Beoordeling van de metabole effecten van isocaloric 2:1 intermitterende vasten bij muizen
Summary
Het huidige artikel beschrijft een gedetailleerd protocol voor isocaloric 2:1 intermitterende vasten te beschermen en te behandelen tegen obesitas en verminderde glucose metabolisme in wild-type en ob/ob muizen.
Abstract
Intermitterende vasten (als), een dieet interventie met periodieke energiebeperking, is overwogen om talrijke voordelen te bieden en metabole afwijkingen tegen te gaan. Tot nu toe zijn er verschillende soorten IF-modellen met wisselende duur van vasten-en voeder perioden gedocumenteerd. Het interpreteren van de uitkomsten is echter een uitdaging, omdat veel van deze modellen betrekking hebben op multifactoriële bijdragen uit zowel tijd-als calorie beperkings strategieën. Bijvoorbeeld, de alternatieve dag vasten model, vaak gebruikt als een knaagdier als regime, kan leiden tot ondervoeding, suggereren dat gezondheidsvoordelen van deze interventie waarschijnlijk worden bemiddeld via zowel calorie beperking en vasten-hervoederen cycli. Onlangs, het is met succes aangetoond dat 2:1 als, bestaande uit 1 dag van vasten gevolgd door 2 dagen van voeding, kan bescherming bieden tegen dieet-geïnduceerde obesitas en metabole verbeteringen zonder een vermindering van de totale calorie-inname. Hier gepresenteerd is een protocol van deze isocaloric 2:1 als interventie bij muizen. Ook beschreven is een paar-Feeding (PF) protocol vereist voor het onderzoeken van een muismodel met veranderde eetgedrag, zoals hyperphagia. Met behulp van de 2:1 als regime, het is aangetoond dat isocaloric als leidt tot verminderde lichaamsgewicht aanwinst, verbeterde glucose homeostase, en verhoogde energie-uitgaven. Dus, dit regime kan nuttig zijn om te onderzoeken van de gevolgen van de gezondheid van als op verschillende ziekte aandoeningen.
Introduction
Moderne levensstijl wordt geassocieerd met een langere dagelijkse voedselinname tijd en kortere vasten perioden1. Dit draagt bij aan de huidige wereldwijde obesitasepidemie, met metabole nadelen gezien bij mensen. Vasten is beoefend in de hele menselijke geschiedenis, en de diverse gezondheidsvoordelen omvatten langdurige levensduur, verminderde oxidatieve schade, en geoptimaliseerde energie homeostase2,3. Onder verschillende manieren om te oefenen vasten, periodieke energie deprivatie, genoemd intermitterende vasten (als), is een populaire voedingsmethode die op grote schaal wordt beoefend door de algemene bevolking als gevolg van de eenvoudige en eenvoudige regime. Recente studies in preklinisch en klinische modellen hebben aangetoond dat als kan bieden gezondheidsvoordelen vergelijkbaar met langdurig vasten en calorie beperking, suggereren dat als kan een potentiële therapeutische strategie voor obesitas en metabole ziekten2,3,4,5.
Als regimes variëren in termen van vasten duur en frequentie. Afwisselende dag vasten (dat wil zeggen, 1 dag voeden/1 dag vasten; 1:1 als) is de meest gebruikte als regime bij knaagdieren te bestuderen van de gunstige gezondheidseffecten op obesitas, cardiovasculaire aandoeningen, neurodegeneratieve ziekten, etc.2,3. Echter, zoals blijkt uit voorgaande studies6,7, en verder mechanistisch bevestigd in onze energie inname analyse8, 1:1 als resulteert in ondervoeding (~ 80%) vanwege het gebrek aan voldoende voedertijd om energieverlies te compenseren. Dit maakt het onduidelijk of de gezondheidsvoordelen die worden verleend door 1:1 als ze worden gemedieerd door calorie beperking of wijziging van eetpatronen. Daarom is er een nieuw IF-regime ontwikkeld en hier getoond, bestaande uit een 2-daagse voeding/1 dag vasten (2:1 IF) patroon, dat muizen voldoende tijd geeft om voedselinname te compenseren (~ 99%) en lichaamsgewicht. Deze muizen worden vervolgens vergeleken met een ad libitum (al) groep. Dit regime maakt onderzoek van de effecten van isocaloric als bij afwezigheid van calorie reductie in wild-type muizen.
In tegenstelling, in een muismodel dat veranderde voedingsgedrag vertoont, kan AL voeden niet een goede controle voorwaarde zijn om de effecten van 2:1 te vergelijken en te onderzoeken. Bijvoorbeeld, aangezien ob/ob muizen (een veelgebruikte genetische model voor obesitas) vertonen hyperphagia als gevolg van het gebrek aan leptine regulering van de eetlust en verzadiging, die met 2:1 als vertonen ~ 20% verminderde calorie-inname in vergelijking met ob/ob muizen met al voeden. Om de effecten van IF in ob/ob -muizen naar behoren te onderzoeken en te vergelijken, moet dus een paar-voedende groep als geschikte controle worden gebruikt.
Over het algemeen wordt een uitgebreid protocol verstrekt om isocaloric 2:1 uit te voeren, met inbegrip van het gebruik van een controle met twee voer. Het is verder aangetoond dat isocaloric 2:1 als beschermt muizen tegen hoge vet dieet-geïnduceerde obesitas en/of metabole disfunctie in zowel wild-type en ob/ob muizen. Dit protocol kan worden gebruikt om de heilzame gezondheidseffecten van 2:1 te onderzoeken als er verschillende pathologische aandoeningen zijn, waaronder neurologische aandoeningen, hart-en vaatziekten en kanker.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het is goed gedocumenteerd dat als biedt gunstige gezondheidseffecten op verschillende ziekten bij mensen en dieren8,15,16,17,18,19. De onderliggende mechanismen, zoals autophagie en gut microbiome, zijn onlangs opgehelderd. Het gepresenteerde protocol beschrijft een isocaloric 2:1 als regime in muizen voor het onderzoeken va…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
K.-H. K werd gesteund door het hart en beroerte Stichting van Canada Grant-in-Aid (G-18-0022213), J. P. Bickell Foundation en de Universiteit van Ottawa Heart Institute start-up Fonds; H.-K.S. werd gesteund door subsidies van de Canadian Institutes of Health Research (PJT-162083), Reuben en Helene Dennis Scholar en Sun Life Financial nieuwe Investigator Award voor diabetes onderzoek van Banting & beste diabetes centrum (BBDC) en natuurwetenschappen en Engineering Research Council (NSERC) van Canada (RGPIN-2016-06610). R.Y.K. werd gesteund door een Fellowship van de Universiteit van Ottawa cardiology Research Endowment Fund. J.H.L. werd gesteund door de NSERC doctoraats beurs en Ontario Graduate beurs. Hij werd gesteund door de UOHI begiftigde Graduate Award en koningin Elizabeth II Graduate beurs in Science and Technology.
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).
