Vurdering av lipidhåndteringskapasitet i hele kroppen hos mus
Summary
Dette papiret gir tre enkle og tilgjengelige analyser for å vurdere lipidmetabolisme hos mus.
Abstract
Vurdering av lipidmetabolisme er en hjørnestein i evaluering av metabolsk funksjon, og det anses som viktig for in vivo metabolisme studier. Lipider er en klasse av mange forskjellige molekyler med mange veier involvert i syntese og metabolisme. Et utgangspunkt for evaluering av lipid hemostase for ernæring og fedme forskning er nødvendig. Dette dokumentet beskriver tre enkle og tilgjengelige metoder som krever liten kompetanse eller praksis for å mestre, og som kan tilpasses av de fleste laboratorier for å screene for lipidmetabolismeavvik hos mus. Disse metodene er (1) måle flere faste serum lipid molekyler ved hjelp av kommersielle sett (2) analyse for kosthold lipid-håndtering evne gjennom en muntlig intralipid toleranse test, og (3) evaluere responsen på en farmasøytisk forbindelse, CL 316,243, hos mus. Sammen vil disse metodene gi en høy nivå oversikt over lipidhåndteringsevne hos mus.
Introduction
Karbohydrater og lipider er to store substrater for energimetabolisme. Avvikende lipidmetabolisme resulterer i mange menneskelige sykdommer, inkludert type II diabetes, kardiovaskulære sykdommer, fettleversykdommer og kreft. Dietary lipider, hovedsakelig triglyserider, absorberes gjennom tarmen inn i lymfesystemet og går inn i venøs sirkulasjon i chylomicrons nær hjertet1. Lipider bæres av lipoproteinpartikler i blodet, hvor fettsyremoieties frigjøres ved virkningen av lipoprotein lipase ved perifere organer som muskel og fettvev2. De resterende kolesterolrike restpartiklene fjernes av leveren3. Mus har blitt mye brukt i laboratorier som forskningsmodell for å studere lipidmetabolisme. Med omfattende genetiske verktøysett tilgjengelig og en relativt kort avlssyklus, er de en kraftig modell for å studere hvordan lipider absorberes, syntetiseres og metaboliseres.
På grunn av kompleksiteten i lipidmetabolismen brukes sofistikerte lipidomiske studier eller isotopiske tracerstudier vanligvis til å kvantifisere samlinger av lipidarter eller lipidrelaterte metabolske fluxer og skjebner4,5. Dette skaper en massiv utfordring for forskere uten spesialutstyr eller kompetanse. I dette dokumentet presenterer vi tre analyser som kan fungere som innledende tester før teknisk utfordrende teknikker brukes. De er ikke-terminale prosedyrer for musene, og dermed svært nyttige for å identifisere potensielle forskjeller i lipidhåndteringskapasitet og begrense de berørte prosessene.
For det første kan måling av faste serum lipidmolekyler hjelpe en med å fastslå musens generelle lipidprofil. Mus bør fastes, fordi mange lipidarter stiger etter måltider, og omfanget av økningen påvirkes sterkt av sammensetningen av dietten. Mange lipidmolekyler, inkludert totalt kolesterol, triglyserid og ikke-esterifisert fettsyre (NEFA), kan måles ved hjelp av et kommersielt sett og en plateleser som kan lese absorbans.
For det andre evaluerer en oral intralipidtoleransetest lipidhåndteringsevne som en netto effekt av absorpsjon og metabolisme. En oralt administrert intralipid forårsaker en økning i sirkulerende triglyseridnivåer (1-2 timer), hvoretter serum triglyseridnivåene går tilbake til basale nivåer (4-6 timer). Denne analysen gir informasjon om hvor godt en mus kan håndtere de eksogene lipidene. Hjerte-, lever- og brun fettvev er aktive forbrukere av triglyserider, mens hvitt fettvev lagrer det som et energireservat. Endringer i disse funksjonene vil føre til forskjeller i testresultatene.
Til slutt, fremme lipolyse for å mobilisere lagrede lipider anses som en mulig strategi for vekttap. Den β3-adrenerge reseptorsignaleringsveien i fettvevet spiller en viktig rolle i adipocytt lipolyse, og menneskelig genetikk har identifisert et tap av funksjon polymorfisme Trp64Arg i β3-adrenerge reseptor korrelert med fedme6. CL 316,243, en spesifikk og potent β3-adrenerge reseptoragonist, stimulerer fettvev lipolyse og frigjøring av glyserol. Evaluering av musens respons på CL 316,243 kan gi verdifull informasjon om utvikling, forbedring og forståelse av effekten av forbindelsen.
Samlet kan disse testene brukes som en startskjerm for endringer i musens lipidmetaboliske tilstand. De er valgt for tilgjengeligheten av instrumenter og reagenser. Med resultatene fra disse analysene kan forskere danne et samlet bilde av dyrenes metabolske kondisjon og bestemme seg for mer sofistikerte og målrettede tilnærminger.
Protocol
Representative Results
Discussion
De tre analysene som beskrives fungerer robust i laboratoriet, med noen få kritiske hensyn. Nattfasting er nødvendig for å bestemme fastende serum lipidnivåer og oral intralipid toleransetest. For oral intralipid toleransetest er det viktig å spinne blodet ved romtemperatur for å minimere dannelsen av et fettlag, spesielt ved 1- og 2-timers tidspunkter; det er viktig å ikke kaste bort dette fettlaget hvis det dannes. Sørg for å overføre supernatanten med lipidlaget, og rør forsiktig for å blande dem sammen fo…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet støttes av National Institutes of Health (NIH), grant R00-DK114498, og United States Department of Agriculture (USDA), grant CRIS: 3092-51000-062 til Y. Z.
Materials
| 20% Intralipid | Sigma Aldrich | I141 | |
| BD Slip Tip Sterile Syringes 1ml | Shaotong | B07F1KRMYN | |
| CL 316,243 Hydrate | Sigma-Aldrich | C5976 | |
| Curved Feeding Needles (18 Gauge) | Kent Scientific | FNC-18-2-2 | |
| Free Glycerol Reagent | Sigma Aldrich | F6428 | |
| Glycerol Standard Solution | Sigma | G7793 | |
| HR SERIES NEFA-HR(2)COLOR REAGENT A | Fujifilm Wako Diagnostics | 999-34691 | |
| HR SERIES NEFA-HR(2)COLOR REAGENT B | Fujifilm Wako Diagnostics | 991-34891 | |
| HR SERIES NEFA-HR(2)SOLVENT A | Fujifilm Wako Diagnostics | 995-34791 | |
| HR SERIES NEFA-HR(2)SOLVENT B | Fujifilm Wako Diagnostics | 993-35191 | |
| Ketamine | Vedco | 50989-161-06 | |
| Matrix Plus Chemistry Reference Kit | Verichem | 9500 | |
| Micro Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-222-168 | |
| Microhematrocrit Capillary Tube, Not Heparanized | Fisher Scientific | 22-362-574 | |
| NEFA STANDARD SOLUTION | Fujifilm Wako Diagnostics | 276-76491 | |
| Phosphate Buffered Saline | Boston Bioproducts | BM-220 | |
| Thermo Scientific Triglycerides Reagent | Fisher Scientific | TR22421 | |
| Total Cholesterol Reagents | Thermo Scientifi | TR13421 | |
| Xylazine | Henry Schein | 11695-4022-1 |
References
- Dixon, J. B. Mechanisms of chylomicron uptake into lacteals. Annals of the New York Academy of Sciences. 1207, 52-57 (2010).
- Nuno, J., de Oya, M. Lipoprotein lipase: review. Revista Clínica Española. 170 (3-4), 83-87 (1983).
- Williams, K. J. Molecular processes that handle — and mishandle — dietary lipids. Journal of Clinical Investigation. 118 (10), 3247-3259 (2008).
- Burla, B., et al. MS-based lipidomics of human blood plasma: a community-initiated position paper to develop accepted guidelines. Journal of Lipid Research. 59 (10), 2001-2017 (2018).
- Umpleby, A. M. Hormone measurement guidelines: Tracing lipid metabolism: the value of stable isotopes. Journal of Endocrinology. 226 (3), 1-10 (2015).
- Mitchell, B. D., et al. A paired sibling analysis of the beta-3 adrenergic receptor and obesity in Mexican Americans. Journal of Clinical Investigation. 101 (3), 584-587 (1998).
- Mahoney, L. B., Denny, C. A., Seyfried, T. N. Caloric restriction in C57BL/6J mice mimics therapeutic fasting in humans. Lipids in Health and Disease. 5, 13 (2006).
- Hayek, T., et al. Dietary fat increases high density lipoprotein (HDL) levels both by increasing the transport rates and decreasing the fractional catabolic rates of HDL cholesterol ester and apolipoprotein (Apo) A-I. Presentation of a new animal model and mechanistic studies in human Apo A-I transgenic and control mice. Journal of Clinical Investigation. 91 (4), 1665-1671 (1993).
- Hogarth, C. A., Roy, A., Ebert, D. L. Genomic evidence for the absence of a functional cholesteryl ester transfer protein gene in mice and rats. Comparative Biochemistry and Physiology – Part B: Biochemistry & Molecular Biology. 135 (2), 219-229 (2003).
- Tall, A. R. Functions of cholesterol ester transfer protein and relationship to coronary artery disease risk. Journal of Clinical Lipidology. 4 (5), 389-393 (2010).
- Singh, A. K., Singh, R. Triglyceride and cardiovascular risk: A critical appraisal. Indian Journal of Endocrinology and Metabolism. 20 (4), 418-428 (2016).
- Miller, M., et al. Triglycerides and cardiovascular disease: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 123 (20), 2292-2333 (2011).
- Dron, J. S., Hegele, R. A. Genetics of Hypertriglyceridemia. Frontiers in Endocrinology (Lausanne). 11, 455 (2020).
- Dole, V. P. A relation between non-esterified fatty acids in plasma and the metabolism of glucose. Journal of Clinical Investigation. 35 (2), 150-154 (1956).
- Bartelt, A., et al. Brown adipose tissue activity controls triglyceride clearance. Nature Medicine. 17 (2), 200-205 (2011).
- de Souza, C. J., Burkey, B. F. Beta 3-adrenoceptor agonists as anti-diabetic and anti-obesity drugs in humans. Current Pharmaceutical Design. 7 (14), 1433-1449 (2001).
- Braun, K., Oeckl, J., Westermeier, J., Li, Y., Klingenspor, M. Non-adrenergic control of lipolysis and thermogenesis in adipose tissues. Journal of Experimental Biology. 221, (2018).
