Abstract
利用实验室小鼠模型，负责耐力运动的代谢好处分子途径开始进行定义。评估小鼠运动耐力的最常用的方法利用强制在电动跑步机上搭载了冲击电网运行。动物谁退出运行是由移动跑步机带压入，可提供电动足底电击的网格;为了躲避不良刺激，将小鼠返回到在皮带上运行。然而，回避行为和心理压力，由于利用冲击装置可以与定量运行的耐力，以及对运动后血清激素和细胞因子水平变乱的测量产生干扰。在这里，我们展示和验证一个精致的方法来衡量在天真的C57BL / 6小鼠的实验室在电动跑步机上跑步的耐力没有利用冲击电网。当小鼠preacclimated到跑步机，它们与步态自行运行速度具体到每个按钮鼠ê。使用冲击网格被替换温和鼓励使用压舌板，加上灵敏度自愿愿意在鼠标的一部分运行人类操作员。清楚的端点用于定量运行时间到用尽每只小鼠被定义，并反映在用尽的行为体征如叉开姿势和呼吸困难。此方法是一种人性化的细化也减少应激对实验参数的混杂影响。
Introduction
肥胖，胰岛素抵抗和2型糖尿病是会对美国和全球范围内的人口1-4的健康产生深远的影响相互关联的代谢紊乱。耐力运动可预防，以及治疗，这些条件5,6。而且，步态速度和耐力的评估被用于虚弱，肌肉衰减症临床上的诊断测试，以及其它疾病的后果，如慢性阻塞性肺病，在人类对象7。
耐力运动对身体成分和胰岛素敏感性的有益效果背后的生化途径开始被阐明，采用显示增强或运动能力降低8-11的基因或药物基因小鼠。然而，许多这样的研究已经利用装有电网的冲击，迫使老鼠跑8-11电动跑步机。动物谁退出运行是由推运动跑步机皮带上，可提供电动足底电击的网格;为了躲避不良刺激，将小鼠返回到在皮带上运行。这些程序可能会引入心理压力和回避行为的影响的实验参数12的混杂因素。测量耐久的使用光束断在笼车轮运行的装置或定量的其它方法，如动态活动的定量，可通过昼夜周期，焦虑，无意训练，或食物寻求行为12-16的调制被混淆。此外，这些程序需要单个壳体，心理压力的另一个来源为小鼠。因此，需要直接测量运动耐力的不是压力混淆。
为了避免这些问题，我们的实验室已经开发并验证的方法来评估最大运行能力和使用电动跑步机不能球菌持续的运行速度，未受过训练的，天真的小鼠pped与冲击电网。在运行的输送带，其中休克网格通常位于末端的空间，然后变成为小鼠休息的平台，并提供用于该拒绝运行坐下，直到从装置中取出小鼠的地方。小鼠鼓励人类观察者用轻轻拍打或用压舌板，加上灵敏度自愿意愿鼠标的一部分运行感人运行。此方法已被用来量化不同的肌肉衍生的细胞因子白细胞介素15（IL-15）16,17表达基因修饰和控制C57BL / 6小鼠之间的差异在运动耐力。此方法是一种人性化的精致的降低因使用冲击电网的负筋的混杂效应。
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Protocol
这里介绍的方法是经弗吉尼亚州普吉特海湾实验动物管理和使用委员会，并符合ILAR指南实验动物护理和使用。
1，实验准备
- 事先决定，如果血液或组织采集后不久锻炼是必要的，并且如果是，确定对这些程序传导运动后的时间间隔。例子包括确定运动诱发的激素或细胞因子释放到血液循环中（因此需要采血），确定运动诱发基因物种的（因此需要安乐死其次是组织集合）的表达。如果立即运动后血液或组织集合表示，有材料上的手在操作室这些程序。接收机构审查委员会的批准，并根据监管指引执行。并非所有的实验需要运动后血液或组织本站统计上;耐力跑一个简单的比较可能是所有需要。
- 决定提前对实验组和运动后的程序老鼠（见上面的说明）。
- 放置在一个坚固的桌子跑步机在一个安静的房间里跑试验，在此过程中专用的。
- 置的跑步机鼠标大小的车道，并在适当的协议的倾斜。 +5Ø倾斜在这里用来避免在下坡行驶中发生肌肉损害，由于离心运动（拉长肌肉的同时收缩的）。
- 将下面的跑步机带的吸水垫抓屎。
2，锻炼小鼠跑步机
确定是否是“久坐”（不锻炼组）小鼠是必要的，并揭露久坐老鼠的跑步机不运行在2.1步骤概述 - 2.5。决定是否需要2个或4个实验组，， 例如 ，久坐/练习（2组）;行使控制/行使处理（2组，无久坐动物）;或者，久坐不动/行使x控制/处理（4组）。 “治疗”可能是一个转基因或基因敲除，药理疗法，特殊的饮食习惯，或其他实验的干预。
- 让鼠标适应的操作室中的运输笼，带保持架的队友，1 - 2小时。
- 选择一个单一的鼠标和记录标签号码;鼠标的重量并记录体重。
- 地方小鼠在没有马达跑步机接通驯化，约5分钟。接通电源，无需跑步机带运转，并让小鼠适应的机器噪声另外5分钟。
- 在“久坐”组中删除的小鼠（如果使用的话，见注1）从跑步机上，在这一点上他们回到自己的笼子里，或进行运动后的程序，按照实验设计（见注2）。
- 驯化后，转动传送带以低速（10米/分）时，动物正在探索在皮带和未在该平台上。
- 轻轻拍打或拿起鼠标后躯用压舌板，一至三次，以鼓励不愿意动物留在跑步机上并运行。
注：大多数老鼠都会跑很容易，但他们有时停止的时间很短。发生这种情况时，可使用压舌板轻轻点击或解除动物的后面，以鼓励恢复运行。通常，这些小鼠不需要用压舌板被触摸;注意到手用压舌板对他们的到来使老鼠跑一些。 - 启动一个实验室计时器一次鼠标以10米/分的初始速度运转。
- 转动速度缓慢，当鼠标在顶部（上坡端）的皮带，以1米/分钟，约每2分钟为增量。
- 把速度降下来的如果鼠标反复运行在短脉冲，而不是在稳步前的设置。
- 确定最大持续运行的每个小鼠的速度（一般为14 - 27米/分的C57BL / 6小鼠）通过调节速度和看鼠标。记录这个速度。
注：在跑步机上的动物的位置的线索研究者以动物的意愿以更高的速度运行。如果鼠标在远（上坡）端和即将碰上壁，它已准备好以更高的速度运行。如果鼠标在一个稳定的速度在跑步机上的中间运行它可能是在其最大的速度，或者可能需要进一步调整，根据运行的质量。
4，端点和鼠标停止
- 用压舌板轻轻敲击或解除该停止动物的后躯，以鼓励恢复运行（见注3.2）。不要停止计时器暂时中断运行。
- 确定并祛瘀ê小鼠拒绝运行。请注意，这在数据表。根据你的实验设计，拒不老鼠可以在不同的日子进行复检
注意：有些老鼠会完全拒绝运行。此类小鼠会在短脉冲时运行，则停止对培育或“踏板”，即，坐在平台上，并使用他们的前腿在皮带上。这些小鼠的姿势弯腰驼背，用自己的四条腿的动物下种植，以防止被击退到跑步机的压舌板。偶尔鼠标变成积极的朝压舌板不愿意何时运行，咬压舌板或爬上它作为逃生的方法。这是第一个5分钟的审判是否鼠标会，或不会，运行中的清晰。卸下拒绝从分析运行，但别指望他们为“久坐”老鼠老鼠。 - 识别耗尽的小鼠和停止计时器。
注：疲劳是由三个连续的降落，并拒绝重新定义庙上运行，尽管温柔的鼓励，再加上疲惫的身体体征，如呼吸困难和张开的姿势。老鼠从疲惫中恢复在30至60分钟。 - 记录的总时间花费在所有的速度运行。
- 根据实验设计，要么返回鼠标是其笼，或进行即时运动后的程序，例如血液或组织采集按机构准则。
- 测试每个人的鼠标，这样前面的老鼠的气味不会影响后续的测试小鼠的行为后擦拭干净带具有杀菌湿巾。
- 测试下一个鼠标。使用新鲜的压舌板每个鼠标。驻留在同一笼小鼠可以在不额外驯化过程间顺序在同一天进行测试。
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Representative Results
这个程序用于测量运动耐力准确地反映C57BL / 6小鼠的不同菌株而不同的细胞因子IL-15的16,17的表达的分子和代谢分布图。过表达IL-15（IL-15基因小鼠）展览显著运行到用尽倍相比，窝控制增加的转基因小鼠，而缺乏IL-15（IL-15基因敲除小鼠）的小鼠表现出显著达到之前的运行时间缩短耗尽（ 图1A）。已发表 的研究已经表明，肌肉被移向中的IL-15转基因小鼠16的更氧化的表型;相反，肌肉中的IL-15基因敲除小鼠被移到较低的氧化型17。这些肌肉的表型相关性与自发性的身体活动中的梁断设备的水平，并通过自愿跑至力竭测试运动耐力。野生型对照C57BL / 6小鼠，从两个不同的源（内部克隆和商业š upplier）没有表现出显著不同的运行时间（ 图1A）。
最大持续仅在IL-15基因敲除小鼠（ 图1B）的运行速度不同。长跑（未显示）也可以计算和统计分析;然而，这两个参数（时间到用尽和速度）的分离产生了更多的信息。
这种技术的一个不可避免的限制是，一些小鼠拒绝自动运行。该拒绝运行年轻的野生型对照小鼠中的百分比是10％左右，在4个月的婴儿。拒绝的比例增加至20％，在8月龄，并增大到60％以上由16岁内（ 图2）。但是，在老年组拒绝的比例在IL-15的转基因小鼠（ 图2）显著更低。
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图从自愿运行到用尽测试1代表数据。 （一）时间耗尽;（b）持续运行速度。为两个面板，4株C57BL / 6雄性小鼠进行试验：WT CON1（野生型同窝对照从内部转基因菌落）; IL-15的TG（白细胞介素-15过表达的转基因小鼠16，WT CON1的同窝小鼠）; WT CON2（野生型对照小鼠中，商购获得）; IL-15 KO（白细胞介素15基因敲除小鼠17，商购获得）。棒代表平均值±SEM; N = 7 - 29每组小鼠。数据采用秩和检验单因素方差分析对队伍进行分析;不同上标酒吧显著不同的P <0.05。数据是从以 前的出版物16,17转载，从杂志的许可。
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小鼠拒绝主动运行图2。比例随着年龄的增加，男性白介素15过表达转基因小鼠（IL-15，TG）和窝控制，无论是在C57BL / 6的背景下，在自愿的运行，以用尽协议进行了测试在4，8，12，和16个月的年龄。棒代表小鼠各年龄组的拒绝运行百分比（N = 11 - 每组29只）。数据是由Fisher精确检验分析;星号表示为P <0.05控制和IL-15的TG在年龄16个月之间的显著差异。 请点击这里查看该图的放大版本。
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Discussion
这里描述的是一种方法，使用电动跑步机不使用电网的冲击，以评估自愿耐力跑在实验室小鼠。这个方法可以揭示之间分线C57BL / 6小鼠的相差在细胞因子IL-15，这又导致在背后运动耐力16,17因子表达的差异表达的差异。在符合原则的“三R”在实验动物科学，这种方法可以作为一种更人性化的选择，或求精，到利用冲击电网8-11被迫行使协议。强迫运动也可以引入心理压力和两个运行参数和运动后测量，如血清细胞因子和激素回避行为12的混杂影响。
该技术的局限性在于决心最大持续运行速度，拒绝运行和e的终点xhaustion各自主观由人类观察者评估。然而，大多数的年轻老鼠会主动运行，如果慢慢适应的设备;此外，老鼠通常呈现出运行后，已经达到疲惫和拒绝执行的行为明显迹象。然而，这种技术的成功的传导需要一些观察者的灵敏度的动物。因此，我们建议一个观察者，最好的治疗盲，是研究中使用的所有运行到用尽的测试，以尽量减少在确定这些参数的观察者偏见。尽管有些主观的端点确定的运行速度和时间到用尽的性质，该方法是健壮和能够检测明显的差异在运行耐久性由于上调16或单个基因的缺失17，IL-15。
该协议被证明具有不同的子系的C57BL / 6小鼠，并没有与其它strai测试实验室小鼠的NS。 C57BL / 6小鼠分别使用，因为这是用于转基因和基因敲除小鼠18中最常见的遗传背景。一项研究娜莱等。人 19表明，在实验室小鼠近交系之间的运动耐力的低介质范围内进行的C57BL / 6小鼠。然而，该研究利用强迫跑步机带休克电网运行和更高的运行速度，而在该技术中，两个最大持续速度和运行的持续时间是从个人到各小鼠。此外，单从雄性小鼠的数据在这里显示。虽然该技术可与雌性小鼠（未示出），这些一般不使用在转基因和基因敲除小鼠的研究。
由于在该协议运行是自愿的，数据的一些小鼠拒绝运行损失是不可避免的，并且应考虑到当推定组大小所必需的统计显着性。此外，再版esentative数据表明，该倾向拒绝运行随着年龄增加，野生型C57BL / 6小鼠。因此，此技术可能不适合于非常大的小鼠测定运动耐力的。然而，遗传操作，以增加IL-15的表达显著降低驳回的比例在老年小鼠中，这表明拒绝运行也可能反映在老年动物运动能力下降。自愿运动频率，以及步态速度，下降与年龄在啮齿动物和人类，并且可以是反射性的代谢参数和肌肉质量20-22下降的。在这方面，时间 - 用尽和最大持续运行速度的参数分别列于代表性数据。长跑（M）可以乘以时间到用尽了最大持续运行速度来计算;然而，这种措施是有些不精确，由于运行中的速度稍慢的速度的初始阶段。啮齿动物跑步机的一些机型有一个可以设置计算长跑精确的数码录音功能;然而，呈现时间 - 用尽和速度分别可以得到更多的信息。
端点的降低精度，在运行速度，并且拒绝在这里所描述的技术运行的小鼠的并发症的差异，是由该技术是更人性化的和更少的压力，以小鼠的考虑平衡。然而，鼠应力的血液标志物如皮质酮水平没有确定的证明严格，这种技术比使用休克格被迫运动更少的压力。这样的确定是急性运动实验技术上的困难，因为糖皮质激素水平是由获得小鼠23血样中使用的麻醉剂混淆和运动本身24。一项研究25表明，慢性强制使用运动诱发心理和免疫压力的冲击网格小鼠，而自愿轮运行（其中小鼠可以同时控制的持续时间和运行速度）具有相反的效果。在小鼠中，结合自己明确表示愿意执行和自愿跑较量的长持续时间的关闭行为的检查，认为老鼠是不是过分了这里所描述的协议强调。此外，有代表性的数据表明，该协议可以发现，由于内近交系16,17引进或删除单个基因产物明显不同的运行耐力。因此，该协议代表了一种更人性化的，科学有效的替代强制锻炼测定小鼠模型的运动耐力。
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Disclosures
作者有没有利益冲突披露。
Acknowledgments
通过价值评议＃从退伍军人事务部（LSQ）BX001026，并利用资源和设施在弗吉尼亚州普吉特海湾卫生保健系统中，转基因核心资源在卓越华盛顿弥敦道冲击中心的大学老龄化的基本生物学支持（NIA＃5P30AG-013280），和华盛顿糖尿病内分泌科研究中心的大学（美国国立卫生研究院＃P30 DK-17047）。我们感谢辛西娅Pekow DVM和卡里属Koszdin DVM，弗吉尼亚州普吉特海湾，提供对稿件有益的意见。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Open Rodent Treadmill Exer-3/6 | Columbus Instruments, Columbus OH | 1050RM | This catalog number is for models without shock grid. Shock grids can be removed manually from older models (Eco 3/6) |
| Sani Cloth Germicidal Towlettes | PDI- Professional Disposables, Inc., Orangeburg, NY | usually ordered through local facility | Contains 10% isopropyl alcohol; any equivalent product can be used. |
| Tongue depressors | Any local supplier | ||
| Laboratory timer | Any supplier | ||
| IL-15 TG mice* | JAX, Bar Harbor, ME | 011002 | Murine IL-15 transgene expressed from modified human alpha-skeletal actin promotor with altered signal sequence to facilitate secretion. |
| C57BL/6J mice (wild-type)* | JAX, Bar Harbor, ME | 000664 | Control mice for IL-15 TG |
| IL-15 KO mice* | Taconic Farms, Germantown, NY | 4269-M | Homozygous IL-15 "knockout" mice on C57BL/6 background |
| C57BL/6NTac (wild-type)* | Taconic Farms, Germantown, NY | B6-M | Control mice for IL-15 KO |
| *Optional; mouse lines and treatments can be specific to the experimental protocol. |
References
- Hill, J. A., Wyatt, H. R., Reed, G. W., Peters, J. C. Obesity and the environment: where do we go from here? Science. 299 (5608), 853-855 (2003).
- Kahn, S. E., Hull, R. L., Utzschneider, K. M. Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nature. 444 (7121), 840-846 (2006).
- Van Gaal, L. F., Mertens, I. L., De Block, C. E. Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease. Nature. 444 (7121), 875-880 (2006).
- Pischon, T., Nothlings, U., Boeing, H. Obesity and cancer. Proc Natl Acad Sci USA. 67 (2), 128-145 (2008).
- Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1α-mediated regulation of gene expression and metabolism: Implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33 (5), 843-862 (2008).
- Handschin, C., Spiegelman, B. M. The role of exercise and PGC1alpha in inflammation and chronic disease. Nature. 454 (7203), 463-469 (2008).
- Vasunilashorn, S., et al. Use of the Short Physical Performance Battery score to predict loss of ability to walk 400 meters: analysis from the InCHIANTI study. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (2), 223-229 (2009).
- Wang, Y. X., et al. Regulation of muscle fiber type and running endurance by PPARδ. PLoS Bio. 2 (10), e294 (2004).
- LeBrasseur, N. K., et al. Myostatin inhibition enhances the effects of exercise on performance and metabolic outcomes in aged mice. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (9), 940-948 (2009).
- Burch, N., et al. Electric pulse stimulation of cultured murine muscle cells reproduces gene expression changes of trained mouse muscle. PLoS ONE. 5 (6), e10970 (2010).
- Li, L., et al. Mitochondrial biogenesis and peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α (PGC-1α) deacetylation by physical activity. Diabetes. 60 (1), 157-167 (2011).
- Knab, A. M., et al. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiol. & Behavior. 98 (4), 433-440 (2009).
- He, Y., et al. IL-15 Receptor deletion results in circadian changes of locomotor and metabolic behavior. J. Mol. Neurosci. 41 (2), 315-321 (2010).
- Wu, X., Hsuchou, H., Kastin, A. J., Rood, J. C., Pan, W. Essential role of interleukin-15 receptor in normal anxiety behavior. Brain Behav. Immun. 24 (8), 1340-1346 (2010).
- Pistilli, E. E., et al. Loss of IL-15 receptor α alters the endurance, fatigability, and metabolic characteristics of mouse fast skeletal muscles. J. Clin. Invest. 121 (8), 3120-3132 (2011).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T. W. IL-15 overexpression promotes endurance, oxidative energy metabolism, and muscle PPARδ, SIRT1, PGC-1α, and PGC-1β expression in male mice. Endocrinology. 154 (1), 232-245 (2013).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Marcell, T. J. IL-15 is required for post-exercise induction of the pro-oxidative mediators PPARdelta and SIRT1. Endocrinology. , (2013).
- Ward, J. M., Anver, M. R., Mahler, J. F., Devor-Henneman, D. E. Chapter 13, Pathology of mice commonly used in genetic engineering (C57BL/6; 129; B6,129; and FVB/N). The Pathology of Genetically Engineered Mice. Ward, J. M., Mahler, J. F., Maronpot, R. R., Sundberg, J. P. , Iowa State University Press. Ames, IA, Chapter. 161-179 (2000).
- Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (12), 2053-2057 (2001).
- Turner, M. J., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Influence of genetic background on daily running-wheel activity differs with aging. Physiol. Genomics. 22 (1), 76-85 (2005).
- Haight, T. J., van der Laan, M. J., Manini, T., Tager, I. B. Direct effects of leisure-time physical activity on walking speed. J. Nutr. Health Aging. 17 (8), 666-673 (2013).
- Studenski, S. Gait speed and survival in older adults. JAMA. 305 (1), 50-58 (2011).
- Jacobsen, K. R., Kalliokoski, O., Teilmann, A. C., Hau, J., Abelson, K. S. The effect of isoflurane anaesthesia and vasectomy on circulating corticosterone and ACTH in BALB/c mice. Gen. Comp. Endocrinol. 179 (3), 406-413 (2012).
- Sellers, T. L., Jaussi, A. W., Yang, H. T., Heninger, R. W., Winder, W. W. Effect of the exercise-induced increase in glucocorticoids on endurance in the rat. J. Appl. Physiol. 65 (1), 173-178 (1988).
- Cook, M. D., et al. Forced treadmill exercise training exacerbates inflammation and causes mortality while voluntary wheel training is protective in a mouse model of colitis. Brain Behav. Immun. 33, 46-56 (2013).
