Välsmakande västerländsk cafeteria diet som en tillförlitlig metod för modellering diet-inducerad fetma hos gnagare

Summary

Detta protokoll beskriver användningen av en mycket välsmakande, västerländsk cafeteria diet för att modellera överätande och fetma hos gnagare. Här ger vi en detaljerad översikt över Val av mat, beredning och mätning och förklarar metodologiska faktorer som hjälper till att generera en robust och reproducerbar fenotyp.

Abstract

Fetma ökar snabbt i incidens i utvecklade och utvecklingsländer och är känd för att inducera eller förvärra många sjukdomar. Hälso bördan av fetma och dess comorbida villkor belysa behovet av bättre förståelse för dess patogenes, men etiska begränsningar begränsa studier på människor. För detta ändamål är externt giltiga modeller av fetma hos försöksdjur avgörande för förståelsen av övervikt och fetma. Medan många arter har använts för att modellera utbudet av förändringar som åtföljer fetma hos människor, gnagare är vanligast. Vårt laboratorium har utvecklat en västerländsk cafeteria diet som konsekvent leder till betydande viktökning och markörer för metabolisk sjukdom hos gnagare. Kosten utsätter gnagare till en mängd mycket välsmakande livsmedel för att inducera hyperfagi, modellering den moderna västerländska mat miljön. Denna diet inducerar snabbt viktökning och kroppsfett ansamling hos råttor möjliggör studiet av effekterna av överätande och fetma. Medan cafeterian kosten inte kan ge samma kontroll över macronutrient och Mikronärande profil som renas hög fetthalt eller hög fetthalt, hög socker diet, kafeterian kosten vanligtvis inducerar en mer allvarlig metabolisk fenotyp än den som observerats med renad kostvanor och är mer i linje med metabola störningar som observerats i den överviktiga och feta befolkningsgruppen.

Introduction

Fetma och dess relaterade komorbiditeter gör ett enormt bidrag till den globala hälso bördan¹ och står för 7% av sjukdomsbördan i Australien². En ledande riskfaktor för fetma är konsumtion av ohälsosamma dieter som är höga i mättat fett och raffinerade kolhydrater, och låg i fiber och mikronäringsämnen³. Att identifiera mål för terapeutisk intervention för fetma kräver modeller som systematiskt kan bedöma effekter på multipla biokemiska och fysiologiska system. Vår förståelse av fetma har avancerat väsentligen genom arbete med hjälp av gnagare modeller, där beteendemässiga, metabola och molekylära effekter kan studeras över tid under kontrollerade betingelser där miljöfaktorer kan vara lätt Manipulerade.

Cafeterian diet (CAF) modell av diet-inducerad fetma består av att komplettera gnagare ‘ standard Chow diet med en mängd välsmakande livsmedel som är höga i antingen mättat fett, raffinerade kolhydrater, eller båda. Exempel på dessa livsmedel inkluderar kakor, söta kex och fettrik salta snacks (såsom bearbetat kött, ost och chips). Det främjar tillförlitligt hyperfagi och snabb viktökning hos gnagare. De viktigaste inslagen i modellen är tillhandahållandet av en mängd mycket välsmakande livsmedel, som syftar till att simulera den moderna livsmedels miljön. Tillgång till variation ökar födointag hos råttor över korttids-⁴ och i människor⁵ även när maten matchas för smaklighet och varierar endast i smak och lukt signaler^4,6. Emellertid, en studie visade att ge energi-och macronutrient-matchade renade dieter som varierade i smak och konsistens hade ingen effekt på långsiktig viktökning hos råttor⁷, tyder på att näringsämne sammansättning och distinkta post-orala effekter av olika livsmedel kan också bidra till överätande. Exponering för flera smaker och texturer övervinner sensorisk-specifik mättnadskänsla, som beskriver minskningen i lust att äta en nyligen ätit mat i förhållande till ett alternativ⁵. Över många kohorter i vårt laboratorium, vi har på samma sätt konstaterat att användningen av mycket välsmakande livsmedel ytterligare förstärker överätande.

Detta CAF diet har använts för över 40 år, sedan Sclafani⁸ rapporterade att honråttor utsätts för ett sortiment av “Supermarket Foods” (marshmallows, choklad, jordnötssmör, kakor, salami och ost bland dem) uppvisade accelererad viktökning förhållande till kontrollerna. Detta och andra tidiga studier noterade att CAF-stil Dieter verkade påskynda viktökning mer effektivt än ren hög fetthalt eller kolhydratrik kost ^8,9. Arbetet på 1980-talet karakteriserade macronutrient profiler¹⁰ och måltidsmönster¹¹ av råttor Fed CAF kost, och visade djupgående förändringar av fettmassa och insulinnivåer^9,10 och thermogenesis¹². Vår grupp har använt CAF diet för att modellera fetma i över två decennier^13,14 och under denna tid har vi använt flera varianter av kosten. Råttor presenteras med minst två söta och två salta mat objekt varje dag, förutom regelbunden Chow och vatten. Under de senaste åren har vi börjat komplettera solid CAF livsmedel med 10% sackaroslösning. Möjligheten att skräddarsy CAF diet till olika experimentella konstruktioner är en styrka av modellen.

CAF Dieter främja omedelbar hyperfagi (dvs., inom de första 24 h) och stadig vinster i kroppsvikt och fettmassa. Men en konsekvens av att maximera variation är att macronutrient och Mikronärande intag inte kontrolleras, en punkt en viss uppfattning som ett oöverstigligt fel¹⁵. Studier av diet-inducerad fetma oftare använda renad hög fetthalt (HF) eller kombinerade hög fetthalt, hög-socker (HFHS) dieter, som erbjuder exakt kontroll över näringsinnehåll och är mindre arbetsintensiva än CAF-modellen, som kräver daglig övervakning och noggrann planering och genomförande av tidtabellen. Den translationella relevansen av kommersiellt tillgängliga renade HF-Dieter är ett ämne för pågående debatt, eftersom deras fettsyraprofil och proportioner av fett och sackaros inte kan anpassa sig till mänskligt intag av kosten¹⁶. Medan CAF diet inte erbjuder samma grad av kontroll över näringsämnes sammansättning som renad kost, syftar det till att modellera den smaklighet och variation som kännetecknar matalternativ i de flesta moderna samhällen.

Protocol

Det protokoll som beskrivs här har optimerats för användning hos råttor. Medan vi har använt CAF diet framgångsrikt i möss17,18, mjuk mat slipning kan införa ytterligare fel att minska tillförlitligheten i födointag åtgärder19. Detta protokoll är godkänt av djuromsorg och etikkommittén vid University of New South Wales och uppfyller de australiska riktlinjerna för användning och skötsel av djur för vetenskapliga ändamå…

Representative Results

Som visas i figur 2A, CAF diet utfodring ger en 2,5-faldig ökning av energiintaget i förhållande till Chow kontroller, baserat på data från tre kohorter av manliga Sprague Dawley råttor, som är konsekvent över 6 veckor. Andra studier har bekräftat att denna omfattning av hyperfagi upprätthålls under 1021 och 1622 veckors experiment. Vikt kurvan (figur 2B) indikerar att C…

Discussion

Genom att utsätta råttor till en mängd mycket välsmakande livsmedel med hög fetthalt och socker, CAF diet Protocol beskrivs här ger en tillförlitlig och robust modell av den så kallade “västerländska diet” äts av många människor. Hyperfagi — bedöms som en signifikant ökning av energiintaget i förhållande till kontroller – observeras inom de första 24 h exponeringen, med statistiskt signifikanta skillnader i kroppsvikt sett inom några veckor. Således är CAF en effektiv modell av diet-inducerad fet…

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