變化25倍，而體溫卻幾乎沒有變化。只有在繁殖期，它們的體溫才會維持在較高的水平，這清楚地表明馬島猬能夠控制其內源性產熱。然而，到目前為止，人們不知道馬島猬依賴于哪種內源性產熱（顫抖產熱、非顫抖產熱或無效/代謝循環） ，也不知道哪些代謝途徑有助于維持體溫。

為了揭示無尾馬島猬（T.ecaudatus）內源性產熱的機制，研究者Rebecca Oelkrug博士采用了一種藥理學方法，給猬注射非顫抖產熱途徑的激動劑（去甲腎上腺素，CL-316,243）和拮抗劑（普萘洛爾），以及顫抖產熱途徑的阻斷劑（丹曲林）。在生理條件下，交感神經系統會誘導非顫抖產熱，神經末梢釋放去甲腎上腺素，去甲腎上腺素與棕色脂肪細胞表面的β3-腎上腺素能受體結合。去甲腎上腺素激活β3-腎上腺素能受體后，脂肪分解和產熱增加，導致耗氧率升高。實驗中使用便攜式間接測熱呼吸測量系統（FOXBOX）測量了耗氧率。研究者曾經在一種體型較小的馬島猬—小刺猬（Echinops telfairi）身上證實，馬島猬擁有功能完整的棕色脂肪組織。因此，她當時相當確信，給無尾馬島猬注射去甲腎上腺素會提高其代謝率和體溫，或者—最壞的情況——也不會有任何反應。但是，她忽略了馬島猬是地球上最奇特的動物之一。結果，有些動物注射去甲腎上腺素后，體溫反而下降了？！哇，她當時真是百思不得其解；這難道就是弗蘭克和他的博士后邁克爾所說的“獨特的代謝靈活性"嗎？于是她直接去了弗蘭克的辦公室和他們談話。我把這件事告訴他們之后，他們彼此對視了一眼，眼神里充滿了心照不宣的意味，聳了聳肩說：“這就是我們研究了五年的東西。馬島猬很奇特—對吧？"沒錯，它們確實很奇特！

為了進一步了解馬島猬代謝產熱的燃料來源，研究者與易科泰呼吸同位素示蹤國際技術支持專家Marshall McCue博士合作，他開發了一種新型呼吸穩定同位素示蹤能量代謝艙，可以實時測量穩定同位素——這項微創技術具有信息價值。因此，在測量前兩周，研究者給實驗動物喂食添加了微量穩定同位素標記氨基酸（13C-leucine）或脂肪酸（13C-palmitic acid）的食物。這種喂養方式使動物體內的蛋白質或脂質分別富集了同位素，通過測量它們呼出氣體中13C的含量，研究者就可以計算出動物在注射去甲腎上腺素等刺激后氧化的脂肪酸或氨基酸示蹤劑的數量。這是一種微創且高靈敏度的方法，可以評估動物在各種條件下的代謝燃料利用優先順序等。

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