설치류에서 다이어트 유발 비만 모델링을위한 신뢰할 수있는 방법으로 맛있는 서양식 카페테리아 다이어트
Summary
이 프로토콜은 설치류에서 과식과 비만을 모델링하기 위해 매우 맛있는 서양식 카페테리아 식단의 사용을 설명합니다. 여기에서는 식품 선택, 준비 및 측정에 대한 자세한 개요를 제공하고 견고하고 재현 가능한 표현형을 생성하는 데 도움이 되는 방법론 적 요인을 설명합니다.
Abstract
비만은 선진국과 개발도상국에서 발병률이 급격히 증가하고 있으며 많은 질병을 유발하거나 악화시키는 것으로 알려져 있다. 비만과 그것의 comorbid 조건의 건강 부담은 그것의 병인의 더 나은 이해를 위한 필요를 강조합니다, 그러나 윤리적인 제약은 인간에 있는 연구 결과를 제한합니다. 이를 위해 실험실 동물에서 비만의 외부적으로 유효한 모형은 과체중과 비만의 이해를 위해 필수적입니다. 많은 종은 인간에 있는 비만을 동반하는 변경의 범위를 모델링하기 위하여 이용되는 동안, 설치류는 가장 일반적으로 이용됩니다. 우리의 실험실은 지속적으로 설치류에 있는 신진 대사 질병의 상당한 체중 증가 그리고 마커로 이끌어 내는 서양식 카페테리아 규정식을 개발했습니다. 규정식은 현대 서양 음식 환경을 모델링하는 hyperphagia를 유도하기 위하여 높게 맛있는 음식의 다양한 설치류를 드러낸습니다. 이 다이어트는 신속 하 게 체중 증가 유도 하 고 쥐에 체 지방 축적 과식과 비만의 효과의 연구에 대 한 허용. 카페테리아 식단은 정제된 고지방 또는 고지방, 고당분 식단과 동일한 다량 영양소 및 미량 영양소 프로파일에 대한 제어를 제공하지 않을 수 있지만, 카페테리아 식단은 일반적으로 정제된 것으로 관찰된 것보다 더 심각한 대사 표현형을 유도합니다. 규정식및 과체중과 뚱뚱한 인간 인구에서 관찰된 신진 대사 소요에 더 부합합니다.
Introduction
비만과 그 관련 동반질환은 글로벌 건강 부담1에 엄청난 기여를 하고 호주2에서질병 부담의 7%를 차지합니다. 비만의 주요 위험 요소는 포화 지방과 정제 된 탄수화물이 높고 섬유질과 미량 영양소가 낮은 건강에 해로운 식단을 섭취하는 것입니다3. 비만을 위한 치료 내정간섭을 위한 표적을 확인하는 것은 체계적으로 다중 생화확적인 및 생리적인 시스템에 대한 효력을 평가할 수 있는 모형을 요구합니다. 비만의 병인학에 대한 우리의 이해는 설치류 모형을 사용하여 실질적으로 진보되었습니다, 여기서 행동, 신진 대사 및 분자 효력은 환경 요인이 쉽게 할 수 있는 통제된 조건하에서 시간에 걸쳐 공부될 수 있습니다 조작.
식이 요법으로 인한 비만의 카페테리아 다이어트 (CAF) 모델은 포화 지방, 정제 된 탄수화물 또는 둘 다에서 높은 다양한 맛있는 음식과 설치류의 표준 차우 다이어트를 보충하는 것으로 구성됩니다. 이러한 식품의 예로는 케이크, 달콤한 비스킷, 고지방 풍미 있는 스낵(예: 가공 육류, 치즈 및 칩)이 있습니다. 그것은 안정적으로 설치류에 있는 hyperphagia 및 급속한 체중 증가를 승진시다. 이 모델의 주요 특징은 현대적인 식품 환경을 시뮬레이션하도록 설계된 다양한 고가의 음식 제공입니다. 다양성에 대한 접근은 단기4 및 인간5에 걸쳐 쥐의 음식 섭취량을 증가시키고 음식이 식미를 위해 매칭되는 경우에도 맛과 후각큐에서만변화합니다4,6. 그러나 한 연구에 따르면 맛과 질감이 다양한 에너지 및 다량 영양소와 다량 영양소가 일치하는 정제 식단을 제공하는 것은 쥐7의장기 체중 증가에 영향을 미치지 않았으며, 이는 영양소 조성과 구강 후의 뚜렷한 후 효과를 시사합니다. 다른 음식은 또한 과식에 기여할 수 있습니다. 여러 맛과 질감에 노출은 대안5에비해 최근에 먹은 음식을 먹고 싶은 욕망의 감소를 설명하는 감각 특정 포만감을 극복한다. 우리의 실험실에 있는 많은 코호트에 걸쳐, 우리는 마찬가지로 매우 맛있는 음식의 사용이 더 과식증폭것을 관찰했습니다.
Sclafani8은 ‘슈퍼마켓 식품'(마시멜로, 초콜릿, 땅콩 버터, 쿠키, 살라미, 치즈)에 노출된 암컷 쥐가 체중 증가를 가속화했다고 보고한 이후 40년 이상 사용되어 왔습니다. 컨트롤을 기준으로 합니다. 이 및 기타 초기 연구는 CAF 스타일의 다이어트가 순수한 고지방 또는 고탄수화물 식단보다 체중 증가를 더 효과적으로 가속화하는 것으로 나타났다는것을 지적했다8,9. 1980년대에는 다량영양소 프로파일10과 식사 패턴11마리의 식이패턴이 CAF 식단을 공급하고, 지방량과 인슐린 수치가9,10, 열발생12에큰 변화를 보였다. 우리 그룹은 2 년 이상 비만을 모델링하기 위해 CAF 다이어트를사용했습니다 13,14 그리고이 시간 동안 우리는 다이어트의 여러 변종을 사용했다. 쥐는 일반 차우와 물 외에 매일 적어도 두 개의 달콤한 음식과 두 가지 의 맛있는 음식 품목을 제공합니다. 최근 몇 년 동안 우리는 10 % 자당 용액으로 고체 CAF 식품을 보충하기 시작했습니다. 다양한 실험 설계에 맞게 CAF 다이어트를 조정할 수 있는 능력은 모델의 강점입니다.
CAF 다이어트는 즉각적인 고phagia촉진 (즉, 처음 24 시간 이내) 체중과 지방 량의 꾸준한 증가. 그러나, 다양성을 극대화한 결과는 다량영양소와 미량영양소 섭취가 통제되지 않는다는 점이며, 일각에서는 극복할 수 없는 결함으로 보고 있다15. 규정식 유도한 비만의 연구 결과는 영양 내용에 정밀한 통제를 제공하고 매일 감시를 요구하는 CAF 모형 보다는 더 적은 노동 집약적이고 결합된 고지방 (HFHS) 규정식을 더 일반적으로 이용합니다 일정을 신중하게 계획하고 실행합니다. 시판되는 정제된 HF 식이의 번역 관련성은 그들의 지방산 프로필 및 지방 및 자당의 비율이 인간의 식이 섭취량과 일치하지 않을 수 있기 때문에 지속적인 논쟁의 주제이다16. CAF 규정식은 정제된 규정식과 같은 양분 통제를 제공하지 않지만, 대부분의 현대 사회에서 음식 선택권을 특징짓는 식미와 다양성을 모델링하는 것을 작정입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 설명된 CAF 다이어트 프로토콜은 쥐를 지방과 설탕이 많은 고가의 다양한 음식에 노출시킴으로써 많은 사람들이 먹는 이른바 ‘서양 식단’의 안정적이고 견고한 모델을 제공합니다. Hyperphagia-대조군을 기준으로 에너지 섭취량의 현저한 증가로 평가 -는 노출의 처음 24 시간 내에서 관찰, 통계적으로 유의 한 체중 차이 주 이내에 볼 수 와. 따라서, CAF는 설치류에 대한 식이 유발 비만의 효과적?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 프로젝트는 NHMRC 프로젝트 보조금(#568728, #150262, #1126929)을 MJM에 지원했습니다.
Materials
| 2-5 L plastic bottle | For preparing 10% sucrose solution, if applicable | ||
| Chopping board | Plastic is advised | ||
| Freezer | For storing CAF foods | ||
| Gordon's maintenance rodent chow | Gordon's Specialty Stockfeeds (Australia) | Maintenance diet used in our laboratory (14 kJ/g; 65% carb, 13% fat and 22% protein, as energy) | |
| Large plastic storage boxes | All items above can be stored in containers for easy access | ||
| Large spoon | For CAF diet preparation | ||
| Microwave | For CAF diet thawing (when required) | ||
| Non-serrated knife | For CAF diet preparation | ||
| Paper towel | Important for cleaning work surfaces and the knife during CAF prep | ||
| Plastic containers | These are for weighing CAF food items on measurement days | ||
| Plastic funnel | For preparing 10% sucrose solution, if applicable | ||
| Red light | As CAF diet should be refreshed near the onset of the dark phase each day, a red light will assist when working in the dark | ||
| Tuna tins | For presenting 'wetter' CAF food items. Plastic containers may also be suitable | ||
| Weigh container x 3 | Separate containers should be used to weigh rats, chow & bottles, and CAF foods | ||
| Weighing scale | Sensitivity to 0.1g is recommended | ||
| White sugar | For 10% sucrose solution, if applicable |
Riferimenti
- Swinburn, B. A., et al. The Global Syndemic of Obesity, Undernutrition, and Climate Change: The Lancet Commission report. Lancet. 393 (10173), 791-846 (2019).
- . . Australian Institute of Health and Welfare. Vol. Cat. no. PHE 215. , (2017).
- GBD Diet Collaborators. Health effects of dietary risks in 195 countries, 1990-2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. Lancet. , 30041-30048 (2019).
- Treit, D., Spetch, M. L., Deutsch, J. A. Variety in the flavor of food enhances eating in the rat: a controlled demonstration. Physiology & Behavior. 30 (2), 207-211 (1983).
- Rolls, B. J. Experimental analyses of the effects of variety in a meal on human feeding. American Journal of Clinical Nutrition. 42, 932-939 (1985).
- Louis-Sylvestre, J., Giachetti, I., Le Magnen, J. Sensory versus dietary factors in cafeteria-induced overweight. Physiology & Behavior. 32 (6), 901-905 (1984).
- Naim, M., Brand, J. G., Kare, M. R., Carpenter, R. G. Energy Intake, Weight Gain and Fat Deposition in Rats Fed Flavored, Nutritionally Controlled Diets in a Multichoice (“Cafeteria”) Design. The Journal of Nutrition. 115 (11), 1447-1458 (1985).
- Sclafani, A., Springer, D. Dietary obesity in adult rats: similarities to hypothalamic and human obesity syndromes. Physiology & Behavior. 17 (3), 461-471 (1976).
- Rolls, B. J., Rowe, E. A., Turner, R. C. Persistent obesity in rats following a period of consumption of a mixed, high energy diet. Journal of Physiology. 298, 415-427 (1980).
- Prats, E., Monfar, M., Castella, J., Iglesias, R., Alemany, M. Energy intake of rats fed a cafeteria diet. Physiology & Behavior. 45 (2), 263-272 (1989).
- Rogers, P. J., Blundell, J. E. Meal patterns and food selection during the development of obesity in rats fed a cafeteria diet. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 8 (4), 441-453 (1984).
- Rothwell, N. J., Stock, M. J. Thermogenesis induced by cafeteria feeding in young growing rats. Proceedings of the Nutrition Society. 39 (2), 45 (1980).
- Hansen, M. J., Ball, M. J., Morris, M. J. Enhanced inhibitory feeding response to alpha-melanocyte stimulating hormone in the diet-induced obese rat. Brain Research. 892 (1), 130-137 (2001).
- Hansen, M. J., Schioth, H. B., Morris, M. J. Feeding responses to a melanocortin agonist and antagonist in obesity induced by a palatable high-fat diet. Brain Research. 1039 (1-2), 137-145 (2005).
- Moore, B. J. The cafeteria diet–an inappropriate tool for studies of thermogenesis. The Journal of Nutrition. 117 (2), 227-231 (1987).
- Speakman, J. R. Use of high-fat diets to study rodent obesity as a model of human obesity. International Journal of Obesity (London). , 0363-0367 (2019).
- Hansen, M. J., et al. The lung inflammation and skeletal muscle wasting induced by subchronic cigarette smoke exposure are not altered by a high-fat diet in mice. PLoS One. 8 (11), 80471 (2013).
- Chen, H., Iglesias, M. A., Caruso, V., Morris, M. J. Maternal cigarette smoke exposure contributes to glucose intolerance and decreased brain insulin action in mice offspring independent of maternal diet. PLoS One. 6 (11), 27260 (2011).
- Cameron, K. M., Speakman, J. R. The extent and function of ‘food grinding’ in the laboratory mouse (Mus musculus). Laboratory Animals. 44 (4), 298-304 (2010).
- Beilharz, J. E., Kaakoush, N. O., Maniam, J., Morris, M. J. Cafeteria diet and probiotic therapy: cross talk among memory, neuroplasticity, serotonin receptors and gut microbiota in the rat. Molecular Psychiatry. 23 (2), 351-361 (2018).
- South, T., Holmes, N. M., Martire, S. I., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Rats eat a cafeteria-style diet to excess but eat smaller amounts and less frequently when tested with chow. PLoS One. 9 (4), 93506 (2014).
- Martire, S. I., et al. Extended exposure to a palatable cafeteria diet alters gene expression in brain regions implicated in reward, and withdrawal from this diet alters gene expression in brain regions associated with stress. Behavioral Brain Research. 265, 132-141 (2014).
- Grech, A., Rangan, A., Allman-Farinelli, M. Macronutrient Composition of the Australian Population’s Diet; Trends from Three National Nutrition Surveys 1983, 1995 and 2012. Nutrients. 10 (8), (2018).
- Austin, G. L., Ogden, L. G., Hill, J. O. Trends in carbohydrate, fat, and protein intakes and association with energy intake in normal-weight, overweight, and obese individuals: 1971-2006. American Journal of Clinical Nutrition. 93 (4), 836-843 (2011).
- Sclafani, A., Gorman, A. N. Effects of age, sex, and prior body weight on the development of dietary obesity in adult rats. Physiology & Behavior. 18 (6), 1021-1026 (1977).
- Sampey, B. P., et al. Cafeteria diet is a robust model of human metabolic syndrome with liver and adipose inflammation: comparison to high-fat diet. Obesity (Silver Spring). 19 (6), 1109-1117 (2011).
- Buyukdere, Y., Gulec, A., Akyol, A. Cafeteria diet increased adiposity in comparison to high fat diet in young male rats. PeerJ. 7, 6656 (2019).
- Oliva, L., et al. In rats fed high-energy diets, taste, rather than fat content, is the key factor increasing food intake: a comparison of a cafeteria and a lipid-supplemented standard diet. PeerJ. 5, 3697 (2017).
- Higa, T. S., Spinola, A. V., Fonseca-Alaniz, M. H., Evangelista, F. S. Comparison between cafeteria and high-fat diets in the induction of metabolic dysfunction in mice. International Journal of Physiology, Pathophysiololgy and Pharmacology. 6 (1), 47-54 (2014).
- Zeeni, N., Dagher-Hamalian, C., Dimassi, H., Faour, W. H. Cafeteria diet-fed mice is a pertinent model of obesity-induced organ damage: a potential role of inflammation. Inflammation Research. 64 (7), 501-512 (2015).
- Bortolin, R. C., et al. A new animal diet based on human Western diet is a robust diet-induced obesity model: comparison to high-fat and cafeteria diets in term of metabolic and gut microbiota disruption. International Journal of Obesity (London). 42 (3), 525-534 (2018).
- Hansen, M. J., Jovanovska, V., Morris, M. J. Adaptive responses in hypothalamic neuropeptide Y in the face of prolonged high-fat feeding in the rat. Journal of Neurochemistry. 88 (4), 909-916 (2004).
- Martire, S. I., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Effects of long-term cycling between palatable cafeteria diet and regular chow on intake, eating patterns, and response to saccharin and sucrose. Physiology & Behavior. 139, 80-88 (2015).
- Shiraev, T., Chen, H., Morris, M. J. Differential effects of restricted versus unlimited high-fat feeding in rats on fat mass, plasma hormones and brain appetite regulators. Journal of Neuroendocrinology. 21 (7), 602-609 (2009).
- Beilharz, J. E., Maniam, J., Morris, M. J. Short exposure to a diet rich in both fat and sugar or sugar alone impairs place, but not object recognition memory in rats. Brain, Behavior and Immunity. 37, 134-141 (2014).
- Bhagavata Srinivasan, S. P., Raipuria, M., Bahari, H., Kaakoush, N. O., Morris, M. J. Impacts of Diet and Exercise on Maternal Gut Microbiota Are Transferred to Offspring. Frontiers in Endocrinology. 9, 716-716 (2018).
- Kaakoush, N. O., et al. Alternating or continuous exposure to cafeteria diet leads to similar shifts in gut microbiota compared to chow diet. Molelcular Nutrition & Food Research. 61 (1), (2017).
- Raipuria, M., Bahari, H., Morris, M. J. Effects of maternal diet and exercise during pregnancy on glucose metabolism in skeletal muscle and fat of weanling rats. PLoS One. 10 (4), 0120980 (2015).
- Beilharz, J. E., Maniam, J., Morris, M. J. Short-term exposure to a diet high in fat and sugar, or liquid sugar, selectively impairs hippocampal-dependent memory, with differential impacts on inflammation. Behavioral Brain Research. 306, 1-7 (2016).
- Darling, J. N., Ross, A. P., Bartness, T. J., Parent, M. B. Predicting the effects of a high-energy diet on fatty liver and hippocampal-dependent memory in male rats. Obesity (Silver Spring). 21 (5), 910-917 (2013).
- Gomez-Smith, M., et al. Reduced Cerebrovascular Reactivity and Increased Resting Cerebral Perfusion in Rats Exposed to a Cafeteria Diet. Neuroscienze. 371, 166-177 (2018).
- Martire, S. I., Holmes, N., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Altered feeding patterns in rats exposed to a palatable cafeteria diet: increased snacking and its implications for development of obesity. PLoS One. 8 (4), 60407 (2013).
- Del Bas, J. M., et al. Alterations in gut microbiota associated with a cafeteria diet and the physiological consequences in the host. International Journal of Obesity (London). 42 (4), 746-754 (2018).
- Ferreira, A., Castro, J. P., Andrade, J. P., Dulce Madeira, M., Cardoso, A. Cafeteria-diet effects on cognitive functions, anxiety, fear response and neurogenesis in the juvenile rat. Neurobiology of Learning and Memory. 155, 197-207 (2018).
- Ribeiro, A., Batista, T. H., Veronesi, V. B., Giusti-Paiva, A., Vilela, F. C. Cafeteria diet during the gestation period programs developmental and behavioral courses in the offspring. International Journal of Developmental Neuroscience. 68, 45-52 (2018).
- Leffa, D. D., et al. Effects of Acerola (Malpighia emarginata DC.) Juice Intake on Brain Energy Metabolism of Mice Fed a Cafeteria Diet. Molecular Neurobiology. 54 (2), 954-963 (2017).
- Mn, M., Smvk, P., Battula, K. K., Nv, G., Kalashikam, R. R. Differential response of rat strains to obesogenic diets underlines the importance of genetic makeup of an individual towards obesity. Scientific Reports. 7 (1), 9162 (2017).
- Schemmel, R., Mickelsen, O., Gill, J. L. Dietary obesity in rats: Body weight and body fat accretion in seven strains of rats. The Journal of Nutrition. 100 (9), 1041-1048 (1970).
- Montgomery, M. K., et al. Mouse strain-dependent variation in obesity and glucose homeostasis in response to high-fat feeding. Diabetologia. 56 (5), 1129-1139 (2013).
- Krzizek, E. C., et al. Prevalence of Micronutrient Deficiency in Patients with Morbid Obesity Before Bariatric Surgery. Obesity Surgery. 28 (3), 643-648 (2018).
