En modell av kronisk Nutrient Infusion i Rat
Summary
Ett protokoll för kroniska infusioner av glukos och Intralipid hos råttor beskrivs. Denna modell kan användas för att studera effekten av näringsämnen överskott på orgel funktion och fysiologiska parametrar.
Abstract
Kronisk exponering för höga halter av näringsämnen förutsätts att påverka funktionen av flera organ och vävnader samt att bidra till utvecklingen av de många komplikationer som är förknippade med fetma och det metabola syndromet, däribland typ 2-diabetes. För att studera de mekanismer genom vilka höga nivåer av glukos och fettsyror påverkar bukspottkörtelns beta-celler och utsöndringen av insulin, har vi etablerat en kronisk näringsämne infusion i råtta. Proceduren består av catheterizing den högra halsvenen och vänster halspulsådern under narkos, så en 7-dagars återhämtningsperiod, ansluta katetrarna till pumparna med en lekare och motvikt system som gör det möjligt för djuret att röra sig fritt i buren, och infusion glukos och / eller Intralipid (en sojabönolja emulsion som genererar en blandning av cirka 80% unsaturated/20% mättade fettsyror när infunderas med heparin) för 72 timmar. Denna modell erbjuder flera fördelaktigaGES, däribland möjligheten att fint modulera målnivåer av cirkulerande glukos och fettsyror; möjlighet att infundera farmakologiska föreningar, och den relativt korta tid i motsats till dietary modeller. Den kan användas för att undersöka mekanismerna för näringsämne-inducerad dysfunktion i en mängd olika organ och för att testa effektiviteten av läkemedel i detta sammanhang.
Introduction
Kroniskt förhöjda nivåer av glukos och lipider i cirkulationen har föreslagits för att bidra till patogenesen av typ 2-diabetes genom att förändra funktionen av flera organ som är inblandade i upprätthållandet av glukoshomeostas inklusive, men inte begränsat till, den pankreatiska beta-cell (omdömet i 1). De glucotoxicity hypotesen posits att kronisk hyperglykemi förvärrar beta-cell defekter som gav upphov till hyperglykemi i första hand, vilket skapar en ond cirkel och bidra till försämring av blodsockerkontroll vid typ 2 diabetes patienter. Likaså föreslår glucolipotoxicity hypotesen att samtidigt förhöjt glukos-och lipid nivåer, som ofta observeras i typ 2-diabetes, är skadliga för betaceller.
Dechiffrera de cellulära och molekylära mekanismer av de skadliga effekterna av kroniskt förhöjda näringsämnen på bukspottkörtel betacellfunktion är nyckeln till understanding av patogenesen av typ 2-diabetes 1. För detta ändamål har ett stort antal studier som undersökt mekanismerna bakom kronisk näringsämnen överskott ex vivo i isolerade Langerhanska öarna eller in vitro i klonade, insulinutsöndrande cellinjer. Dock är översättningen av resultaten som erhållits i dessa modellsystem för hela organismen komplex, särskilt eftersom koncentrationerna av fettsyror används i odlade celler eller skär sällan matchar cirkulerande nivåer i närheten av de betacellerna in vivo 2. Å andra sidan, har de mekanismer av beta-cell-misslyckande som svar på näringsämnen överskott undersökts i gnagarmodeller av diabetes, såsom exemplifieras av Zucker Diabetic Fatty-råtta 3,4, den gerbil Psammomys obesus 5 och fettrik kost- Fed mus 6. Dessa modeller är emellertid kännetecknas av inneboende metaboliska störningar och är inte lätt mottagliga för manipulationer av blodglukosoch / eller lipidnivåer i en mer kontrollerad och mindre kronisk inställning. För att kunna ändra cirkulerande nivåer av näringsämnen i en tidsram dagar i övrigt normala djur, har vi utvecklat en kronisk infusion modell i normala råttor som gör att vi kan undersöka effekterna av lipider och glukos, ensamt eller i kombination, på fysiologiska parametrar och funktion 7,8.
Protocol
Representative Results
Discussion
Även ett antal tidigare studier har anställt kroniska infusioner av glukos (t.ex. 10-15) eller lipider (t.ex. 16,17) i gnagare, till vår kunskap kombinerad infusion av båda bränslena har endast rapporterats i möss 18. Den kroniska infusion modell som presenteras här ger flera fördelar för att studera effekterna på näringsämnen överskott på en mängd olika biologiska funktioner hos råttor. Först, innebär det inte genetiskt feta gnagare, och sedan gemensa…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av National Institutes of Health (R01DK58096 till Vincent Poitout). Vincent Poitout innehar Kanada forskning ordförande i Diabetes och bukspottkörtel betacellfunktion. Bader Zarrouki fick postdoktorala stipendier från Merck och Eli Lilly. Ghislaine Fontes fick stöd av ett post-doc stipendium från kanadensiska Diabetes Association.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Saline 0.9% | BD | JB1324 | |
| Dextrose 70% | McKesson | ||
| Intralipid 20% | Fresenius Kabi | JB6023 | |
| Metricide (Glutaraldehyde 2.6%) | Metrex | 11-1401 | |
| Heparin Sodium 10,000 USP u/ml | PPC | ||
| Carprofen | Metacam | ||
| Glycopyrrolate | Sandoz | ||
| Isoflurane | Abbott | ||
| Chlohexidine 2% | |||
| Alcohol 70% | |||
| Iodine | |||
| PE-50 | BD | 427411 | |
| CO-EX T22 | Instech Solomon | BCOEX-T22 | |
| Connector 22G | Instech Solomon | SC22/15 | |
| Swivel 22G | Instech Solomon | 375/22PS | |
| Y-Connector 22G | Instech Solomon | ||
| Counterbalance and arm | Instech Solomon | CM375BP | |
| 23 G blunted needles | Instech Solomon | LS23 | |
| 23 G canulation pins | Instech Solomon | SP23/12 | |
| Tethers (12 inch) | Lomir | RT12D | |
| Infusion jackets | Lomir | RJ01, RJ02, RJ03, RJ04 | |
| (SM-XL) | |||
| Tether attachment piece | Lomir | RS T1 | |
| 60 ml syringe | BD | 309653 | |
| 1 ml syringe | BD | 309602 |
Riferimenti
- Poitout, V., Robertson, R. P. Glucolipotoxicity: fuel excess and beta-cell dysfunction. Endocr. Rev. 29, 351-366 (2008).
- Poitout, V., et al. Glucolipotoxicity of the pancreatic beta cell. Biochim. Biophys. Acta. 1801, 289-298 (2010).
- Unger, R. H. Minireview: weapons of lean body mass destruction: the role of ectopic lipids in the metabolic syndrome. Endocrinology. 144, 5159-5165 (2003).
- Harmon, J. S., Gleason, C. E., Tanaka, Y., Poitout, V., Robertson, R. P. Antecedent hyperglycemia, not hyperlipidemia, is associated with increased islet triacylglycerol content and decreased insulin gene mRNA level in Zucker diabetic fatty rats. Diabetes. 50, 2481-2486 (2001).
- Bachar, E., Ariav, Y., Cerasi, E., Kaiser, N., Leibowitz, G. Neuronal nitric oxide synthase protects the pancreatic beta cell from glucolipotoxicity-induced endoplasmic reticulum stress and apoptosis. Diabetologia. 53, 2177-2187 (2010).
- Peyot, M. L., et al. Beta-cell failure in diet-induced obese mice stratified according to body weight gain: secretory dysfunction and altered islet lipid metabolism without steatosis or reduced beta-cell mass. Diabetes. 59, 2178-2187 (2010).
- Hagman, D. K., et al. Cyclical and alternating infusions of glucose and intralipid in rats inhibit insulin gene expression and Pdx-1 binding in islets. Diabetes. 57, 424-431 (2008).
- Fontes, G., et al. Glucolipotoxicity age-dependently impairs beta cell function in rats despite a marked increase in beta cell mass. Diabetologia. 53, 2369-2379 (2010).
- Stein, D. T., et al. Essentiality of circulating fatty acids for glucose-stimulated insulin secretion in the fasted rat. J. Clin. Invest. 97, 2728-2735 (1996).
- Leahy, J. L., Cooper, H. E., Weir, G. C. Impaired insulin secretion associated with near normoglycemia. Study in normal rats with 96-h in vivo glucose infusions. Diabetes. 36, 459-464 (1987).
- Hager, S. R., Jochen, A. L., Kalkhoff, R. K. Insulin resistance in normal rats infused with glucose for 72 h. The American Journal of Physiology. 260, 353-362 (1991).
- Laybutt, D. R., Chisholm, D. J., Kraegen, E. W. Specific adaptations in muscle and adipose tissue in response to chronic systemic glucose oversupply in rats. The American Journal of Physiology. 273, E1-E9 (1997).
- Jonas, J. C., et al. High glucose stimulates early response gene c-Myc expression in rat pancreatic beta cells. The Journal of Biological Chemistry. 276, 35375-35381 (2001).
- Tang, C., et al. Glucose-induced beta cell dysfunction in vivo in rats: link between oxidative stress and endoplasmic reticulum stress. Diabetologia. 55, 1366-1379 (2012).
- Alonso, L. C., et al. Glucose infusion in mice: a new model to induce beta-cell replication. Diabetes. 56, 1792-1801 (2007).
- Magnan, C., Gilbert, M., Kahn, B. B. Chronic free fatty acid infusion in rats results in insulin resistance but no alteration in insulin-responsive glucose transporter levels in skeletal muscle. Lipids. 31, 1141-1149 (1996).
- Goh, T. T., et al. Lipid-induced beta-cell dysfunction in vivo in models of progressive beta-cell failure. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 292, 549-560 (2007).
- Pascoe, J., et al. Free fatty acids block glucose-induced beta-cell proliferation in mice by inducing cell cycle inhibitors p16 and p18. Diabetes. 61, 632-641 (2012).
- Bell, C. G., Walley, A. J., Froguel, P. The genetics of human obesity. Nature Reviews. Genetics. 6, 221-234 (2005).
- Fontes, G., Hagman, D. K., Latour, M. G., Semache, M., Poitout, V. Lack of preservation of insulin gene expression by a glucagon-like peptide 1 agonist or a dipeptidyl peptidase 4 inhibitor in an in vivo model of glucolipotoxicity. Diabetes Res. Clin. Pract. 87, 322-328 (2010).
- Crawford, P. A., Schaffer, J. E. Metabolic stress in the myocardium: Adaptations of gene expression. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. , (2012).
- Kewalramani, G., Bilan, P. J., Klip, A. Muscle insulin resistance: assault by lipids, cytokines and local macrophages. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab Care. 13, 382-390 (2010).
- Cusi, K. Role of obesity and lipotoxicity in the development of nonalcoholic steatohepatitis: pathophysiology and clinical implications. Gastroenterology. 142, 711-725 (2012).
