Оценка метаболических эффектов изокалорийного 2:1 Прерывистый пост у мышей
Summary
Текущая статья описывает подробный протокол для изокалорийных 2:1 прерывистый пост для защиты и лечения от ожирения и нарушения метаболизма глюкозы в диком типе и об / об мышей.
Abstract
Было сочтено, что прерывистое голодание (ИФ), диетическое вмешательство, связанное с периодическим ограничением энергии, обеспечивает многочисленные преимущества и противодействует нарушениям обмена веществ. До сих пор были задокументированы различные типы моделей IF с различной продолжительностью периодов поста и кормления. Однако интерпретация результатов является сложной задачей, поскольку многие из этих моделей включают в себя многофакторный вклад как от стратегий ограничения времени, так и от ограничений калорий. Например, альтернативная модель поста дня, часто используемая в качестве режима ГРЫЗУНов IF, может привести к недостаточному питанию, что позволяет предположить, что польза для здоровья от этого вмешательства, вероятно, опосредована как с помощью ограничения калорий, так и циклов кормления натощак. Недавно было успешно продемонстрировано, что 2:1 IF, состоящий из 1 дня поста, а затем 2 дня кормления, может обеспечить защиту от диетического ожирения и метаболических улучшений без сокращения общего потребление калорий. Представлен протокол этого изокалория 2:1 ЕСЛИ вмешательства у мышей. Также описан протокол парного кормления (PF), необходимый для изучения модели мыши с измененным поведением еды, таким как гиперфагия. Использование 2:1 IF режим, показано, что изокалории IF приводит к снижению веса тела, улучшение гомеостаза глюкозы, и повышенные расходы энергии. Таким образом, этот режим может быть полезным для изучения воздействия if на здоровье.
Introduction
Современный образ жизни связан с более длительным ежедневным временем вхожжья пищи и более короткими периодами поста1. Это способствует нынешней глобальной эпидемии ожирения, с метаболическим недостатки видели в организме человека. Пост практиковался на протяжении всей истории человечества, и его разнообразные преимущества для здоровья включают длительную продолжительность жизни, снижение окислительного повреждения, и оптимизированный энергетический гомеостаз2,3. Среди нескольких способов практики поста, периодические лишения энергии, называют прерывистый пост (IF), является популярным диетическим методом, который широко практикуется населением в связи с его легкой и простой режим. Недавние исследования в доклинических и клинических моделях показали, что ЕСЛИ может обеспечить преимущества для здоровья, сопоставимые с длительным постом и ограничением калорий, предполагая, что IF может быть потенциальной терапевтической стратегией для ожирения и метаболических заболеваний2,3,4.
Схемы IF различаются с точки зрения продолжительности и частоты поста. Альтернативный день поста (т.е. 1 день кормления / 1 день поста; 1:1 IF) был наиболее часто используемый режим IF у грызунов для изучения его благотворное воздействие на здоровье ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний, нейродегенеративных заболеваний и т.д.2,3. Однако, как показано в предыдущих исследованиях6,7, и далее механически подтверждено в нашем анализе потребление энергии8, 1:1 IF результаты в недоедания (80%) из-за отсутствия достаточного времени кормления, чтобы компенсировать потерю энергии. Это делает неясным, являются ли преимущества для здоровья, предоставленные 1:1, если опосредовано ограничением калорий или изменением структуры питания. Таким образом, новый режим IF был разработан и показан здесь, включающий 2-дневного кормления/1 день поста (2:1 IF) шаблон, который предоставляет мышам достаточно времени, чтобы компенсировать потребление пищи (99%) и массы тела. Эти мыши затем по сравнению с ad libitum (AL) группы. Этот режим позволяет иссучить эффекты изокалорийного ЕСЛИ при отсутствии снижения калорий у мышей дикого типа.
В отличие от мыши модели, которая exhibits измененное поведение кормления, AL кормления не может быть надлежащим условием контроля для сравнения и изучения последствий 2:1 IF. Например, так как ob/ob мышей (обычно используется генетическая модель для ожирения) экспонат гиперфагии из-за отсутствия лептина, регулирующего аппетит и сытость, те, с 2:1 IF экспонат 20% снижение калорий по сравнению с об / об мышей с AL кормления. Таким образом, чтобы должным образом изучить и сравнить эффекты IF у ob/ob мышей, пара кормления группы в качестве подходящего контроля должны быть использованы.
В целом, предусмотрен всеобъемлющий протокол для выполнения изокалорийных 2:1 IF, включая использование пара кормления управления. Кроме того, показано, что изокалорийные 2:1 IF защищает мышей от ожирения с высоким содержанием жира, вызванного диетой и/или метаболической дисфункцией как у диких, так и у мышей типа “об/об”. Этот протокол может быть использован для изучения благотворного воздействия 2:1 IF на различные патологические заболевания, включая неврологические расстройства, сердечно-сосудистые заболевания и рак.
Protocol
Representative Results
Discussion
Хорошо задокументировано, что ЕСЛИ обеспечивает благотворное воздействие на здоровье различных заболеваний у людей и животных8,15,16,17,18,19. Его основные механизмы, такие как аутофа…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
K.-H.K была поддержана Фондом сердца и инсульта Канады Грант-в-помощи (G-18-0022213), J. P. Bickell Фонд и Университет Оттавы Институт сердца Стартовый фонд; H.-K.S. была поддержана грантами от Канадских институтов исследований в области здравоохранения (PJT-162083), Рубен и Хелен Деннис стипендиат и Sun Life Финансовый Новый следователь премии за диабет исследований от Бантинг и лучший диабет центр (BBDC) и естественных наук и Совет инженерных исследований (NSERC) Канады (RGPIN-2016-06610). R.Y.K. была поддержана стипендией от Фонда исследований кардиологии Университета Оттавы. J.H.L. была поддержана докторской стипендией NSERC и стипендией Онтарио. Y.O. была поддержана UOHI наделенной высшей наградой и стипендией королевы Елизаветы II в области науки и техники.
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).
