A szacharóz-expozíció a korai életben megváltoztatja a felnőttek motivációját és a súlygyarapodást

Társulási bizottság neurobiológiával, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, Amerikai Egyesült Államok

Társulási bizottság Neurobiológiai, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, Amerikai Egyesült Államok, Neurobiológiai Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, Amerikai Egyesült Államok

Csatlakozási Neurobiológiai Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, Amerikai Egyesült Államok

Cristianne R. M. Frazier,
Peggy Mason,
Xiaoxi Zhuang,
Jeff A. Beeler

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Frazier CRM, Mason P, Zhuang X, Beeler JA (2008) A szacharóz-expozíció a korai életben megváltoztatja a felnőttek motivációját és súlygyarapodását. PLoS ONE 3 (9): e3221. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0003221

Szerkesztő: Michael Hendricks, Temasek Élettudományi Laboratórium, Szingapúr

Fogadott: 2008. július 7 .; Elfogadott: 2008. augusztus 27 .; Közzétett: 2008. szeptember 17

Finanszírozás: Ezt a munkát a NIMH MH66216 (XZ), a NIDA 1 F32 DA020427-01 (JB), az USPHS T32-DA-07255 (CF) támogatja. A finanszírozóknak nem volt szerepük a tanulmányok tervezésében, adatgyűjtésben és elemzésben, a közzétételre vonatkozó döntésben vagy a kézirat elkészítésében.

Versenyző érdeklődési körök: A szerzők kijelentették, hogy nincsenek versengő érdekek.

Bevezetés

A gyermekkori étrendet és az elhízást vizsgáló humán vizsgálatok egyértelműek, bizonyítékokkal szolgálnak arra vonatkozóan, hogy a gyermekkori étrend hozzájárulhat az elhízás kockázatához [37], de azt is mutatják, hogy a gyermekek étrendjének korlátozása növeli az elhízás kockázatát [38], bár ezek a tanulmányok általában nem vizsgálják a felnőttek kimenetelét. Tekintettel az emberi vizsgálatokban rejlő nehézségekre, beleértve a megfelelő kísérleti kontroll fenntartásának kihívását, valamint az emberi longitudinális vizsgálatokban rejlő költségeket és késedelmet, egy állatmodell nagymértékben megkönnyítené a korai táplálkozási tapasztalatok és a felnőttkori elhízás kapcsolatának vizsgálatát.

Sok emberhez hasonlóan a C57BL/6 egerek is erősen preferálják a cukrot és a zsírt, elhíznak és cukorbetegségben szenvednek, amikor krónikus hozzáférést kapnak a magas cukortartalmú/magas zsírtartalmú étrendhez [39] - [42]. A C57BL/6 egér megosztja az emberekkel a „takarékos genotípust”, amely feltételezett genetikai hajlam a kalóriák tárolására, amikor az étel könnyen elérhető [8], [40]. Itt C57Bl/6 egereket használtunk, hogy közvetlenül teszteljük a korai elválasztás utáni tapasztalatok hatását a felnőttek motivált viselkedésére és az elhízás kockázatára. A korai életkorban a szacharóz-expozícióra összpontosítottunk, mivel a szacharóz erős természetes erősítő [43], és mivel a cukoranyagcsere szabályozására kialakult komplex mechanizmusok kölcsönhatásba lépnek a motivációs és jutalmazási rendszerekkel [44]. Feltételeztük, hogy a szacharóz korai tapasztalata megváltoztathatja a felnőttek motivált viselkedését, és ezáltal fontos tényező lehet a felnőttek táplálkozási magatartásának és az energiaegyensúly meghatározásának.

Megmutatjuk, hogy az élet korai szakaszában a korlátlan hozzáférés a szacharózhoz csökkenti a szacharóz megszerzésének motivációját, de csak akkor, ha a megszerzéséhez munkára van szükség. Amikor a magas cukortartalmú/magas zsírtartalmú ételeket szabadon hozzáférhetővé tették, a korai életében szacharóznak kitett egerek inkább ezt az ételt részesítették előnyben és fogyasztották, mint a nem kitett állatok, de ebben a környezetben nagyobb súlyt nyertek, mint a kontrollok. Ezek az adatok egyértelmű empirikus támogatást nyújtanak a gyermekkori étrend és a későbbi felnőtt táplálkozási magatartás és testtömeg közötti gyakran állított, de ritkán bizonyított összefüggéshez, és arra utalnak, hogy a korai étrend hatása a felnőttkori elhízás kockázatára a felnőttek környezetétől függ. Ezek az eredmények azt is sugallják, hogy a táplálkozási környezetre adott válasz a fejlesztési programozásra túlmutat a terhességen és a szoptatáson.

Anyagok és metódusok

Állatok

Tíz tenyészpár C57BL/6 egeret állítottak fel (Jackson Laboratories, Ben Harbour), és minden almot 21 napon át elválasztottak és egyenletesen elosztották a kísérleti korai környezeti feltételek között (korlátlan szacharóz-expozíció és nem szacharóz-expozíció). Az állatokat végig standard körülmények között helyeztük el. A szacharóz-expozíciós csoport elválasztásakor 20 mg szacharóz-pellet (Bio-Serv, Frenchtown, NJ) folyamatosan és szabadon hozzáférhető volt a házban. Két kohorsz született 3 hetes különbséggel. A szacharózt az összes szacharóz-expozíciós egérből egyidejűleg eltávolítottuk, és két kohort eredményezett, amelyek 4 vagy 7 héten keresztül szacharóznak voltak kitéve. Ezután standard ad libitum chow-n tartottuk, kivéve az étrendi kihívást, amelyben a normál chow mellett magas cukortartalmú/magas zsírtartalmú lehetőséget kínáltak nekik. A férfiak és a nők egyaránt bekerültek és körülbelül egyenlően oszlottak meg.

Viselkedési tesztek

Valamennyi kísérletet a fényidőszakban (06: 00–18: 00) végeztük. Élelmezéskorlátozás alkalmazásakor az egereknek napi 2 órában hozzáférést kaptak az élelemhez közvetlenül a viselkedési teszt után. A víz ad libitum volt.

Nyílt terep.

Mindegyik egeret 40 cm hosszú × 40 cm széles × 37 cm magas akril nyílt terű kamrába helyeztük (Med Associates, St. Albans, VT). A megvilágítás 21 lux volt. Az infravörös sugarak rögzítették az állatok helyét és útját (mozgásszervi aktivitás), valamint a tenyésztési mozgások számát (függőleges aktivitás). Az adatokat 5 perces kukákban gyűjtöttük 60 perces kísérletek során. A kamrákat az összes vizsgálat között 70% -os etanollal tisztítottuk.

Kerék fut.

Az egereket egyenként 4,5 ″ -es dróthálós kerekekkel helyeztük el (Mini Run-a-Round, Pets International, Ltd., Elk Grove Village, IL). Két ellensúlyozott mágnest (Digi-key, Thief River Falls, MN) helyeztek a kerékre erősített 3/8 hüvelykes rozsdamentes acél szalagokra (McMaster Carr Supply Co, Chicago, IL). A kerék úgy volt a ketrecben, hogy egy mágneses kapcsoló bezárul (Digi-kulcs) a mágnes minden egyes meneténél. Az adatokat Vitalview felvevő szoftver, QA-4 aktivitásbemutató modulok és DP-24 adatportok (Mini-mitter Co., Sun River, OR) segítségével gyűjtöttük. Az adatokat az egyhetes kísérlet során percnyi tárolókban gyűjtöttük.

Operáns feladatok.

Szacharózpreferencia és kihalás.

Az egereket külön-külön ketrecekben helyezték el, amelyek két egyforma vizes palackot tartalmaztak (15 ml-es kerek fenékű polipropilén csövek száján gumidugóval és golyóscsapágyas kanállal), amelyek közül az egyik a kísérlet során változó koncentrációjú szacharózoldatot (0%, 0,2%, 5%, 10% és 15%). A szacharóz minden koncentrációját négy napig szolgáltattuk. A palackok helyzetét naponta forgatták, hogy ellensúlyozzák a lehetséges helyzetpreferenciákat. Az üvegeket naponta lemértük, és az egyes elfogyasztott mennyiségeket feljegyeztük. Egér nélküli ketrecet tartottak fenn és naponta lemértek a kiömlés nyomon követésére, amely minimális maradt, és erről nem számoltak be. A százalékos preferenciát úgy számítottuk ki, hogy a szacharózpalackból elfogyasztott mennyiséget elosztottuk a mindkét palackból elfogyasztott teljes mennyiséggel. A végső 15% -os koncentráció után az összes palackot alaposan mossuk, és vizet helyezünk az összes palackba, és a tesztet további két napig folytatjuk, hogy meghatározzuk a korábban szacharózzal töltött palack preferenciájának kihalási sebességét.

Glükóz kihívás

Az egereket 21 órán át éheztettük. Farokvérzéssel vettük fel a vércukorszintet, és mértük az Accu-Check Active Meter (Roche) segítségével. Miután megkapta az alapszintű éhomi glükózszintet, az egereket 2 g/kg dextrózzal kezelték 0,9% sóoldatban elkészítve, és a vércukorszintet 30, 65 és 90 percnél ellenőrizték.

Magas cukortartalmú/magas zsírtartalmú étrendi kihívás

Az egereket egyedileg helyezték el, és mind a szokásos chow-t, mind az egyenlő mennyiségű különféle Nestlé® chipset (vajkrém, tejcsokoládé, fehércsokoládé, mogyoróvaj) adták szabadon. Az egereket lemértük és a fogyasztást hetente mértük a három hetes étrendi kihívás alatt. Az egerek ad libitum hozzáférést kaptak a vízhez. A fertőzés után az egereket visszavezettük a standard chow-étrendre és a csoportos tartásra. Az anyagcsere hatékonyságát úgy számoltuk ki, hogy a teszt során elért össztömeget elosztottuk az elfogyasztott kcal-val, hogy meghozzuk a kcal/kg súlygyarapodást. A chow és a Nestlé® chips kalóriatartalmát a gyártók weboldalairól szereztük be.

Minden állatkísérletet a Chicagói Egyetem Intézményi Állattenyésztési és Felhasználási Bizottsága hagyott jóvá.

Eredmények

Harminc hím és nőstény C57BL/6 egeret választottak el a standard chow-ról, és az állatok felét négy hétig (n = 7) vagy hét hétig (n = 8) egyidejűleg korlátlan mennyiségű szacharóznak (20 mg pellet) tették ki a házukban.; 1a. Ábra). Ez az elválasztás utáni fejlődési időszak megközelítőleg megfelel a serdülőkorban vagy a korai felnőttkorban elért gyermekkornak. Ezt a manipulációt követően a két csoport között nem volt különbség a súlyokban (4 hetes csoport, F (1,9) = 2,96, p = 0,1; 7 hetes csoport, F (1,12) = 0,35, p = 0,6), várható, mivel a szacharózfogyasztás önmagában nem okoz súlygyarapodást rágcsálókban [40], [46], [47] vagy az emberekben [48] - [50]. Ezt követően az összes állatot normál körülmények között tartottuk, ad libitum hozzáféréssel a standard chow-hoz. A csoportokat az 1a. Ábra szerint teszteltük.

(a) Idősor, amely feltünteti a kísérleti manipulációk és tesztek sorrendjét. Két egércsoportot alkalmaztunk, és beadtuk a kísérleti manipulációs és tesztelési eljárásokat, az idővonal felett és alatt jelezve. Töréspont progresszív arányban (PR7) a szacharózzal kitett és a nem szacharózzal kitett egereknél (b) táplálékkorlátozás és (c) telített körülmények között (n = 8). d) A szabad terepen megtett teljes távolság (1 óra) (n = 7). e) A kerékfordulatok teljes száma 1 hét alatt (n = 7, 8). Dobozdiagramok: A középvonalak a medián értékeket, a dobozok felső és alsó része a 25. és a 75., a bajusz a 10. és a 90., a pontok az átlagos értékeket képviselik; * p = 0,05.

A korai szacharóz-expozíció viselkedési hatásai

Tekintettel arra, hogy a korai életkorú korlátlan szacharóz-expozíció csökkentette a szacharózkeresést felnőttkorban, megkérdeztük, hogy az egerek hogyan viselkednének, ha választani lehetne a szabadon kapható, szokásos chow és a szacharóz között, amelyet meg kell keresni. Ebben az egyidejű választási paradigmában az egereket két feltételben tesztelték, a „választás” és a „nincs választás” elnevezéssel, váltakozó napokon. A választott körülmények között az egerek dolgozhattak (kar-nyomással) szacharóz-pelletért, vagy ettek szabadon kapható standard chow-t. A választás nélküli állapotban nem volt szabadon elérhető chow. A választott állapotban lévő csoportok között nem volt különbség a teljes élelmiszer-fogyasztásban (chow és szacharóz) (2c. Ábra; F (1,14) = 0,59, p = 0,5). Az élelmiszerekben korlátozott progresszív arányteszt eredményeivel összhangban a korai életkorban korlátlan szacharóznak kitett egerek kevesebbet dolgoztak a szacharóz megszerzésében mind a választott, mind a választás nélküli körülmények között (Choice Condition, 2a. Ábra; F (1,14) = 26,25, p 2. ábra Egyidejű választás.

Az átlagos kart megnyomja az (a) választás és (b) a választás nélküli feltételek mellett (n = 8). (c) A választott foglalkozások során elfogyasztott összes élelmiszer (megkeresett szacharóz + szabadon kapható chow) (n = 8). (d) A teljes bevitel százaléka a megkeresett szacharóz-pelletekből áll a választási munkamenetek során (n = 8). Dobozdiagramok: az 1. ábrán leírtak szerint; * p 3. ábra: Glükóz kihívás.

(a) Súlyok 21 órás böjt után és a glükóz kiváltása előtt. (b) vércukorszint az éhomi kiindulási értéknél (0. időpont) és az i.p. dextróz injekciója (2 g/kg). N = 6 (szacharóz nélkül) és 8 (korlátlan).

a) Az átlagos preferencia elfogyasztott szacharózban (g) elosztva az összes szacharóz- és vízfogyasztással (g) (n = 7). Szaggatott vonal jelzi, hogy nincs preferencia. b) A szacharózzal korábban párosított üveg átlagos preferenciája a kihalás során (n = 7). c) átlagos szacharóz és d) vízfogyasztás (n = 7) ± SEM; * p 5. ábra: Magas cukortartalmú/magas zsírtartalmú étrendi kihívás.

Tárgyterületek

A PLOS tárgyterületeivel kapcsolatos további információkért kattintson ide.

Szeretnénk visszajelzését. Van-e értelme ezeknek a tárgyköröknek a cikk számára? Kattintson a célra a helytelen Tárgy mellett, és tudassa velünk. Köszönöm a segítséget!

A tárgykör "Szacharóz" alkalmazható erre a cikkre? igen nem

Köszönjük a visszajelzést.

A tárgykör "Étel" alkalmazható erre a cikkre? igen nem

Köszönjük a visszajelzést.

A tárgykör "Diéta" alkalmazható erre a cikkre? igen nem

Köszönjük a visszajelzést.

A tárgykör "Súlygyarapodás" alkalmazható erre a cikkre? igen nem

Köszönjük a visszajelzést.

A tárgykör "Testsúly" alkalmazható erre a cikkre? igen nem

Köszönjük a visszajelzést.

A tárgykör "Elhízottság" alkalmazható erre a cikkre? igen nem

Köszönjük a visszajelzést.

A tárgykör "Egerek" alkalmazható erre a cikkre? igen nem

Köszönjük a visszajelzést.

A tárgykör "Gyermekkori elhízás" alkalmazható erre a cikkre? igen nem