הערכה של ההשפעות המטבולית של Isocaloric 2:1 לסירוגין צום בעכברים
Summary
המאמר הנוכחי מתאר פרוטוקול מפורט עבור isocaloric 2:1 הצום לסירוגין להגן ולטפל נגד השמנת יתר ומטבוליזם הגלוקוז לקוי בסוג פראי ו ob/ob עכברים.
Abstract
צום לסירוגין (IF), התערבות תזונתיים מעורבים הגבלת אנרגיה תקופתית, נחשב לספק יתרונות רבים ולנטרל חריגות מטבולית. עד כה, סוגים שונים של מודלים IF עם משכים שונים של תקופות צום והאכלה תועדו. עם זאת, פענוח התוצאות הוא מאתגר, כפי שרבים מדגמים אלה כוללים תרומות רב עצרת מתוך אסטרטגיות הגבלת זמן וקלוריות. לדוגמה, מודל הצום החלופי של היום, המשמש לעתים קרובות כמשטר IF מכרסם, יכול לגרום האכלה, מציע כי היתרונות הבריאותיים מהתערבות זו צפויים לתווך דרך שתי הגבלת הקלוריות ומחזורי האכלה מחדש הצום. לאחרונה, זה כבר הראה בהצלחה כי 2:1 IF, המורכב 1 יום של צום ואחריו 2 ימים של האכלה, יכול לספק הגנה מפני השמנת יתר דיאטה ושיפורים מטבוליים ללא הפחתה של צריכת הקלוריות הכוללת. מוצג כאן הוא פרוטוקול של isocaloric 2:1 אם התערבות בעכברים. המתואר גם הוא פרוטוקול של האכלה זוגית (PF) הנדרש כדי לבדוק מודל העכבר עם התנהגויות אכילה שונה, כגון hyperphagia. באמצעות 2:1 IF משטר, זה הוכיח כי isocaloric אם מובילה לעלייה במשקל הגוף מופחת, שיפור הומאוסטזיס גלוקוז, והוצאות אנרגיה מוגבר. לפיכך, משטר זה עשוי להיות שימושי כדי לחקור את ההשפעות הבריאותיות של IF בתנאי מחלה שונים.
Introduction
אורח החיים המודרני קשור לזמן צריכת מזון יומיומי ארוך יותר ותקופות צום קצר יותר1. זה תורם מגיפת ההשמנה הגלובלית הנוכחית, עם חסרונות מטבולית לראות בני אדם. צום התאמן במהלך ההיסטוריה האנושית, ואת היתרונות הבריאותיים המגוונים שלה כוללים תוחלת חיים ממושכת, נזק חמצוני מופחת, ו אופטימיזציה הומאוסטזיס אנרגיה2,3. בין מספר דרכים לתרגל צום, מניעת אנרגיה תקופתית, כינה צום לסירוגין (IF), היא שיטה תזונתיים פופולרית הנהוגה באופן נרחב על ידי האוכלוסייה הכללית בשל משטר קל ופשוט שלה. מחקרים שנעשו לאחרונה במודלים פרה-קליניים וקליניים הוכיחו כי אם ניתן לספק יתרונות בריאותיים הדומים להגבלה ממושכת של צום וקלוריק, מציע שאם יכולה להיות אסטרטגיה טיפולית פוטנציאלית להשמנת יתר ומחלות מטבוליות2,3,4,5.
אם משטרי משתנה במונחים של משך צום ותדירות. יום חלופי צום (כלומר, 1 יום האכלה/1 יום צום; 1:1 IF) כבר בשימוש הנפוץ ביותר אם משטר מכרסמים לחקור את ההשפעות הבריאותיות המועילה שלה על השמנת יתר, מחלות לב וכלי דם, מחלות ניווניות, וכו ‘2,3. עם זאת, כפי שמוצג במחקרים קודמים6,7, ועוד מכונאי אישר בניתוח צריכת האנרגיה שלנו8, 1:1 אם תוצאות האכלה (~ 80%) בשל חוסר זמן האכלה מספיק כדי לפצות על אובדן אנרגיה. זה הופך את זה לא ברור אם היתרונות הבריאותיים שהוענקו על ידי 1:1 אם הם מתווכת על ידי הגבלת קלוריות או שינוי של דפוסי אכילה. לכן, משטר IF חדש פותחה ומוצגת כאן, הכוללת של 2 יום האכלה/1 יום צום (2:1 IF) דפוס, אשר מספק עכברים עם זמן מספיק כדי לפצות על צריכת המזון (~ 99%) ומשקל הגוף. עכברים אלה מושווים לקבוצת ad libitum (אל). משטר זה מאפשר בדיקת ההשפעות של isocaloric אם בהעדר הפחתת קלוריות בעכברים מסוג פראי.
לעומת זאת, במודל העכבר שמוצגים התנהגות האכלה, האכלה אל לא יכול להיות מצב שליטה מתאים כדי להשוות ולבחון את ההשפעות של 2:1 IF. לדוגמה, מאז ob/ob עכברים (מודל גנטי נפוץ עבור השמנת יתר) התערוכה hyperphagia בשל חוסר לפטין הוויסות התיאבון והשובע, אלה עם 2:1 IF מוצג ~ 20% צריכת הקלוריות מופחתת בהשוואה ob/ob עכברים עם האכלה אל. כך, כדי לבחון ולהשוות את ההשפעות של IF ב ob/ob עכברים, קבוצה האכלה זוג כפקד מתאים צריך להיות מועסק.
בסך הכל, פרוטוקול מקיף מסופק לבצע isocaloric 2:1 IF, כולל שימוש בבקרת האכלה זוג. זה הוכיח עוד כי isocaloric 2:1 אם מגן על עכברים מפני השמנה גבוהה תזונה שומן המושרה ו/או תפקוד מטבולית בשני פראי סוג ו ob/ob עכברים. פרוטוקול זה יכול לשמש כדי לבחון את ההשפעות הבריאותיות המומלצות של 2:1 אם בתנאים פתולוגיים שונים, כולל הפרעות נוירולוגיות, מחלות לב וכלי דם וסרטן.
Protocol
Representative Results
Discussion
זה היה מתועד היטב כי אם מספק השפעות בריאותיות מועילות על מחלות שונות בבני אדם ובעלי חיים8,15,16,17,18,19. המנגנונים הבסיסיים שלה, כגון המעי האוטומטי ומיקרובידום המעיים, הובהר לאחרונה. הפר…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
K.-H. K היה נתמך על ידי הקרן לב ושבץ של קנדה גרנט בסיוע (G-18-0022213), J. P. קרן ביקל ו אוניברסיטת אוטווה מכון הלב הקרן למעלה; ח.-K.S. היה נתמך על ידי מענקים מן המכונים הקנדיים לחקר הבריאות (PJT-162083), ראובן והלן דניס המלומד ופרס החוקר החדש הפיננסי של יום ראשון לחקר הסוכרת של בנטינג & מרכז הסוכרת הטוב ביותר (BBDC) ומדעי הטבע והמועצה למחקר הנדסי (NSERC) של קנדה (RGPIN-2016-06610). R.Y.K. היתה נתמכת על ידי מחבר מאוניברסיטת אוטווה הקרן למחקר קרדיולוגיה. J.H.L. היה נתמך על ידי מלגת הדוקטורט NSERC ומלגת בוגרת אונטריו. בן היה נתמך על ידי UOHI בוגר פרס והמלכה אליזבת השנייה בוגרת מלגה במדע וטכנולוגיה.
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).
