Farelerde Izokalorik 2:1 Aralıklı Orucun Metabolik Etkilerinin Değerlendirilmesi
Summary
Bu makalede, yabani tip ve ob/ob farelerde obezite ve bozulmuş glikoz metabolizmasına karşı korumak ve tedavi etmek için izokalorik 2:1 aralıklı oruç için ayrıntılı bir protokol açıklanmaktadır.
Abstract
Aralıklı açlık (IF), periyodik enerji kısıtlaması içeren bir diyet müdahalesi, çok sayıda fayda sağlamak ve metabolik anormallikleri karşı koymak için kabul edilmiştir. Bugüne kadar, açlık ve beslenme süreleri değişen sürelere sahip farklı TIPIF modelleri belgelenmiştir. Ancak, bu modellerin çoğu hem zaman hem de kalori kısıtlama stratejilerinin çok faktörlü katkılarını içerdiğinden, sonuçların yorumlanması zordur. Örneğin, genellikle kemirgen IF rejimi olarak kullanılan alternatif gün oruç modeli, yetersiz beslenmeye neden olabilir ve bu müdahalenin sağlığa yararlarının hem kalori kısıtlaması hem de oruç-yeniden besleme döngüleri yoluyla aracılık ettiğini düşündürmektedir. Son zamanlarda, 2 gün oruç ve ardından 2 günlük beslenmeden oluşan 2:1 IF’nin, genel kalori alımında azalma olmadan diyete bağlı obezite ve metabolik iyileşmelere karşı koruma sağlayabileceği başarıyla gösterilmiştir. Burada sunulan bu isocaloric bir protokoldür 2:1 farelerde IF müdahale. Ayrıca hiperfaji gibi değiştirilmiş yeme davranışları olan bir fare modelini incelemek için gereken çift besleme (PF) protokolü de tanımlanmıştır. 2:1 IF rejimi kullanılarak, bu isocaloric IF azaltılmış vücut kilo alımına yol açtığı gösterilmiştir, geliştirilmiş glikoz homeostazı, ve yüksek enerji harcaması. Bu nedenle, bu rejim çeşitli hastalık koşulları üzerinde IF sağlık etkilerini araştırmak için yararlı olabilir.
Introduction
Modern yaşam tarzı uzun günlük gıda alım süresi ve daha kısa açlık süreleri ile ilişkilidir1. Bu mevcut küresel obezite salgını katkıda, metabolik dezavantajları insanlarda görülen ile. Oruç insanlık tarihi boyunca uygulanmıştır, ve çeşitli sağlık yararları uzun ömürlü dahil, azaltılmış oksidatif hasar, ve optimize enerji homeostaz2,3. Oruç uygulamanın çeşitli yolları arasında, periyodik enerji yoksunluğu, aralıklı oruç olarak adlandırılır (IF), yaygın olarak genel nüfus tarafından kolay ve basit rejimi nedeniyle uygulanan popüler bir diyet yöntemidir. Preklinik ve klinik modellerde yapılan son çalışmalar, IF’nin uzun süreli açlık ve kalori kısıtlamasına benzer sağlık yararları sağlayabileceğini göstererek, IF’nin obezite ve metabolik hastalıklar için potansiyel bir tedavi stratejisi olabileceğini düşündürmektedir2,3,4,5.
IF rejimleri oruç süresi ve sıklığı açısından değişir. Alternatif gün oruç (yani, 1 gün beslenme / 1 gün oruç; 1:1 IF) obezite, kardiyovasküler hastalıklar, nörodejeneratif hastalıklar, vb 2,3üzerindeki yararlı sağlık etkilerini incelemek için kemirgenler en sık kullanılan IF rejimi olmuştur . Ancak, önceki çalışmalarda gösterildiği gibi6,7, ve daha fazla mekanistik bizim enerji alım analizi nde doğruladı8, 1:1 underfeeding sonuçları (~ 80%) enerji kaybını telafi etmek için yeterli besleme süresi nin olmaması nedeniyle. Bu, 1:1 IF’in sağladığı sağlık yararlarının kalori kısıtlaması veya yeme alışkanlıklarının değiştirilmesi yle aracılık edilip edilmediği belirsizliğini sağlar. Bu nedenle, yeni bir IF rejimi geliştirilmiştir ve burada gösterilmiştir, 2 günlük beslenme/1 günlük oruç (2:1 IF) deseninden oluşan, farelere gıda alımını telafi etmek için yeterli zaman sağlayan (~99%) ve vücut ağırlığı. Bu fareler daha sonra bir reklam libitum (AL) grubu ile karşılaştırılır. Bu rejim, yabani tip farelerde kalori azalması yokluğunda izokalorik IF etkilerinin incelenmesini sağlar.
Buna karşılık, değiştirilmiş besleme davranışı sergileyen bir fare modelinde, AL besleme karşılaştırmak ve 2:1 IF etkilerini incelemek için uygun bir kontrol koşulu olmayabilir. Örneğin, ob/ob fareler (obezite için yaygın olarak kullanılan bir genetik model) iştah ve tokluğu düzenleyen leptin eksikliği nedeniyle hiperfaji sergilediğinden, 2:1 IF sergileyenler AL beslemeli ob/ob farelere göre kalori alımını ~%20 azaltırlar. Bu nedenle, ob/ob farelerde IF’nin etkilerini doğru bir şekilde incelemek ve karşılaştırmak için uygun bir kontrol olarak çift besleme grubunun istihdam edilmesi gerekmektedir.
Genel olarak, bir çift besleme kontrolü kullanımı da dahil olmak üzere izocaloric 2:1 IF gerçekleştirmek için kapsamlı bir protokol sağlanır. Ayrıca, ozokalorik 2:1 IF’in fareleri yüksek yağlı diyetkaynaklı obeziteden ve/veya hem yabani tip hem de ob/ob farelerde metabolik disfonksiyondan koruduğu gösterilmiştir. Bu protokol, nörolojik bozukluklar, kardiyovasküler hastalıklar ve kanser gibi çeşitli patolojik durumlar üzerinde 2:1 IF yararlı sağlık etkilerini incelemek için kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu iyi belgelenmiştir ki IF insan ve hayvanlarda çeşitli hastalıklar üzerinde yararlı sağlık etkileri sağlar8,15,16,17,18,19. Onun altta yatan mekanizmaları, otofaji ve bağırsak mikrobiyomu gibi, son zamanlarda açıklığa kavuşturulmuş edilmiştir. Sunulan protokol, farelerde diyetkaynaklı obezite ve ilişkil…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
K.-H.K Kanada Hibe-in-Aid (G-18-0022213), J. P. Bickell Vakfı ve University of Ottawa Heart Institute Start-up fonu kalp ve inme vakfı tarafından desteklendi; H.-K.S. Kanada Sağlık Araştırmaları Enstitüleri (PJT-162083), Reuben ve Helene Dennis Scholar ve Sun Life Financial New Investigator Award for Diabetes Research from Banting & Best Diabetes Centre (BBDC) ve Natural Sciences’ın bağışları ile desteklendi. ve Kanada Mühendislik Araştırma Konseyi (RGPIN-2016-06610). R.Y.K. Ottawa Üniversitesi Kardiyoloji Araştırma Fonu’ndan bir burs la desteklenmiştir. J.H.L. NSERC Doktora Bursu ve Ontario Lisansüstü Bursu ile desteklenmiştir. Y.O., UOHI Lisansüstü Ödülü ve Kraliçe Elizabeth II Bilim ve Teknoloji Yüksek Lisans Bursu ile desteklenmiştir.
Materials
| Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS) | Columbus Instruments | Indirect calorimeter | |
| D-(+)-Glucose solution | Sigma-Aldrich | G8769 | For GTT |
| EchoMRI 3-in-1 | EchoMRI | EchoMRI 3-in-1 | Body composition analysis |
| Glucometer and strips | Bayer | Contour NEXT | These are for GTT and ITT experiments |
| High Fat Diet (45% Kcal% fat) | Research Diets Inc. | #D12451 | 3.3 Kcal/g |
| High Fat Diet (60% Kcal% fat) | Research Diets Inc. | #D12452 | 4.73 Kcal/g |
| Insulin | El Lilly | Humulin R | For ITT |
| Mouse Strain: B6.Cg-Lepob/J | The Jackson Laboratory | #000632 | Ob/Ob mouse |
| Mouse Strain: C57BL/6J | The Jackson Laboratory | #000664 | |
| Normal chow (17% Kcal% fat) | Harlan | #2918 | |
| Scale | Mettler Toledo | Body weight and food intake measurement |
References
- Gill, S., Panda, S. A Smartphone App Reveals Erratic Diurnal Eating Patterns in Humans that Can Be Modulated for Health Benefits. Cell Metabolism. 22 (5), 789-798 (2015).
- Longo, V. D., Panda, S. Fasting, Circadian Rhythms, and Time-Restricted Feeding in Healthy Lifespan. Cell Metabolism. 23 (6), 1048-1059 (2016).
- Longo, V. D., Mattson, M. P. Fasting: molecular mechanisms and clinical applications. Cell Metabolism. 19 (2), 181-192 (2014).
- Patterson, R. E., et al. Intermittent Fasting and Human Metabolic Health. Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics. 115 (8), 1203-1212 (2015).
- Fontana, L., Partridge, L. Promoting health and longevity through diet: from model organisms to humans. Cell. 161 (1), 106-118 (2015).
- Boutant, M., et al. SIRT1 Gain of Function Does Not Mimic or Enhance the Adaptations to Intermittent Fasting. Cell Reports. 14 (9), 2068-2075 (2016).
- Gotthardt, J. D., et al. Intermittent Fasting Promotes Fat Loss With Lean Mass Retention, Increased Hypothalamic Norepinephrine Content, and Increased Neuropeptide Y Gene Expression in Diet-Induced Obese Male Mice. Endocrinology. 157 (2), 679-691 (2016).
- Kim, K. H., et al. Intermittent fasting promotes adipose thermogenesis and metabolic homeostasis via VEGF-mediated alternative activation of macrophage. Cell Research. 27 (11), 1309-1326 (2017).
- Lancaster, G. I., Henstridge, D. C. Body Composition and Metabolic Caging Analysis in High Fat Fed Mice. Journal of Visualized Experiments. (135), (2018).
- Ayala, J. E., et al. Standard operating procedures for describing and performing metabolic tests of glucose homeostasis in mice. Disease Models & Mechanisms. 3 (9-10), 525-534 (2010).
- Heijboer, A. C., et al. Sixteen h of fasting differentially affects hepatic and muscle insulin sensitivity in mice. Journal of Lipid Research. 46 (3), 582-588 (2005).
- McGuinness, O. P., Ayala, J. E., Laughlin, M. R., Wasserman, D. H. NIH experiment in centralized mouse phenotyping: the Vanderbilt experience and recommendations for evaluating glucose homeostasis in the mouse. American Journal of Physiology: Endocrinology and Metabolism. 297 (4), 849-855 (2009).
- Jorgensen, M. S., Tornqvist, K. S., Hvid, H. Calculation of Glucose Dose for Intraperitoneal Glucose Tolerance Tests in Lean and Obese Mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 56 (1), 95-97 (2017).
- Nagy, C., Einwallner, E. Study of In Vivo Glucose Metabolism in High-fat Diet-fed Mice Using Oral Glucose Tolerance Test (OGTT) and Insulin Tolerance Test (ITT). Journal of Visualized Experiments. (131), 56672 (2018).
- Kim, Y. H., et al. Thermogenesis-independent metabolic benefits conferred by isocaloric intermittent fasting in ob/ob mice. Scientific Reports. 9 (1), 2479 (2019).
- Li, G., et al. Intermittent Fasting Promotes White Adipose Browning and Decreases Obesity by Shaping the Gut Microbiota. Cell Metabolism. 26 (4), 672-685 (2017).
- Mitchell, S. J., et al. Daily Fasting Improves Health and Survival in Male Mice Independent of Diet Composition and Calories. Cell Metabolism. 29 (1), 221-228 (2019).
- Cignarella, F., et al. Intermittent Fasting Confers Protection in CNS Autoimmunity by Altering the Gut Microbiota. Cell Metabolism. 27 (6), 1222-1235 (2018).
- Martinez-Lopez, N., et al. System-wide Benefits of Intermeal Fasting by Autophagy. Cell Metabolism. 26 (6), 856-871 (2017).
- Lo Martire, V., et al. Changes in blood glucose as a function of body temperature in laboratory mice: implications for daily torpor. American Journal of Physiology: Endocrinology and Metabolism. 315 (4), 662-670 (2018).
- Chaix, A., Zarrinpar, A., Miu, P., Panda, S. Time-restricted feeding is a preventative and therapeutic intervention against diverse nutritional challenges. Cell Metabolism. 20 (6), 991-1005 (2014).
- Chaix, A., Lin, T., Le, H. D., Chang, M. W., Panda, S. Time-Restricted Feeding Prevents Obesity and Metabolic Syndrome in Mice Lacking a Circadian Clock. Cell Metabolism. 29 (2), 303-319 (2019).
- Wang, B., Chandrasekera, P. C., Pippin, J. J. Leptin- and leptin receptor-deficient rodent models: relevance for human type 2 diabetes. Current Diabetes Reviews. 10 (2), 131-145 (2014).
- Pan, W. W., Myers, M. G. Leptin and the maintenance of elevated body weight. Nature Reviews: Neuroscience. 19 (2), 95-105 (2018).
- Jackson, D. S., Ramachandrappa, S., Clark, A. J., Chan, L. F. Melanocortin receptor accessory proteins in adrenal disease and obesity. Frontiers in Neuroscience. 9, 213 (2015).
- Tolson, K. P., et al. Postnatal Sim1 deficiency causes hyperphagic obesity and reduced Mc4r and oxytocin expression. Journal of Neuroscience. 30 (10), 3803-3812 (2010).
- Shimada, M., Tritos, N. A., Lowell, B. B., Flier, J. S., Maratos-Flier, E. Mice lacking melanin-concentrating hormone are hypophagic and lean. Nature. 396 (6712), 670-674 (1998).
- Reitman, M. L. Of mice and men – environmental temperature, body temperature, and treatment of obesity. FEBS Letters. 592 (12), 2098-2107 (2018).
- Chvedoff, M., Clarke, M. R., Irisarri, E., Faccini, J. M., Monro, A. M. Effects of housing conditions on food intake, body weight and spontaneous lesions in mice. A review of the literature and results of an 18-month study. Food and Cosmetics Toxicology. 18 (5), 517-522 (1980).
- Toth, L. A., Trammell, R. A., Ilsley-Woods, M. Interactions Between Housing Density and Ambient Temperature in the Cage Environment: Effects on Mouse Physiology and Behavior. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (6), 708-717 (2015).
