Сайхан Борджид

1 Катедра по биология, Молой Колидж, Роквил Център, Ню Йорк, 11571, САЩ

2 Катедра по клетъчна биология, SUNY Downstate Medical Center, Бруклин, Ню Йорк, 11203, САЩ

Ричард Дейвид Файнман

2 Катедра по клетъчна биология, SUNY Downstate Medical Center, Бруклин, Ню Йорк, 11203, САЩ

Резюме

Въведение

Мишката с високо съдържание на мазнини е широко изследван модел на затлъстяване, инсулинова резистентност и податливост към диабет. Щамът C57Bl/6, по-специално, когато е подложен на диетични мазнини, показва повишена консумация, повишена ефективност на съхранението на мазнини (натрупано тегло/калории) и става инсулиноустойчив [1-4]. Като модел на човешко затлъстяване и инсулинова резистентност обаче, той страда от тежкото, макар и недостатъчно подчертано ограничение, че диетите с високо съдържание на мазнини обикновено не причиняват тези състояния при хората, освен ако диетите също са с високо съдържание на въглехидрати. Всъщност диетите с ограничено въглехидрати (CRD), дори и с високо съдържание на мазнини, са най-ефективната терапия за диабет и метаболитен синдром; колкото по-голямо е заместването на въглехидратите с мазнини, толкова по-ефективно е подобрението (отзиви: [5-11]). При хората диетите с ниско съдържание на въглехидрати най-често демонстрират енергийна неефективност [12] по отношение на липогенезата и никоя диета не е по-добра за отслабване, въпреки че ефектите на макронутриентите върху енергийната ефективност остават малко противоречиви.

Обосновката за CRDs е, че глюкозата, пряко или непряко чрез инсулин и други хормони, има каталитична роля в контрола на други метаболити [10,13]. Съгласно този принцип, наблюдаваният ефект на диетите с високо съдържание на мазнини при мишки трябва да се обясни с наличието на достатъчно диетични въглехидрати или ендогенен инсулин, за да се поддържа анаболното състояние. Влиятелна хартия, която изследва мишки C57BL/6 при условия на нулев въглехидрат [14], изглежда потвърждава това.

материали и методи

Животни

Шестседмични мъжки мишки C57Bl/6 (лабораторията Джаксън, Мейн) бяха настанени индивидуално при 22 ° C в рамките на 12-часов цикъл светлина-тъмнина. Животните получиха достъп до храна по избор, освен когато гладуваха през нощта, както е описано по-късно. По всяко време водата е била достъпна за животните. Бяха спазени приложимите институционални и правителствени разпоредби относно етичната употреба на животните. Всички процедури са одобрени от Комитета по грижа и употреба на животните в Медицинския център на Държавния университет в Ню Йорк.

Диети и диетичен опит

Двадесет и четири шестседмични мъжки мишки C57Bl/6 бяха аклиматизирани към лабораторните условия, докато консумираха стандартна чау чадър ad libitum (Normal Chow # 5001, LabDiet), докато навършиха девет седмици; на десет седмици мишките обикновено се считат за възрастни. След това те бяха разпределени на случаен принцип в две групи и бяха хранени ad lib или с 1) нулево-въглехидратна, кетогенна диета (Zero-CHO Group, n = 12), или 2) продължение на стандартната чау-диета (Chow Group, n = 11). Диетичните състави бяха както следва:

Chow Group: Normal Chow # 5001, LabDiet (http://www.labdiet.com/); 3.36 kcal/gm с% енергия CHO: мазнини: протеин = 58: 13.5: 28.5.

Zero-CHO Group: Bio-Serv Inc. (http://www.bio-serv.com/); 6,1 kcal/gm. Съставът на макроелементите:% енергия CHO: мазнини: протеин = 0:80:20. Тази кетогенна диета е допълнена с витаминен микс и минерална смес, която е пълна с микроелементи. Съставът на мазнините беше свинска мас (401,0 g/kg) и масло (142,5 g/kg).

Горните диети се поддържат в продължение на шестнадесетседмичен пробен период. По време на пробния период телесното тегло и приемът на храна ad libitum се измерват два пъти седмично. Измерванията на приема на храна бяха коригирани за разлив. Физическата активност не се наблюдаваше, но чрез проверка, както се очакваше, беше намалена, тъй като животните напълняха.

Тестове за толерантност към глюкоза

На дванадесетата седмица от пробния период всичките двадесет и три мишки бяха на гладно през нощта и им се инжектира глюкоза (2 грама/Kg телесно тегло) интраперитонеално. Кръвта от опашката се събира на 0, 15, 30, 60, 120 и 180 минути. Концентрациите на глюкоза в кръвта се измерват с помощта на глюкомер (Elite, Bayer).

Проби от тъкани

Ретроорбитално кървене: стандартни хепаринизирани микро-хематокритни капилярни епруветки са използвани за вземане на кръв под анестезия. Кръвта се изтегля след гладуване през нощта и количеството изтеглена кръв не е повече от 1% от телесното тегло на животното (например 0,3 ml от 30 gm възрастна мишка).

Терминално кървене и аутопсия: след нощно гладуване мишките бяха задушени до безсъзнание с помощта на CO2 и кръвта беше изтеглена чрез сърдечна пункция. Тъкани (мозък, сърце, черен дроб, скелетни мускули и мазнини) бяха събрани и щракащи замразени в течен азот преди съхранение при -80 ° C.

Кръвният серум от ретро-орбитално кървене и терминално кървене се отделя чрез центрофугиране при 5000 об/мин в продължение на 20 минути и се съхранява при -80 ° C.

Имунособентен анализ, свързан с ензимите

Миши серум на гладно се анализира, като се използва ензимно-свързан имуносорбентен анализ (ELISA). Количественото определяне на серумния лептин е направено с помощта на Mouse Leptin ELISA Kit (Cat # 90030, Crystal Chem Inc., IL).

Статистически анализ

c57bl6

Средно тегло като функция от времето на посочената диета. Прием на телесно тегло и калории (Inset) при мъжки мишки C57Bl/6 по време на 16-седмичен пробен период от диетични групи: група Chow (зелена), Zero-CHO група (червена). Стойностите са средни ± стандартна грешка. Синята пунктирана линия показва телесно тегло на мишките на кетогенна диета (% енергийно съотношение на СНО: мазнини: протеин = 0: 95: 5) в експеримента, докладван от Кенеди, който е спечелил по-малко тегло от мишки, хранени с чау и чиито телесни тегла са подобни на мишките с ограничена калория (CR), които са консумирали 65% от средния си прием на чау [2]. Статистическите разлики между средните стойности са определени чрез еднопосочен ANOVA за приемане на калории (P = 0,38) и двупосочен ANOVA за телесно тегло (P Фигура 1. 1. Въпреки сходството в приема на калории, мишките на Zero-CHO диета последователно са наддали повече тегло от мишките на стандартна чау през целия шестнадесетседмичен период на изпитване (P (Фигура 2). 2). Нулевите-CHO мишки са имали значително по-високи нива на глюкоза на гладно в сравнение с групата, хранена с Chow на седмица 12 (Zero-CHO група 138,9 ± 6,62 mg/dL спрямо групата на Chow 107,1 ± 4,30 mg/dL; P Фигура 3. 3. Концентрацията на лептин в кръвта тясно корелира с телесното тегло на отделната мишка (R = 0,93). Тясна връзка между затлъстяването, предизвикано от диетата с нула и повишаване на нивата на лептин в кръвта се наблюдава във факта, че всички Zero-CHO мишки наддават повече тегло и показват по-високи нива на лептин в кръвта на гладно от която и да е от мишките, хранени с Chow (Фигура (Фигура 3 3)).

Корелация на нивото на лептин в кръвта и телесното тегло при мъжки мишки C57Bl/6. Индивидуална серумна концентрация на лептин на нулево-CHO хранени мишки (червени; n = 10, при 55-седмична) и мишки, хранени с Chow (сини; n = 4, при 57-седмична). Линията представлява експоненциално напасване на нанесените точки.

Дискусия

Поради достъпа до вътреклетъчни сигнални пътища надолу по веригата, животинските модели предоставят биологична информация, която по принцип не е достъпна за хората. Основното предупреждение при използването на животински модели очевидно е, че различните животни имат различни метаболитни реакции. Това е особено вярно при диетата, при която хората са всеядни и имат значителна гъвкавост в отговор на промяната в състава на макроелементите. „Естествената“ диета на мишката зависи от щама, но като цяло е с високо съдържание на въглехидрати и нормално вероятно се определя като оперативна лаборатория. В контекста на общественото здраве трябва да се внимава при обобщаването на ефектите при гризачите, при които диетите с високо съдържание на мазнини имат ефект, който изглежда далеч по-малко чувствителен към въглехидратите от този, наблюдаван при хората. По-специално, препоръките с ниско съдържание на мазнини продължават да се провалят в големи проучвания, докато диетите с ниско съдържание на въглехидрати, дори и с високо съдържание на мазнини, са по-ефективни при изокалорични сравнения, колкото и дълго да се сравняват.

Забележително в настоящото проучване е нелинейната калорична реакция. Мишките в това проучване показаха значително по-голямо увеличение на мазнините на консумирана калория, отколкото се предвиждаше от стандартната идея „калория е калория“, често използвана в храненето. Това е съобщено по-рано в литературата при мишки C57Bl/6 на диети с високо съдържание на мазнини [15]. Това се различава от ефекта, наблюдаван при хората, където често се установява, че при диети с ниско съдържание на въглехидрати се натрупва по-малко мазнини на калория, наричано популярно като „метаболитно предимство [16]“, т.е. контролната променлива е въглехидратите а не мазнини. Докато някога се твърдяше, че подобна нелинейна енергийна ефективност нарушава законите на термодинамиката, теоретичният анализ не показва противоречие с физическия закон и сега има многобройни примери в модели на хора и животни [12,17]. Животинските модели от типа, изследван тук, ясно показват, че енергийният баланс не е както се предполага. Фактът, че неефективността при хората зависи от нивото на въглехидратите, а не от мазнините, както се вижда тук при мишките, подчертава необходимостта да се обърне внимание на разликите във видовете.

Заключения

Поне при широко използваната мишка C57Bl/6, храненето с високо съдържание на мазнини, дори при липса на диетични въглехидрати, води до затлъстяване и свързано с това повишаване на нивата на лептин, както и до отчетлива инсулинова резистентност. Това се различава от резултатите на Кенеди и др. [14] чиято кетогенна диета при мишки C57Bl/6 наподобява по-добре благоприятното състояние, установено при хората при диети с ограничено въглехидрати. Вероятното обяснение е, че тази диета е с недостиг на протеини и мишките не са в нормално метаболитно състояние. В крайна сметка голямата сила на съвременната молекулярна биология в моделите на гризачи може да предостави повече доказателства за механизмите, по които хората се различават от гризачите в отговор на диетата.

Конкуриращ се интерес

Авторите заявяват, че нямат конкуриращи се интереси.

Принос на авторите

SB проектира и изпълни експерименталния протокол. И двамата автори са замислили експеримента, анализирали са данните и са написали ръкописа. И двамата автори прочетоха и одобриха окончателния ръкопис.

Благодарности

Тази работа беше подкрепена отчасти със средства от Изследователската фондация на държавния университет в Ню Йорк.