评估小鼠全身脂质处理能力

摘要

本文提供了三种简便且易于操作的检测方法，用于评估小鼠的脂质代谢。

摘要

评估脂质代谢是评价代谢功能的核心环节，对于体内代谢研究具有重要意义。脂质是一类包含多种不同分子的物质，其合成与代谢涉及众多代谢通路。在营养与肥胖研究中，亟需一种评估脂质稳态的起始方法。本文介绍了三种简便易行的技术，操作无需复杂经验或长期训练，大多数实验室均可采用这些方法对小鼠的脂质代谢异常进行初步筛查。这些方法包括：（1）利用商用试剂盒检测多种空腹血清脂质分子；（2）通过口服 Intralipid 耐受试验评估小鼠对膳食脂质的处理能力；（3）检测小鼠对药物化合物 CL 316,243 的反应。综合运用这三种方法，可全面了解小鼠脂质代谢与处理能力的整体状况。

引言

碳水化合物和脂质是能量代谢的两种主要底物。脂质代谢异常会导致多种人类疾病，包括2型糖尿病、心血管疾病、脂肪肝病和癌症。膳食中的脂质主要是甘油三酯，通过肠道吸收进入淋巴系统，并在靠近心脏处以乳糜微粒的形式进入静脉循环¹。在血液中，脂质由脂蛋白颗粒运输，其脂肪酸组分在外周器官（如肌肉和脂肪组织）中通过脂蛋白脂肪酶的作用被释放出来²。剩余的富含胆固醇的残余颗粒则由肝脏清除³。小鼠在实验室中被广泛用作研究脂质代谢的动物模型。由于其拥有完善的遗传操作工具和相对较短的繁殖周期，小鼠成为研究脂质吸收、合成与代谢机制的有力模型。

由于脂质代谢的复杂性，通常需要采用复杂的脂质组学研究或同位素示踪研究来定量分析脂质种类集合或与脂质相关的代谢通量及去向^4,5。这对于缺乏专业设备或专业知识的研究人员而言构成了巨大挑战。本文中，我们提出了三种检测方法，可在采用技术上更具挑战性的技术之前作为初步测试。这些方法对小鼠而言属于非终末性操作，因此在识别脂质处理能力的潜在差异以及缩小受影响的代谢过程范围方面非常有用。

首先，检测空腹血清中的脂质分子有助于确定小鼠的整体脂质谱。小鼠应进行禁食，因为许多脂质种类在进食后会升高，且升高的程度受饮食成分的显著影响。多种脂质分子（包括总胆固醇、甘油三酯和非酯化脂肪酸（NEFA））均可使用商用试剂盒并借助能够读取吸光度的酶标仪进行测定。

其次，口服脂肪乳耐受试验可评估脂质处理能力，反映吸收与代谢的综合效应。口服给予脂肪乳 后，循环中的甘油三酯水平会出现短暂升高（1–2 小时），随后血清甘油三酯水平 恢复至基础水平（4–6 小时）。该检测可提供小鼠处理外源性脂质能力的相关信息。心脏、肝脏和棕色脂肪组织是甘油三酯的活跃消耗组织，而白色脂肪组织则将其作为能量储备进行储存。这些功能的变化将导致试验结果的差异。

最后，促进脂解作用以动员储存的脂质被认为是减重的一种潜在策略。脂肪组织中的β3-肾上腺素能受体信号通路在脂肪细胞脂解过程中发挥重要作用，人类遗传学研究已鉴定出β3-肾上腺素能受体上的一种功能缺失性多态性Trp64Arg 与肥胖相关⁶CL 316,243 是一种特异性强且高效的 β3-肾上腺素能受体激动剂，可促进脂肪组织的脂解作用并释放甘油。评估小鼠对 CL 316,243 的反应，可为该化合物的开发、优化及其功效机制的理解提供重要信息。

总体而言，这些检测可用于小鼠脂质代谢状态变化的初步筛查。这些方法的选择基于仪器和试剂的可及性。通过这些检测获得的结果，研究人员能够全面了解实验动物的代谢健康状况，并进一步决定是否采用更复杂和靶向性的研究方法。

方案

动物饲养在标准化环境中，遵循贝勒医学院（BCM）机构动物护理和使用委员会批准的动物护理和实验方案。动物饲喂标准或特殊饮食，自由饮水，并维持12小时昼夜循环。

1. 空腹血清脂质的测定

1. 在下午5点后将小鼠转移至新笼子，仅提供自由饮水，禁食过夜（实验前约禁食16小时）。过夜禁食可确保小鼠胃肠道完全排空。
   注意：小鼠在禁食期间会进食粪便，因此仅撤除食物无法确保其充分禁食。
2. 次日早晨，抓住小鼠尾巴并将其放置于平面上。轻柔向后拉小鼠尾巴，使其进入固定器中。安装鼻部固定装置以限制小鼠活动，同时确保其仍可正常呼吸。旋紧鼻部固定装置的旋钮。观察胸部运动，确认动物呼吸正常，并尽量减少小鼠在固定器中的停留时间。
3. 对自由活动的小鼠尾静脉进行浅表切口（划破），从切口处用玻璃毛细管采集25 µL血液（约填充毛细管的1/3），采集过程中无需固定小鼠。迅速将血液吹入微量离心管中。
4. 使用止血粉止血，向笼中补充饲料，并确保小鼠无任何 应激迹象。
5. 完成所有小鼠的采血操作。
6. 将血液在室温下静置1小时，使其充分凝固。随后在4 °C条件下，以2,000 × g离心10分钟（使用冷冻台式微量离心机），收集上清液（血清）用于分析。
   注意：血清可在–20 °C下保存数周直至分析；如需长期保存，应置于–70 °C。
7. 按照试剂盒制造商提供的操作规程分别分析每种脂质代谢物。

2. 口服脂肪乳耐受试验

1. 下午5点后，称量小鼠体重，用于计算次日给予的脂肪乳剂量。随后将小鼠转移至新笼，禁食过夜（16小时）。
2. 次日早晨，标记同一笼内小鼠的尾巴，以便在后续采血步骤中识别它们。
3. 在尾静脉上切开一个小口，从切口处用玻璃毛细管吸取15 µL血液（约填充毛细管的1/5），迅速将血液吹入微量离心管中，用于获取T = 0血清。
   注意：在检测过程中，除非小鼠出现过度出血，否则无需止血。
4. 使用18G灌胃针，按每克体重15 µl的剂量（以禁食前体重为准）对小鼠灌胃20% Intralipid溶液，每只小鼠间隔1分钟。
   注意：称量动物体重并确定合适的灌胃针尺寸。通常情况下，18号灌胃针适用于小鼠 >25 g，而对于较小的动物，则更适合使用20-22号的灌胃针。抓住小鼠颈背部皮肤以固定其头部。将灌胃针放入小鼠口腔，然后沿上颚轻轻推进，直至 到达食管。导管应无阻力地通过。到达合适深度后，可缓慢注入Intralipid。注射Intralipid后，沿进针时相同角度轻柔拔出针头。将动物放回笼中，并观察其是否有呼吸困难或其他不适症状。
   注意：对于不熟悉口服灌胃或尾静脉采血技术的研究人员，每只小鼠的操作时间可延长2分钟甚至更久。
5. 在 T = 1、2、3、4、5 和 6 小时采血：通过尾静脉采血法从小鼠采集 15 µL 血液（相当于毛细管的 1/5），并迅速将血液吹入微量离心管中。
6. 在室温下，将血液样本于微量离心机中以 2,000 x g 离心 10 分钟。转移上清液（包括漂浮的脂肪层）至 PCR 管中储存。上清液可在 –20 °C 保存数周，直至分析。
   注意：上清液应为血浆。若部分样本在离心时已发生凝固，不影响甘油三酯的测定。
7. 最后一次采血后，使用止血粉止血，补充笼内饲料，并确保小鼠无明显应激反应。
8. 将2 µL甘油三酯标准品和收集的上清液加入96孔板中。
9. 加入200 µL甘油三酯试剂，将酶标板置于37 °C孵育5分钟以显色。
10. 使用实验室酶标仪在500 nm处测定吸光度，以660 nm为参比波长，并计算样品浓度。

3. β3 肾上腺素能受体激动剂 CL 316,243 刺激的脂解作用检测

1. 将CL 316,243配制成5 mg/mL（50倍）的无菌储备液 生理盐水，-20°C 保存备用。
2. 早晨称量小鼠体重，以计算实验所需稀释的CL 316,243溶液的用量。每克体重给予10 µL稀释后的CL 316,243溶液，最终剂量为1 mg/kg体重。
3. 将小鼠转移至新笼子中，自由饮水，并禁食4小时。
4. 使用生理盐水将50倍储存液稀释，配制足够量的1倍CL 316,243溶液。1倍CL 316,243溶液的终浓度为0.1 mg/mL。使用生理盐水 对照处理组
5. 标记同笼饲养小鼠的尾巴，以便在采血步骤中易于识别。
6. 在尾静脉处切一个小口，从切口处用玻璃毛细管吸取15 µL血液（约占毛细管体积的1/5），迅速将血液吹入微量离心管中，作为T = 0样本。
   注意：在检测过程中，除非小鼠出现过度出血，否则无需止血。
7. 腹腔注射稀释的CL 316,243溶液（若实验包含对照组，则使用对照溶液），注射体积为每克体重10 µL。每只小鼠间隔1分钟注射。每次60分钟实验最多使用5只小鼠，或由两人团队操作时最多使用10只小鼠。
8. 在 T = 5、15、30、60 分钟时采血：通过尾部取血法，每只小鼠采集 15 µL 血液（相当于 1/5 毛细管）。
9. 最后一次采血后，使用止血粉止血，补充笼内饲料，并确保小鼠无明显应激反应。
10. 在 4 °C 下以 2,000 x g 离心血液样本 5 分钟 在预冷的微量离心机中离心数分钟。将上清液转移至PCR管中用于储存。上清液可在–20°C下保存数周，直至分析。
11. 将2倍系列稀释的甘油标准品（0.156、0.312、0.625、1.25和2.5 mg/ml三油酸甘油酯当量浓度）及收集的上清液各1 µL加入96孔板中。每孔加入100 µL游离甘油检测试剂，于37 °C孵育5分钟以显色。
12. 使用实验室酶标仪在540 nm处测定吸光度，并计算样品浓度。

结果

我们通过三个实验片段说明，每种检测方法均可提供有关小鼠脂质代谢的有价值信息。对于8周龄开始接受高脂饮食（HFD）喂养8周的C57BL/6J雄性小鼠，其总胆固醇水平显著升高，而血清甘油三酯和游离脂肪酸（NEFA）水平则未见显著变化（表1），提示血液中的甘油三酯和NEFA并非主要受饮食脂肪挑战的调控。在第二组实验中，C57BL/6J和C57BL/6N两个C57BL/6亚系小鼠均从8周龄开始接受HFD喂养8周，随后进行口服Intralipid负荷试验并比较其血清甘油三酯水平。结果显示，6N与6J亚系之间存在显著差异：6J亚系在Intralipid给药后血清甘油三酯水平的峰值显著更高，提示其甘油三酯吸收增强或清除速度明显减慢（图1）。最后，对于8周龄、饲喂普通饲料（NC）的雄性C57BL/6J小鼠，单次给予CL 316,243（1 mg/kg体重）可导致血清甘油显著升高；然而，连续一周每日腹腔预注射1 mg/kg体重的CL 316,243后，小鼠对CL 316,243的反应减弱，提示这些小鼠已对CL 316,243产生了耐受性（图2）。

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讨论

文中所述三种检测方法在实验室中均能稳定运行，但需注意几个关键事项。测定空腹血清脂质水平和口服脂肪乳耐受试验均需过夜禁食。进行口服脂肪乳耐受试验时，必须在室温下离心血液，以尽量减少脂肪层的形成，尤其是在1小时和2小时时间点；若脂肪层形成，切勿弃去。转移上清液时应同时保留脂质层，并轻柔吹打混匀，用于甘油三酯测定。

空腹血清脂质水平的解读
研究表明，禁食会降低小鼠的总胆固醇水平⁷，而长期摄入高 脂肪含量的饮食则会升高总胆固醇水平⁸。胆固醇主要有两种类型：高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）。在人类中，HDL-C 被视为“有益”脂质，它可携带胆固醇并将其转运至肝脏，从而排出体外。LDL-C 构成了人体血清中大部分的胆固醇，可在动脉中积聚，导致主要动脉疾病。然而，小鼠缺乏一种关键酶——胆固醇酯转运蛋白（CETP）⁹，该酶介导 HDL 与载脂蛋白 B 脂蛋白（apoB...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
20% 英脱利匹特（Intralipid）	Sigma Aldrich	I141
BD Slip Tip 无菌注射器 1ml	Shaotong	B07F1KRMYN
CL 316,243 水合物	Sigma-Aldrich	C5976
弯曲饲喂针头（18 规）	Kent Scientific	FNC-18-2-2
游离甘油试剂	Sigma Aldrich	F6428
甘油标准溶液	Sigma	G7793
HR 系列 NEFA-HR(2)显色试剂 A	Fujifilm Wako Diagnostics	999-34691
HR 系列 NEFA-HR(2)显色试剂 B	Fujifilm Wako Diagnostics	991-34891
HR 系列 NEFA-HR(2)溶剂 A	Fujifilm Wako Diagnostics	995-34791
HR 系列 NEFA-HR(2)溶剂 B	Fujifilm Wako Diagnostics	993-35191
Matrix Plus 化学测定参考试剂盒	Verichem	9500
微量离心管	Fisher Scientific	14-222-168
微 hematocrit 毛细管，未肝素化	Fisher Scientific	22-362-574
NEFA 标准溶液	Fujifilm Wako Diagnostics	276-76491
磷酸盐缓冲液	Boston Bioproducts	BM-220
Thermo Scientific 甘油三酯试剂	Fisher Scientific	TR22421
总胆固醇试剂	Thermo Scientifi	TR13421