性别与年龄对小鼠昼夜节律和超昼夜节律的差异性调控作用

本文系统揭示了性别与年龄因素如何差异化调节小鼠的昼夜节律（circadian）和超昼夜节律（infradian），发现中年雌鼠表现出更精确的日间活动节律但5天节律减弱，而雄鼠则呈现显著的10天活动周期。研究强调在时间生物学研究中需综合考虑性别与年龄变量，对理解年龄相关代谢行为障碍具有重要意义。

引言

生物节律在生物体适应周期性环境变化中起关键作用。哺乳动物的昼夜节律由下丘脑视交叉上核（SCN）调控，而超昼夜节律（周期>24小时）如动情周期则涉及多组织协调机制。既往研究存在雄性样本偏倚，且年龄对节律的影响机制尚不明确。本研究通过监测单笼饲养下青年（3-7月龄）和中年（8-16月龄）雌雄PER2::LUC小鼠的运动、饮水和摄食行为，旨在揭示性别与年龄对昼夜节律（24小时）和超昼夜节律（5天/10天）的差异化调控。

材料与方法

实验采用PER2::LUC基因敲入小鼠，分设大/小两种笼具系统记录行为数据。通过Lomb-Scargle周期图谱分析节律特征，采用滑动窗口谱图可视化节律动态变化。统计使用估计统计学方法，包括5000次Bootstrap采样。

行为节律的性别与年龄差异

跑轮运动

所有小鼠在光暗周期（LD）下均呈现夜间活动模式。中年雌鼠在恒定黑暗（DD）条件下昼夜节律强度显著低于同龄雄鼠（DD/LD功率比_雌=0.87±0.08 vs _雄=0.99±0.05, P=0.01），表明其内在节律稳定性随年龄下降。中年小鼠在光期活动比例增加，且雌鼠每日运动持续时间延长（青年雌鼠678.0±35.9分钟 vs 中年雌鼠746.4±40.7分钟, P=0.003）。青年雌鼠运动起始时间变异性高于雄鼠和中年雌鼠（P<0.05），提示年轻雌性节律可塑性更强。

摄食行为

饮水节律分析显示，中年雌鼠光期饮水增加（P=0.004）且节律强度减弱（向量长度0.38±0.11 vs 青年雌鼠0.46±0.14）。在DD条件下，青年雌鼠摄食节律周期显著长于24小时（24.22±0.20小时, P=0.007），而其他组别无此现象，说明光暗循环对青年雌鼠摄食节律具有约束作用。中年雄鼠摄食行为表现出更强的昼夜特异性（光暗比P=0.0002），其10日节律强度显著高于青年雄鼠（标准化功率5.77±1.77×10^-4vs 2.27±2.14×10^-4, P=0.0008）。

超昼夜节律特征

5日周期节律

青年雌鼠在跑轮运动中呈现显著的5日节律（83%个体检出），其节律强度显著高于青年雄鼠（P=0.002）和中年雌鼠（P=0.014）。该节律与动情周期同步，在中年雌鼠中因生殖衰老而减弱。摄食行为的5日节律同样在青年雌鼠中最强（P<0.05），表明激素波动对超昼夜节律的调控作用。

10日周期节律

雄鼠在10日节律中占主导，55.5%青年雄鼠和50%中年雄鼠呈现显著节律（雌鼠仅16.7%）。笼具更换实验表明该节律虽受外部刺激影响，但排除更换后3小时数据后依然存在，提示存在内源性调控基础。将更换周期改为7日后，10日节律消失，证实其与环境周期同步性。

节律间关联性分析

青年雌鼠的饮水与摄食行为在昼夜节律（R=0.72）和10日节律（R=0.68）层面均呈现强正相关。中年雌鼠节律网络更复杂，出现每日节律与10日摄食节律的负相关（R=-0.61），反映随年龄增长的节律失调。

体重调节机制

单笼饲养10日内，中年雌鼠体重减轻最显著（与年龄相关系数R=-0.62, P<0.0001），且体重变化与昼夜运动节律强度负相关（R=-0.62）。相反，雄鼠中强昼夜节律对应较小体重减轻（R=0.62）。青年雌鼠的强5日节律与体重维持正相关（摄食R=0.46, 饮水R=0.46），提示超昼夜节律对能量平衡的保护作用。

讨论

本研究首次系统揭示性别与年龄对生物节律的多层次调控：青年雌鼠通过动情周期耦合行为节律，而中年雌鼠节律网络复杂化；雄鼠则易受环境周期驱动产生10日节律。这些发现为解释衰老过程中性别特异性疾病风险提供了节律生物学基础，强调时间医学研究需整合性别与年龄变量。未来需进一步探索激素、SCN可塑性及外周时钟的调控机制。