Училище за бит и екологични науки, Университет Уенжоу, Уенжоу, Zhejiang, Китай, Училище по селскостопански науки, Университет Ляоченг, Ляоченг, Шандонг, Китай

лептин

Присъединителна школа по селскостопански науки, Университет Ляоченг, Ляоченг, Шандонг, Китай

Присъединителна школа по селскостопански науки, Университет Ляоченг, Ляоченг, Шандонг, Китай

Присъединителна школа по селскостопански науки, Университет Ляоченг, Ляоченг, Шандонг, Китай

Училище за бит и екологични науки, Университет Уенжоу, Уенжоу, Zhejiang, Китай, Училище по селскостопански науки, Университет Ляоченг, Ляоченг, Шандонг, Китай

  • Джи-Джун Джао,
  • Цяо-Ся Джу,
  • Ке-Син Чен,
  • Ю-Кун Уанг,
  • Jing Cao

Фигури

Резюме

Цитат: Zhao Z-J, Zhu Q-X, Chen K-X, Wang Y-K, Cao J (2013) Енергиен бюджет, поведение и лептин в раирани хамстери, подложени на ограничаване и повторно хранене на храна. PLoS ONE 8 (1): e54244. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0054244

Редактор: Карлос М. Родригес-Ортигоса, CIMA. Университет в Навара, Испания

Получено: 5 август 2012 г .; Прието: 10 декември 2012 г .; Публикувано: 23 януари 2013 г.

Финансиране: Тази работа беше подкрепена от безвъзмездни средства (№ 30800130 и 31070367) от Националната фондация по естествени науки на Китай за ZJZ и също така беше финансирана от Държавната ключова лаборатория за интегрирано управление на насекоми и гризачи от вредители (№ ChineseIPM1209) за ZJZ. Финансистите не са играли роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа.

Конкуриращи се интереси: Авторите са декларирали, че не съществуват конкуриращи се интереси.

Въведение

Периодите на ограничен прием на храна предизвикват загуба на телесна маса, която често е последвана от бързо възстановяване на загубеното тегло, когато ограничението приключи, по време на което се съобщава, че са включени физиологични регулации, свързани или с енергийния прием, или с разходите, или и двете [1] - [8]. Въпреки това, резултатите, свързани с енергийния бюджет и поведението в отговор на ограничаването и храненето на храни, остават противоречиви. Например енергията, изразходвана за скоростта на метаболизма в покой (RMR) и поведението на активността намалява при лабораторни мишки и плъхове с ограничена храна [7], [9], [10]. Напротив, сибирските хамстери (Phodopus sungorus) и други видове хамстери повишават поведението, свързано с храненето и натрупването на храна в отговор на недостига на храна [11] - [15]. По време на повторното хранене лабораторните плъхове възвърнаха телесната маса и мастната маса, показвайки „компенсаторен растеж“ [2], [3], [16]. Някои диви гризачи също показват „компенсаторен растеж“, но в много по-малка степен в сравнение с този, наблюдаван при лабораторни животни [17]. Този парадокс може да отразява различни енергийни стратегии и поведенчески модели при дивите животни от тези при лабораторните гризачи.

Лептинът, продуктът на гена ob, се експресира главно в мастната тъкан и играе важна роля в регулирането както на енергийния прием, така и на разхода [18] - [20]. Съобщава се, че нивото на серумния лептин намалява по време на ограничаването на храната и се увеличава по време на хранене [5], [6], [17]. Прилагането на лептин на лабораторни плъхове с ограничена храна намалява приема на храна и предотвратява възстановяването на телесната маса [20]. В допълнение, екзогенният лептин инхибира предизвиканото от лишаване от храна увеличаване на приема на храна и натрупването на храна при сибирски хамстери [15]. Тези резултати правят лептинът възможен кандидат, участващ в регулациите на енергийния бюджет и поведение в отговор на ограничаването и храненето на храни както в лабораторни, така и в диви животни.

Материали и методи

Декларация за етика

Това проучване беше в съответствие с Комитета за грижи и употреба на животните от университета в Ляоченг. Процедурата на експеримента и протоколът са одобрени от комитета (номер на разрешителното: 11-0219-011).

Животни и експериментален протокол

Раирани хамстери са получени от лаборатория за размножаване, започната с животни, които първоначално са били заловени от земеделска земя в центъра на провинция Хъбей (115 ° 13′E, 38 ° 12′S), Северна Китайска равнина. Температурата на околната среда се поддържа постоянна при 21 ± 1 ° C с 12 h∶ 12 h светлинен ∶ тъмен цикъл (светва при 0800 h). Храната (стандартна храна за гризачи; произведена от Beijing KeAo Feed Co.) и водата бяха предоставени ad libitum. Съставът на макроелементите в диетата е 6,2% сурови мазнини, 20,8% сурови протеини, 23,1% неутрални детергентни влакна, 12,5% кисели детергентни влакна и 10,0% пепел, а калоричната стойност е 17,5 kJ/g. Възрастни мъжки хамстери на възраст 4–5 месеца бяха настанени поотделно в пластмасови клетки (29 × 18 × 16 см) с постелки от прясен трион за две седмици преди експериментите.

Експеримент 1: Ефекти от ограничаването на храната (FR) и повторното хранене (Re) върху телесната маса и приема на храна.

Двадесет и четири мъжки хамстера са разпределени на случаен принцип в някоя от контролните групи (Con, n = 12), че животните са били хранени ad libitum в продължение на 8 седмици, или FR и Re група (FR-Re, n = 12), при които всеки хамстер е ограничен до 85 % от първоначалния прием на храна за 28 дни и усъвършенстван ad libitum за още 28 дни. Телесната маса се измерва на всеки три дни и приемът на храна се определя ежедневно. Преди животните да бъдат ограничени, приемът на храна се изчислява като масата храна, която липсва в бункера всеки ден, като се изваждат орти, смесени в постелката. Преди започване на ограничаването на храната първоначалният прием на храна за всяко животно се изчислява като средната стойност на дневния прием на храна за 7 дни. Всеки хамстер от групата FR-Re е получил 85% от първоначалния прием на храна само през периода на FR, което прави хамстерите с ограничена храна да имат 15% намаление на калоричния прием. Храната се даваше по едно и също време всеки ден в 1900 ч след измерване на телесната маса.

Експеримент 2: Ефекти от FR и Re върху поведението, енергийния бюджет, телесния състав.

Петдесет и шест хамстера бяха разпределени на случаен принцип в една от следните 7 групи (n = 8 във всяка група): контроли, които се хранят ad libitum в продължение на 8 седмици; FR- d 1, FR- d 7 и FR- d 28 групи, животните бяха ограничени до 85% от първоначалния прием на храна за съответно 1, 7 и 28 дни; и Re-d 1, Re-d 7 и Re-d 28 групи, по време на които животните бяха ограничени до 85% от първоначалния прием на храна в продължение на 4 седмици и след това бяха подлагани на либитум, съответно за 1, 7 и 28 дни. В края на експеримента беше направено наблюдение на поведението и бяха измерени RMR и енергийният бюджет.

Наблюдение на поведението

Наблюдения за поведението бяха направени при 4 хамстера от всяка група в продължение на един ден (24 часа). Наблюденията се извършват с помощта на свързани с компютър инфрачервени монитори (SONY, 420 TV line) и автоматично се съхраняват в компютър, който след това се подлага на анализ на оператора. Общата дейност включваше всякакви активни движения като ходене около клетката и катерене по решетките на клетката [29], [30]. Времето, прекарано в активност, се записва и изразява съответно като min/h и min/24 h.

RMR се определя количествено като скорост на консумация на кислород, използвайки компютъризирана система за респирометрия с отворен поток (Sable system, USA). Въздухът се изпомпва със скорост 750–850 ml/min през цилиндрична запечатана камера Perspex при 29 ± 0,5 ° C (в термично неутралната зона на този вид, [23], [31]. Газовете, излизащи от камерата, са изсушени ( силикагел) и се вземат проби с помощта на кислороден анализатор при скорост на потока 150–175 ml/min. Данните се усредняват и събират на всеки 10 s от компютърно свързан аналогово-цифров преобразувател (STD-UI2, Sable система) и анализира се със стандартен софтуер (Sable система). RMR се измерва за 2,5 часа между 11:00 и 17:00 и се изчислява от най-ниската скорост на консумация на кислород за 5 минути, като се използва уравнението: VO2 = скорост на потока × (FiO2− FeO2)/(1 - FiO2 × (1 - RQ)), където FiO2 е входяща фракционна концентрация на O2 в камерата; FeO2 е текуща фракционна концентрация на O2 от камерата; и RQ е коефициент на дишане [32]. Тук RQ се приема, че е 0,85 [33], [34]. RMR след това се коригира към стандартните условия на температура и въздушно налягане (STP).

Енергиен бюджет

Храната беше осигурена количествено и разсипването на храна, смесена с постелки и изпражнения, беше събрано от всяка клетка през последните 2 дни под контрол, FR-d 7, FR-d 28, както и Re-d 7 и Re-d 28 групи, но за един ден в FR-d 1 и Re-d 1 групи. Разсипаните храни и изпражнения бяха сортирани и разделени ръчно, след като бяха изсушени при 60 ° C до постоянна маса. Брутното енергийно съдържание на диетата и изпражненията се определя с помощта на калориметър с кислородна бомба Parr 1281 (Parr Instrument, Moline, IL, САЩ). Брутният енергиен прием (GEI), храносмилателният енергиен прием (DEI) и видимата ефективност на усвояване на енергия (смилаемост) са изчислени, както следва [35] - [38]:

GEI (kJ · d -1) = прием на храна (g · d -1) × съдържание на сухо вещество в диетата (%) × енергийно съдържание на храна (kJ · g -1);

DEI (kJ · d -1) = GEI - (суха маса на изпражненията (g · d -1) × енергийно съдържание на изпражненията (kJ · g -1));

Нива на серумен лептин

Животните бяха евтаназирани чрез обезглавяване между 0900 и 1100 часа в деня до измерванията на RMR. Събира се кръв в багажника за измерване на серумния лептин. Нивото на серумния лептин се определя количествено чрез радио-имуноанализ (RIA), използвайки Linco 125 I Multi-species Kit (Cat. No. XL-85K, Linco Research Inc.), следвайки инструкциите на стандартния комплект. Долната и горната граници на комплекта за анализ бяха 1 и 50 ng/ml, а вариациите между и в рамките на анализа бяха 0,05, фиг. 1А). Няма промени в приема на храна по време на експеримента в Con група (d 1-56, F55,605 = 0,62, P> 0,05), докато съществени промени са наблюдавани в FR-Re група (d 1-56, F55,550 = 13,81, P 0,05, d 56, t21 = 1,10, P> 0,05, фиг. 1А).

Con, хамстери, които са били хранени по желание; FR-Re, хамстери, които са били ограничени до 85% от първоначалния прием на храна в продължение на 28 дни и прехрана ad libitum за още 28 дни. Стойностите са средни стойности ± SE. Звездичките означават статистически значими разлики между Con и FR-Re групите за същия период от време; *, Р 0,05, Фиг. 1В). Контролните хамстери увеличиха теглото си от 33,1 ± 0,9 g на ден 0 до 34,4 ± 1,2 g на ден 56 (дни 0–56, F20,220 = 6,75, P 0,05, d 56, t21 = 0,80, P> 0,05, фиг. 1В ).

Ефекти от FR и Re върху поведението, енергийния бюджет, телесния състав

Дейност.

Поведението на активност обикновено се появява по време на тъмната фаза при контролните хамстери, докато през дневната фаза те прекарват почти цялото време в останалите (фиг. 2). По време на ограничаването на храната, хамстерите FR-Re прекарват значително повече време за активност както по време на тъмната, така и светлата фаза, отколкото контролите. По време на повторното хранене, хамстерите FR-Re все още показват поведение с висока активност на ден 1 (Re d 1), докато намаляват времето, прекарано в активност на ден 7 (Re d 7) и след това. Поведението на активността е повлияно от FR-Re (F6,27 = 6,27, P Фигура 2. Модели на активност при раирани хамстери.

Con, хамстери, които са били хранени ad libitum. FR-d 1, FR-d 7, FR-d 28, хамстери, които са били ограничени до 85% от първоначалния прием на храна за 1, 7 и 28 дни; Re-d 1, Re-d 7 и Re-d 28, хамстери, които са били ограничени до 85% от първоначалния прием на храна в продължение на 28 дни и презаредени ad libitum, съответно за 1, 7 и 28 дни. Стойностите са средни за четири животни във всяка група.

Групите са същите като на фиг. 2. Ефектът от ограничаването и храненето на храна е значителен: *, P 0,05). По време на повторното хранене, RMR е значително по-нисък в групата Re-d 7, отколкото FR-d 7 групата (post Hoc, P 0,05).

Енергиен бюджет.

GEI беше значително повлиян от FR-Re (F6,49 = 8,95, P 0,05). DEI е подобен на промените, наблюдавани при GEI, при които DEI е по-нисък в FR-d 1, d 7 и d 28 групи и по-висок в Re-d 1 група (F6,49 = 8.05, P 0.05, post Hoc, P > 0,05, фиг. 4С).

Групите са същите, както на фиг. 2. Ефектът от ограничаването и храненето на храна е значителен: †, P 0,05, таблица 1).

Серумен лептин.

Нивото на серумния лептин е значително повлияно от FR-Re, което е значително по-ниско в FR-d 1, d 7 и d 28 групи от контролите (Таблица 1). Серумният лептин все още е по-нисък в групата Re-d 1 в сравнение с контролите, но се увеличава значително в групите Re-d 7 и Re-d 28, които са подобни на наблюдаваните в контролната група (Таблица 1). Имаше положителна корелация между серумния лептин и съдържанието на мазнини в контролите, тази корелация се наблюдава и в други шест групи (фиг. 5А). Не е наблюдавана корелация между серумния лептин и GEI при контролни хамстери (Фиг. 5В). Серумният лептин е положително корелиран с GEI в FR-d 28 група, но не са открити корелации в FR-d 1 и FR-d 7 групи. Хамстерите в групите Re-d 7 и Re-d 28 показват значително отрицателни корелации между серумния лептин и GEI в (Фиг. 5В).

Групите са същите като на фиг. 2. Данните са нанесени.

Ефект на лептиновата добавка върху приема на храна и поведението по време на FR и Re

Промяна на телесната маса.

Телесната маса не се различава между четирите групи преди експеримента (d 0, FR, F1,12 = 0,84, P> 0,05; лептин, F1,12 = 0,01, P> 0,05, фиг. 6А). Ограничаването на храната имаше значителен ефект върху промяната на телесната маса на ден 1 до ден 10, а ограничените хамстери показаха по-ниска телесна маса от животните от Ad (d 1, F1,12 = 12,25, P 0,05, d 10, F1,12 = 0,01, P > 0,05), докато имаше значително влияние върху изменението на телесната маса по време на хранене (d 12, F1,12 = 5,62, P 0,05, фиг. 6А).

Ad-PBS, хамстери, които се хранят ad libitum и се третират с PBS; Ad-лептин, хамстери, лекувани с лептин; FR-PBS, хамстери с ограничена храна (FR), лекувани с PBS; FR-лептин, FR хамстери, лекувани с лептин. PFR **, значим ефект на FR (P 0,05; лептин, F1,12 = 0,02, P> 0,05, фиг. 6В). По време на ограничаването на храна хамстерите с ограничена храна консумират 15% по-малко храна от животните ad libitum (d 1, F1,12 = 3,52, P = 0,09). На 8-ия ден до 10, добавката с лептин не повлиява приема на храна нито при либит, нито при хамстери с ограничена храна (d 8, F1,12 = 0,18, P> 0,05; d 10, F1,12 = 1,48, P> 0,05). По време на фазата на хранене приемът на храна беше по-висок при хамстерите FR-PBS, отколкото при хамстерите Ad-PBS (FR, d 11, F1,12 = 146.12, P 0.05). Не се наблюдава разлика в приема на храна между групите Ad-PBS и Ad-leptin (post hoc, P> 0,05, фиг. 6В).

Ефект на приложението на лептин върху активността.

Не е имало групова разлика във времето, прекарано за активност в ден 0 (FR, F1,12 = 0,11, P> 0,05; лептин, F1,12 = 0,08, P> 0,05, фиг. 6C). Времето, прекарано в активност, е значително повлияно от ограничаването на храната на ден от 4 до 10, а ограничените животни прекарват повече време за активност, отколкото животните Ad (d 4, F1,12 = 11,65, P = 0,01, post hoc, P 0,05) и ден 14 (F1,12 = 0,94, P> 0,05). Добавката с лептин води до значително намаляване на активността и хамстерите прекарват 71% и 91% по-малко време за активност в FR-лептинова група съответно на 10 и 14 ден, отколкото в FR-PBS група (d 10, F1,12 = 24.50, P 0.05, d 14, post hoc, P> 0.05, фиг. 6C).

Ефект от приложението на лептин върху серумния лептин.