A C57Bl/6 egerek válasza szénhidrátmentes étrendre

Saihan Borghjid

1 Biológiai Tanszék, Molloy College, Rockville Center, NY, 11571, USA

2 Sejtbiológiai Tanszék, SUNY Downstate Medical Center, Brooklyn, NY, 11203, USA

Richard David Feinman

2 Sejtbiológiai Tanszék, SUNY Downstate Medical Center, Brooklyn, NY, 11203, USA

Absztrakt

Bevezetés

A magas zsírtartalmú egér az elhízás, az inzulinrezisztencia és a cukorbetegségre való hajlam széles körben vizsgált modellje. Különösen a magas étkezési zsírnak kitett C57Bl/6 törzs megnövekedett fogyasztást, a zsírraktározás hatékonyságának növekedését (súlygyarapodás/kalória) és inzulinrezisztenssé válik [1-4]. Az emberi elhízás és az inzulinrezisztencia modelljeként azonban szenved az a súlyos, ha alul hangsúlyozott korlátozás, hogy a magas zsírtartalmú étrend általában nem okozza ezeket az állapotokat az embereknél, hacsak az étrend nem tartalmaz sok szénhidrátot. Valójában a korlátozott szénhidráttartalmú étrend (CRD), még a magas zsírtartalom mellett is, a leghatékonyabb terápia cukorbetegség és metabolikus szindróma esetén; minél nagyobb a szénhidrát zsírral való helyettesítése, annál hatékonyabb a javulás (áttekintések: [5-11]). Emberekben az alacsony szénhidráttartalmú étrendek mutatják a legtöbbször az energiahatékonyságot [12] a lipogenezis tekintetében, és egyetlen diéta sem jobb a fogyás szempontjából, bár az energiahatékonyságra vonatkozó makrotápanyagok hatása kissé ellentmondásos.

A CRD-k logikája az, hogy a glükóznak közvetlenül vagy közvetetten az inzulin és más hormonok révén katalitikus szerepe van más metabolitok szabályozásában [10,13]. Ezen elv szerint az egerekben a magas zsírtartalmú étrend megfigyelt hatását az anabolikus állapot fenntartásához elegendő étrendi szénhidrát vagy endogén inzulin jelenlétével kell magyarázni. Egy hatásos tanulmány, amely a C57BL/6 egereket vizsgálta nulla szénhidráttartalmú körülmények között [14], ezt látszott igazolni.

Anyag és módszerek

Állatok

A hathetes hím C57Bl/6 egereket (The Jackson Laboratory, Maine) egyenként 22 ° C-on tartottuk 12 órás világos-sötét ciklus alatt. Az állatok ad libitum hozzáférést kaptak az élelemhez, kivéve, ha egy éjszakán át böjtöltek, a későbbiekben leírtak szerint. A víz mindig elérhető volt az állatok számára. Az állatok etikus használatára vonatkozó alkalmazandó intézményi és kormányzati előírásokat betartották. Valamennyi eljárást a New York-i Állami Egyetem Állami Egészségügyi Központ Állatgondozási és Felhasználási Bizottsága hagyta jóvá.

Diéták és diétás próba

Huszonnégy hathetes C57Bl/6 hím egeret adaptáltak a laboratóriumi körülmények közé, miközben ad libitum standard chow-t (Normal Chow # 5001, LabDiet) fogyasztottak kilenc hetes korukig; tíz hét után az egereket általában felnőtteknek tekintik. Ezután véletlenszerűen két csoportba sorolták őket, és ad lib-et tápláltak 1) nulla szénhidráttartalmú, ketogén étrenddel (Zero-CHO csoport, n = 12), vagy 2) a szokásos chow-étrend folytatásával (Chow Group, n = 11.) A diétás összetételek a következők voltak:

Chow csoport: Normal Chow # 5001, LabDiet (http://www.labdiet.com/); 3,36 kcal/gm% energia-CHO mellett: zsír: fehérje = 58: 13,5: 28,5.

Zero-CHO csoport: Bio-Serv Inc. (http://www.bio-serv.com/); 6,1 kcal/gm. A makrotápanyagok összetétele:% energia CHO: zsír: fehérje = 0:80:20. Ezt a ketogén étrendet vitamin-keverékkel és ásványi anyag-keverékkel egészítették ki, amely mikroelemekben teljes. A zsírösszetétel Lard (401,0 g/kg) és vaj (142,5 g/kg).

A fenti étrendeket tizenhat hetes próbaidőszak alatt tartották fenn. A próbaidőszak alatt hetente kétszer mérték a testtömeget és az ad libitum táplálékfelvételt. A táplálékfelvétel mérését korrigálták a kiömlés szempontjából. A fizikai aktivitást nem figyelték, de a várakozásoknak megfelelő ellenőrzéssel csökkentették az állatok kövérebbé válását.

Glükóz tolerancia tesztek

A próbaidőszak tizenkettedik hetén mind a huszonhárom egeret egy éjszakán át éheztettük, és intraperitoneálisan injekcióztuk glükózzal (2 g/kg testtömeg). A farok vért 0, 15, 30, 60, 120 és 180 perc múlva vettük fel. A vércukor-koncentrációt glükométerrel (Elite, Bayer) mértük.

Szövetminták

Retro-orbitális vérzés: altatásban történő vérvételhez standard heparinizált mikro-hematokrit kapilláris csöveket használtunk. A vért egy éjszakai éhgyomri után vettük ki, és a kivett vér mennyisége nem haladta meg az állat testtömegének 1% -át (pl. 0,3 ml egy 30 g-os felnőtt egérből).

Terminális vérzés és boncolás: az éjszakai éheztetés után az egereket elfojtották az öntudatlanságtól CO2 alkalmazásával, és a vért szívszúrással vették ki. A szöveteket (agy, szív, máj, vázizom és zsír) összegyűjtöttük és folyékony nitrogénben lefagyasztottuk, majd −80 ° C-on tároltuk.

A retro-orbitális vérzés és a terminális vérzés szérumát 5000 fordulat/perc sebességgel végzett centrifugálással 20 percig elválasztottuk, és -80 ° C-on tároltuk.

Enzimhez kapcsolt immunszorbens vizsgálat

Az éhomi egér szérumot enzimhez kapcsolt immunszorbens vizsgálattal (ELISA) elemeztük. A szérum leptin mennyiségi meghatározását Mouse Leptin ELISA Kit (Cat # 90030, Crystal Chem Inc., IL) segítségével végeztük.

Statisztikai analízis

Átlagos súly az idő függvényében a jelzett étrenden. Testtömeg és kalóriabevitel (Inset) hím C57Bl/6 egereknél 16 hetes próbaidőszak alatt diétás csoportokból: Chow csoport (zöld), Zero-CHO csoport (piros). Az értékek átlag ± standard hiba. A kék szaggatott vonal mutatja az egerek testtömegét ketogén étrenden (a CHO: zsír: fehérje = 0: 95: 5 energiaaránya) a Kennedy által jelentett kísérletben, amely kevesebb súlyt kapott, mint a szarvasmarhával etetett egerek, és akiknek a testtömege hasonlóak voltak a korlátozott kalóriatartalmú (CR) egerekhez, amelyek átlagos chow-bevitelük 65% -át elfogyasztották [2]. Az átlagok közötti statisztikai különbségeket a kalóriabevitel egyirányú ANOVA-jával (P = 0,38) és a testsúlyára vonatkozó kétirányú ANOVA-val (P 1. ábra. 1. A kalóriabevitel hasonlósága ellenére a Zero-CHO diétán lévő egerek következetesen a tizenhat hetes próbaidőszak alatt nagyobb súlyt kapott, mint az egerek standard chow-n (P (2. ábra) .2). A Zero-CHO egerek éhomi éhomi glükózszintje szignifikánsan magasabb volt a Chow-vel etetett csoporthoz képest a 12. héten (Zero-CHO 138.9 csoport ± 6,62 mg/dl, szemben a Chow-csoporttal 107,1 ± 4,30 mg/dl; P A vér leptinszintjének emelkedése abban mutatkozik meg, hogy az összes Zero-CHO egér nagyobb súlyt kapott, és magasabb éhomi vér leptinszintet mutatott, mint bármelyik Chow táplált egér (ábra (3. ábra)).

A vér leptinszintjének és testtömegének összefüggése hím C57Bl/6 egerekben. A Zero-CHO-val táplált egerek (vörös; n = 10, 55. héten) és a Chow-val táplált egerek (kék; n = 4, 57. héten) szérum leptin-koncentrációja. A vonal az ábrázolt pontokhoz való exponenciális illeszkedést jelöli.

Vita

Az intracelluláris downstream jelátviteli utakhoz való hozzáférés miatt az állatmodellek olyan biológiai információkat szolgáltatnak, amelyek emberben általában nem hozzáférhetők. Az állatmodellek használatának legfőbb figyelmeztetése nyilvánvalóan az, hogy a különböző állatok metabolikus reakciója eltérő. Ez különösen igaz az étrendre, ahol az emberek mindenevők, és jelentős rugalmassággal reagálnak a makrotápanyagok összetételének változására. Az egér „természetes” étrendje a törzstől függ, de általában magas a szénhidráttartalma, és a normális működését valószínűleg laboratóriumi chow-ként definiálják. A közegészségügy összefüggésében körültekintőnek kell lenni a rágcsálókban jelentkező hatások általánosításában, ahol a magas zsírtartalmú étrend hatása sokkal kevésbé érzékeny a szénhidrátokra, mint az embereknél. Különösen az alacsony zsírtartalmú ajánlások továbbra is kudarcot vallanak a nagy kísérletek során, míg az alacsony szénhidráttartalmú étrend, még akkor is, ha magas a zsírtartalma, hatékonyabb az izokaloros összehasonlításokban, bármennyire is összehasonlítják őket.

Figyelemre méltó a jelenlegi vizsgálatban a nemlineáris kalóriaválasz. Az ebben a vizsgálatban szereplő egerek lényegesen nagyobb zsírnövekedést mutattak az elfogyasztott kalóriákra számítva, mint azt a táplálkozásban gyakran hivatkozott szokásos „kalória-kalória-kalória” gondolat jósolta. Erről korábban a magas zsírtartalmú étrendben lévő C57Bl/6 egerekben számoltak be [15]. Ez különbözik az embernél tapasztalt hatástól, ahol gyakran tapasztalható, hogy alacsony szénhidráttartalmú étrend esetén kevesebb kalóriát nyernek kalóriánként, amelyet népiesen „anyagcsere-előnynek [16]” neveznek, vagyis a kontroll változó a szénhidrát. nem pedig kövér. Míg egy ilyen nemlineáris energiahatékonyságról egykor azt állították, hogy megsérti a termodinamika törvényeit, az elméleti elemzés nem mutat ellentmondást a fizikai törvényekről, és ma már számos példa van emberre és állatmodellekre [12,17]. Az itt vizsgált típusú állatmodellek világossá teszik, hogy az energiaegyensúly nem az, amit feltételezünk. Az a tény, hogy az emberek hatástalansága a szénhidrát szintjétől függ, nem pedig a zsírtól, amint ez itt látható az egereknél, hangsúlyozza a fajok közötti különbségek figyelembevételének szükségességét.

Következtetések

Legalábbis a széles körben használt C57Bl/6 egerekben a magas zsírtartalmú táplálkozás, még étrendi szénhidrát hiányában is, elhízáshoz és a leptinszint növekedéséhez, valamint az inzulinrezisztenciához vezet. Ez megkülönbözteti Kennedy és munkatársai eredményeit [14]. akinek ketogén étrendje a C57Bl/6 egerekben jobban hasonlított az emberek jótékony állapotára a korlátozott szénhidráttartalmú étrend során. A valószínű magyarázat az, hogy az étrend fehérjehiányos volt, és az egerek nem voltak normális metabolikus állapotban. Végül a modern molekuláris biológia rágcsálómodellekben rejlő hatalmas ereje több bizonyítékot szolgáltathat arra vonatkozóan, hogy az emberek hogyan különböznek a rágcsálóktól az étrendre adott válaszban.

Versenyző érdeklődés

A szerzők kijelentik, hogy nincsenek versengő érdekeik.

A szerzők hozzájárulása

Az SB megtervezte és végrehajtotta a kísérleti protokollt. Mindkét szerző megalkotta a kísérletet, elemezte az adatokat és megírta a kéziratot. Mindkét szerző elolvasta és jóváhagyta a végleges kéziratot.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát részben a New York-i Állami Egyetem Kutatási Alapítványának forrásai támogatták.