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方法文章

一种兔饮食诱导代谢综合征的实验模型:方法学考量、建立与评估

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DOI:

10.3791/57117

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2018年4月20日

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本文内容

摘要

我们描述了一种利用高脂高蔗糖饮食建立兔饮食诱导代谢综合征(MetS)实验模型的方法。动物出现了中心性肥胖、轻度高血压、糖尿病前期状态和血脂异常,从而再现了人类MetS的主要组分。该慢性模型将有助于深入了解疾病进展的潜在机制。

摘要

近年来,由于久坐不动的生活方式和不健康的饮食习惯日益普遍,肥胖症和代谢综合征(MetS)已成为公共卫生和临床实践中日益严重的问题。借助动物模型,基础研究能够深入探究MetS等病理过程的潜在机制。本文描述了构建饮食诱导的实验性兔MetS模型及其评估所采用的方法。动物在经过一段时间的适应性饲养后,给予高脂(含10%氢化椰子油和5%猪油)、高蔗糖(饮水中溶解15%蔗糖)饮食,持续28周。在此期间,通过一系列实验操作评估MetS的各个组分:形态学指标和血压测量、葡萄糖耐量测定,以及多种血浆标志物的分析。实验结束时,动物表现出中心性肥胖、轻度高血压、糖尿病前期状态以及低HDL、高LDL和甘油三酯(TG)水平升高的血脂异常,成功再现了人类MetS的主要特征。该慢性模型为深入理解疾病进展的潜在机制、发现可用于识别高危患者的早期临床前及临床标志物,乃至测试针对这一复杂病理状态的新型治疗策略提供了新的研究视角。

引言

由于久坐不动的生活方式和不健康的饮食习惯日益普遍,肥胖症和代谢综合征(MetS)已成为公共卫生和临床实践中日益严重的问题1。MetS 有多种定义,但大多数定义将其描述为一组心血管和代谢异常,包括腹部肥胖、高密度脂蛋白(HDL)降低、低密度脂蛋白(LDL)胆固醇升高、甘油三酯升高、糖耐量异常以及高血压2,3,4。诊断需满足上述五项标准中的至少三项。

由于动物模型的应用,基础研究得以探究代谢综合征(MetS)等病理过程的潜在机制。尽管已使用多种动物模型,但至关重要的是所选模型能够再现人类疾病的临床主要特征(图1)。为此,已开发出与人类较为相似的动物模型,主要是犬和猪(详见Verkest5 和 Zhang & Lerman6 的综述)。然而,犬模型并不能表现出MetS的全部组分,因为通过饮食诱导犬发生动脉粥样硬化或高血糖的效果尚存疑问5。猪模型在解剖结构和生理特征上与人类最为相似,因此在阐明MetS潜在机制方面具有较高的预测价值;但其饲养维护成本高,....

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方案

本研究中的动物护理和实验方案遵循欧盟关于用于科学目的动物保护的指令2010/63,并已获得机构动物护理和使用委员会的批准(2015/VSC/PEA/00049)。

注意:该实验方案包括为期28周的高脂高蔗糖饮食慢性干预,并对代谢综合征(MetS)的主要组分进行评估。我们使用了11只成年雄性新西兰白兔(New Zealand White, NZW),初始年龄为20–22周,体重为4.39 ± 0.14(标准差)kg。动物饲养于湿度(50 ± 5%)和温度(20 ± 1.5 °C)受控的环境中,光照周期为12小时。 "普通饲料" 和 "饮食" 可在方案步骤中互换使用。

1. 饮食给药

  1. 获取或制备饲料
    1. 获取一种市售的 高脂饮食 添加了氢化椰子油(10%)和猪油(5%)19。该饮食方案将提供 3.7 kcal·g-1.
    2. 准备 5% 至 15% 蔗糖溶液 通过将适量蔗糖溶解于无菌水中(例如,使用2 L储存液中的300 g蔗糖配制15%蔗糖溶液)。15%溶液可提供0.6 kcal·mL-1.
    3. 获取一种市....

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结果

代谢综合征(MetS)是一组代谢和心血管异常的集合,其实验模型有助于对该综合征的研究。事实上,为了阐明 MetS 所致病理性重塑的潜在机制,选择一种能够恰当模拟人类疾病状态且适用于研究的实验模型至关重要。本文介绍了通过高饱和脂肪和蔗糖饮食在兔中诱导 MetS 的方法,并提供了用于评估该模型的详细表征手段。相较于使用基因修饰动物模型,采用饮食诱导具有重要意义,因为饮食会影响全身代谢19,从而更接近人类 MetS 的实际情况。统计分析采用双因素方差分析(混合模型 ANOVA),包含两个因素:一个为重复测量或“组内”因素(时间:干预前、第14周和第28周,具体取决于分析内容),另一个为“组间”因素(分组:对照组和 MetS 组)。当 p <0.05 时认为差异具有统计学意义。

动物对高脂高蔗糖饮食耐受性良好。从之前的喂养方案过渡到高脂高蔗糖饮食需要4周的适应期。对照组动物每天饲喂120 .......

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讨论

建立合适的实验模型可为研究代谢综合征(MetS)的发生发展提供更加一致且可靠的方法,同时也有助于理解器官和系统重塑背后的基本机制。本文描述了构建饮食诱导的MetS相关实验模型所采用的方法,以及如何评估该模型所表征的代谢和心血管异常核心组分:中心性肥胖、高血压、葡萄糖耐受不良,以及以高密度脂蛋白(HDL)降低、低密度脂蛋白(LDL)升高和甘油三酯(TG)水平增加为特征的血脂异常。

该模型的一个主要优势在于能够研究病理临床表现之前的阶段。事实上,在代谢变化方面,28周龄动物尚未发展为II型糖尿病,而是处于糖尿病前期状态(图4)。同样,血浆生化指标显示脂质谱明显异常,表现为低密度脂蛋白(LDL)和甘油三酯(TG)升高、高密度脂蛋白(HDL)降低,但总胆固醇无变化(表3),而后者是动脉粥样硬化发展中的一个关键因素。尽管在第28周时可观察到收缩压、舒张压和平均动脉压(MAP)升高(图5),但仅属于轻度高血压。总体而言,这些代谢和心血管指标的.......

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披露

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

致谢

本工作由瓦伦西亚自治区(GV2015-062)、瓦伦西亚大学(UV-INV-PRECOMP14-206372)资助给 MZ,以及由瓦伦西亚自治区(PROMETEOII/2014/037)和卡洛斯三世健康研究所-FEDER 基金(CIBERCV CB16/11/0486)资助给 FJC。

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参考文献

  1. Cornier, M. A., Dabelea, D., Hernandez, T. L., Lindstrom, R. C., Steig, A. J., Stob, N. R., et al. The metabolic syndrome. Endocr rev. 29 (7), 777-822 (2008).
  2. Alberti, K. G., Zimmet, P., Shaw, J., Grundy, S. M. IDF Consensus Worldwide Definition of the Metabolic Syndrome. , Available from: https://www.idf.org/e-library/consensus-statements.html (2006).
  3. Alberti, K. G., Eckel, R. H., Grundy, S. M.....

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