उच्च वसा वाले आहार में Vivo ग्लूकोज चयापचय में का अध्ययन-खिलाया चूहों मौखिक ग्लूकोज सहिष्णुता परीक्षण (OGTT) और इंसुलिन सहिष्णुता परीक्षण (ITT) का उपयोग
Summary
वर्तमान लेख उत्पादन और उच्च वसा वाले आहार के चयापचय लक्षण वर्णन-आहार प्रेरित इंसुलिन प्रतिरोध और मोटापे का एक मॉडल के रूप में चूहों खिलाया । यह आगे विस्तृत प्रोटोकॉल मौखिक ग्लूकोज सहिष्णुता परीक्षण और इंसुलिन सहिष्णुता परीक्षण प्रदर्शन करने के लिए सुविधाएँ, vivo मेंग्लूकोज चयापचय के पूरे शरीर में परिवर्तन की निगरानी.
Abstract
मोटापा प्रकार के रोगजनन में सबसे महत्वपूर्ण एकल जोखिम कारक का प्रतिनिधित्व करता है 2 मधुमेह, एक रोग है जो इंसुलिन के लिए एक प्रतिरोध की विशेषता है-ग्लूकोज को बढ़ावा देने और प्रणालीगत ग्लूकोज चयापचय का एक घोर क्षतिपूर्ति. ग्लूकोज चयापचय की समझ में काफी प्रगति के बावजूद, स्वास्थ्य और रोग में अपने विनियमन के आणविक तंत्र के तहत रहने की जांच की, जबकि उपंयास को रोकने और मधुमेह के इलाज के लिए तत्काल जरूरत है । आहार व्युत्पन्न ग्लूकोज इंसुलिन के स्राव को उत्तेजित करता है, जो फेड-राज्य के दौरान सेलुलर anabolic प्रक्रियाओं के प्रमुख नियामक के रूप में कार्य करती है और इस तरह प्रणालीगत ऊर्जा की स्थिति को बनाए रखने के लिए रक्त शर्करा के स्तर को संतुलित रखता. जीर्ण पिलाए मेटा-सूजन से चलाता है, जो परिधीय इंसुलिन रिसेप्टर संबद्ध संकेतन में परिवर्तन की ओर जाता है और इस तरह इंसुलिन मध्यस्थता ग्लूकोज निपटान के लिए संवेदनशीलता को कम करता है. इन घटनाओं अंततः ऊंचा उपवास ग्लूकोज और इंसुलिन के स्तर के रूप में के रूप में अच्छी तरह से ग्लूकोज सहिष्णुता में कमी है, जो बारी में इंसुलिन प्रतिरोध के महत्वपूर्ण संकेतकों के रूप में सेवा परिणाम. यहां, हम पीढ़ी और उच्च वसा वाले आहार (HFD) के चयापचय लक्षण वर्णन के लिए एक प्रोटोकॉल उपस्थित-आहार के एक बार इस्तेमाल किया मॉडल के रूप में चूहों खिलाया इंसुलिन प्रतिरोध प्रेरित । हम विस्तार से मौखिक ग्लूकोज सहिष्णुता परीक्षण (OGTT) है, जो एक मौखिक रूप से प्रशासित ग्लूकोज लोड और समय के साथ इंसुलिन स्राव के परिधीय निपटान पर नज़र रखता है उदाहरण देकर स्पष्ट करना. साथ ही, हम इंसुलिन सहिष्णुता परीक्षण (ITT) के लिए एक प्रोटोकॉल पूरे शरीर इंसुलिन कार्रवाई की निगरानी करने के लिए प्रस्तुत करते हैं । साथ में, इन तरीकों और उनके बहाव अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से ग्लूकोज चयापचय में परिवर्तन का आकलन करने के लिए चूहों की सामान्य चयापचय phenotype की विशेषता के लिए शक्तिशाली उपकरण का प्रतिनिधित्व करते हैं । वे विशेष रूप से इंसुलिन प्रतिरोध के व्यापक अनुसंधान क्षेत्र में उपयोगी हो सकता है, मधुमेह और मोटापा रोगजनन की एक बेहतर समझ प्रदान करने के लिए और साथ ही चिकित्सकीय हस्तक्षेप के प्रभाव का परीक्षण करने के लिए.
Introduction
विकसित दुनिया में, मोटापा और मधुमेह शारीरिक निष्क्रियता के कारण महामारी आयामों तक पहुंच गया और प्रोसेस्ड फूड की अधिक खपत, प्रभाव जो तेजी से शहरीकरण, औद्योगीकरण के साथ-साथ वैश्वीकरण से प्रेरित हैं । हालांकि इंसुलिन प्रतिरोध पर अनुसंधान और यह सह-रुग्णता, जैसे hyperlipidemia और atherosclerosis, पिछले दशकों के दौरान शोहरत प्राप्त की है, जटिल जैविक तंत्र जो स्वास्थ्य और रोग में चयापचय को विनियमित करने के लिए पूरी तरह से रहते हैं समझ में आया और वहां अभी भी नए उपचार विधियों को रोकने और इन रोगों के इलाज के लिए एक तत्काल जरूरत है1।
इंसुलिन, और यह काउंटर विनियामक हार्मोन ग्लूकागन सेलुलर ऊर्जा की आपूर्ति और macronutrient संतुलन के प्रमुख नियामकों के रूप में सेवा, इस प्रकार भी उचित प्रणालीगत रक्त ग्लूकोज सांद्रता2बनाए रखने । ग्लूकोज ही अग्नाशय β-कोशिकाओं द्वारा इंसुलिन स्राव के मुख्य उत्तेजितताओं में से एक के रूप में कार्य करता है, जबकि अन्य macronutrients, विनोदी कारकों के साथ ही तंत्रिका इनपुट आगे इस प्रतिक्रिया को संशोधित. इंसुलिन फलस्वरूप मांसपेशियों और वसा कोशिकाओं में अतिरिक्त रक्त ग्लूकोज के प्रसार को सुविधाजनक बनाने और आगे glycogen के रूप में अच्छी तरह से प्रोटीन या फैटी एसिड संश्लेषण, क्रमशः सक्रिय द्वारा फेड राज्य के anabolic प्रक्रियाओं से चलाता है । इसके अतिरिक्त, इंसुलिन gluconeogenesis बाधा द्वारा यकृत ग्लूकोज उत्पादन को रोकता है । जीर्ण अतिरिक्त ऊर्जा की खपत और मेटा सूजन का नेतृत्व करने के लिए hyperinsulinemia और परिधीय इंसुलिन प्रतिरोध के कारण इंसुलिन रिसेप्टर अभिव्यक्ति के नीचे विनियमन के रूप में के रूप में अच्छी तरह से बहाव संकेत रास्ते में परिवर्तन, इस प्रकार बिगड़ा में जिसके परिणामस्वरूप इंसुलिन-मध्यस्थ ग्लूकोज निपटान के लिए संवेदनशीलता के साथ ही यकृत ग्लूकोज उत्पादन की अपर्याप्त निषेध3,4,5,6.
आनुवंशिक, पोषण, या रोग के प्रयोगात्मक प्रेरण के साथ पशु मॉडलों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए उत्कृष्ट उपकरण इंसुलिन प्रतिरोध और मधुमेह के विभिंन रूपों के आणविक तंत्र के अध्ययन के रूप में अच्छी तरह के रूप में इसके साथ बीमारियों 7 साबित हो गया है . एक प्रमुख उदाहरण के व्यापक रूप से इस्तेमाल किया और अच्छी तरह से स्थापित HFD प्रेरित माउस मॉडल है, जो तेजी से वजन कम चयापचय क्षमता के साथ संयोजन में वृद्धि हुई आहार के सेवन के कारण लाभ की विशेषता है, इंसुलिन प्रतिरोध में जिसके परिणामस्वरूप8, 9. दोनों पशु मॉडल और मनुष्यों में, उपवास रक्त ग्लूकोज और इंसुलिन के स्तर में एक उन्नयन, साथ ही ग्लूकोज प्रशासन के लिए एक बिगड़ा सहिष्णुता अक्सर इंसुलिन प्रतिरोध और ग्लूकोज के अन्य प्रणालीगत परिवर्तन के संकेतकों का उपयोग किया जाता है चयापचय. बेसल राज्य में रक्त ग्लूकोज और इंसुलिन के स्तर की निगरानी या उत्तेजना के बाद इसलिए आसानी से सुलभ readouts हैं.
वर्तमान प्रोटोकॉल HFD खिलाया चूहों की पीढ़ी के रूप में अच्छी तरह से दो बार इस्तेमाल किया तरीकों की रूपरेखा, मौखिक ग्लूकोज सहिष्णुता परीक्षण (OGTT) और इंसुलिन प्रतिरोध परीक्षण (ITT), जो चयापचय phenotype की विशेषता के लिए और जांच करने के लिए उपयोगी होते हैं ग्लूकोज चयापचय में परिवर्तन. हम विस्तार में OGTT का वर्णन है, जो समय के साथ एक मौखिक रूप से प्रशासित ग्लूकोज लोड और इंसुलिन स्राव के निपटान का आकलन. इसके अलावा, हम इंसुलिन की एक बोल्स के जवाब में रक्त ग्लूकोज एकाग्रता की निगरानी द्वारा पूरे शरीर इंसुलिन कार्रवाई की जांच करने के लिए ITT का संचालन करने के लिए कैसे पर निर्देश प्रदान करते हैं. इस आलेख में वर्णित प्रोटोकॉल अच्छी तरह से स्थापित है और कई अध्ययनों में उपयोग किया गया है10,11,12। मामूली संशोधनों जो सफलता बढ़ाने में मदद कर सकते है के अलावा, हम प्रयोगात्मक डिजाइन और डेटा विश्लेषण के लिए दिशानिर्देश प्रदान करते हैं, साथ ही उपयोगी संकेत संभावित नुकसान से बचने के लिए । यहां वर्णित प्रोटोकॉल बहुत शक्तिशाली उपकरण को आनुवंशिक, औषधीय, आहार के प्रभाव की जांच हो सकता है, और अंय पूरे शरीर पर ग्लूकोज चयापचय और इंसुलिन प्रतिरोध के रूप में इसके जुड़े विकारों पर पर्यावरणीय कारकों । ग्लूकोज या इंसुलिन के साथ उत्तेजना के अलावा, अन्य यौगिकों की एक किस्म के व्यक्तिगत अनुसंधान के उद्देश्य के आधार पर उत्तेजना के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इस पांडुलिपि के दायरे के बाहर हालांकि, कई अन्य बहाव अनुप्रयोगों ग्लूकोज और इंसुलिन के अलावा अन्य रक्त मूल्यों के विश्लेषण के रूप में तैयार रक्त के नमूनों, पर किया जा सकता है (उदा., लिपिड और लिपोप्रोटीन प्रोफाइल) के रूप में अच्छी तरह के रूप में विस्तृत चयापचय मार्कर का विश्लेषण (उदा, मात्रात्मक वास्तविक समय पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर), पश्चिमी दाग विश्लेषण, और एंजाइम से जुड़े Immunosorbent परख (एलिसा)) । इसके अलावा प्रवाह cytometry और प्रतिदीप्ति सक्रिय सेल छँटाई (FACS) अलग एकल कोशिका आबादी में प्रभाव की जांच करने के लिए लागू किया जा सकता है, जबकि transcriptomic, proteomic, और metabolomic दृष्टिकोण भी अनलक्षित विश्लेषण के लिए उपयोग किया जा सकता है.
कुल मिलाकर, हम एक सरल करने के लिए एक HFD प्रेरित माउस मॉडल उत्पंन प्रोटोकॉल प्रदान करते हैं, जबकि आगे दो शक्तिशाली दृष्टिकोण का वर्णन करने के लिए पूरे शरीर चयापचय परिवर्तन, OGTT और ITT, जो रोग रोगजनन अध्ययन के लिए उपयोगी उपकरण हो सकता है अध्ययन और नए उपचारों का विकास, विशेष रूप से चयापचय के क्षेत्र में, इंसुलिन प्रतिरोध और मधुमेह जैसे रोगों से जुड़े.
Protocol
Representative Results
Discussion
मधुमेह और दुनिया की आबादी में जुड़े रोगों के उच्च व्यापकता के साथ, वहाँ आणविक तंत्र को संबोधित अनुसंधान के लिए एक मजबूत आवश्यकता है, रोकथाम, और रोग के उपचार19. प्रस्तुत प्रोटोकॉल HFD चूहों, एक मजबू?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस शोध को शहर के विएना के मेयर और Österreichische Gesellschaft फर Laboratoriumsmedizin und Klinische Chemie के मेडिकल साइंटिफिक फंड ने सपोर्ट किया ।
Materials
| Mouse strain: C57BL/6J | The Jackson Laboratory | 664 | LFD/HFD |
| Accu Chek Performa – Glucometer | Roche | 6870228 | OGTT/ITT |
| Accu Chek Performa – Strips | Roche | 6454038 | OGTT/ITT |
| D-(+)-Glucose solution | Sigma-Aldrich | G8769 | OGTT |
| Actrapid – Insulin | Novo Nordisk | 417642 | ITT |
| Reusable Feeding Needles | Fine Science Tools | #18061-22 | OGTT; 22 gauge (-24 gauge for young mice) |
| Omnifix-Fine dosing syringes | Braun | 9161406V | OGTT/ITT |
| Sterican Insulin needle (30G x 1/3"; ø 0.30 x 13 mm) | Braun | 304000 | ITT; lean mice |
| Sterican (G 27 x 3/4"; ø 0.40 x 20 mm) | Braun | 4657705 | ITT; mice on HFD |
| 96 Well PCR Plates, non-skirted, flexible | Braintree Scientific, Inc. | SP0016 | OGTT |
| Ultrasensitive Mouse Insulin ELISA kit | Crystam Chem | 90080 | OGTT |
| Rodent Diet with 60% kcal% fat | Research Diets Inc | D12492 | mice on HFD |
| Rodent Diet with 10% kcal% fat. | Research Diets Inc | D12450B | mice on LFD |
| BRAND micro haematocrit capillary | Sigma-Aldrich | BR749321 | OGTT/ITT |
| Vaseline – creme | Riviera | P1768677 | OGTT/ITT |
References
- Qatanani, M., Lazar, M. A. Mechanisms of obesity-associated insulin resistance: many choices on the menu. Genes Dev. 21 (12), 1443-1455 (2007).
- Wilcox, G. Insulin and insulin resistance. Clin Biochem Rev. 26 (2), 19-39 (2005).
- Reaven, G. M. Pathophysiology of insulin resistance in human disease. Physiol Rev. 75 (3), 473-486 (1995).
- Kahn, B. B. Type 2 diabetes: when insulin secretion fails to compensate for insulin resistance. Cell. 92 (5), 593-596 (1998).
- Gregor, M. F., Hotamisligil, G. S. Inflammatory mechanisms in obesity. Annu Rev Immunol. 29, 415-445 (2011).
- Odegaard, J. I., Chawla, A. Pleiotropic actions of insulin resistance and inflammation in metabolic homeostasis. Science. 339 (6116), 172-177 (2013).
- Srinivasan, K., Ramarao, P. Animal models in type 2 diabetes research: an overview. Indian J Med Res. 125 (3), 451-472 (2007).
- Surwit, R. S., Kuhn, C. M., Cochrane, C., McCubbin, J. A., Feinglos, M. N. Diet-induced type II diabetes in C57BL/6J mice. Diabetes. 37 (9), 1163-1167 (1988).
- Winzell, M. S., Ahren, B. The high-fat diet-fed mouse: a model for studying mechanisms and treatment of impaired glucose tolerance and type 2 diabetes. Diabetes. 53, S215-S219 (2004).
- Ayala, J. E., et al. Standard operating procedures for describing and performing metabolic tests of glucose homeostasis in mice. Dis Model Mech. 3 (9-10), 525-534 (2010).
- Jais, A., et al. Heme oxygenase-1 drives metaflammation and insulin resistance in mouse and man. Cell. 158 (1), 25-40 (2014).
- Teperino, R., et al. Hedgehog partial agonism drives Warburg-like metabolism in muscle and brown fat. Cell. 151 (2), 414-426 (2012).
- Cresto, J. C., et al. Half life of injected 125I-insulin in control and ob/ob mice. Acta Physiol Lat Am. 27 (1), 7-15 (1977).
- First report of the BVA/FRAME/RSPCA/UFAW joint working group on refinement. Removal of blood from laboratory mammals and birds. Lab Anim. 27 (1), 1-22 (1993).
- McGuill, M., Rowan, A. Biological Effects of Blood Loss: Implications for Sampling Volumes and Techniques. ILAR. 31 (4), 5-18 (1989).
- Hoff, J. Methods of Blood Collection in the Mouse. Lab Animal. 29 (10), 47-53 (2000).
- Jacobson, L., Ansari, T., McGuinness, O. P. Counterregulatory deficits occur within 24 h of a single hypoglycemic episode in conscious, unrestrained, chronically cannulated mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 290 (4), E678-E684 (2006).
- Guariguata, L., et al. Global estimates of diabetes prevalence for 2013 and projections for 2035. Diabetes Res Clin Pract. 103 (2), 137-149 (2014).
- Freeman, H. C., Hugill, A., Dear, N. T., Ashcroft, F. M., Cox, R. D. Deletion of nicotinamide nucleotide transhydrogenase: a new quantitive trait locus accounting for glucose intolerance in C57BL/6J mice. Diabetes. 55 (7), 2153-2156 (2006).
- Pelleymounter, M. A., et al. Effects of the obese gene product on body weight regulation in ob/ob mice. Science. 269 (5223), 540-543 (1995).
- Chen, H., et al. Evidence that the diabetes gene encodes the leptin receptor: identification of a mutation in the leptin receptor gene in db/db mice. Cell. 84 (3), 491-495 (1996).
- Rossini, A. A., Like, A. A., Dulin, W. E., Cahill, G. F. Pancreatic beta cell toxicity by streptozotocin anomers. Diabetes. 26 (12), 1120-1124 (1977).
- Bailey, C. J., Flatt, P. R. Hormonal control of glucose homeostasis during development and ageing in mice. Metabolism. 31 (3), 238-246 (1982).
- Shi, H., et al. Sexually different actions of leptin in proopiomelanocortin neurons to regulate glucose homeostasis. Am J Physiol Endocrinol Metab. 294 (3), E630-E639 (2008).
- Collins, S., Martin, T. L., Surwit, R. S., Robidoux, J. Genetic vulnerability to diet-induced obesity in the C57BL/6J mouse: physiological and molecular characteristics. Physiol Behav. 81 (2), 243-248 (2004).
- Heijboer, A. C., et al. Sixteen hours of fasting differentially affects hepatic and muscle insulin sensitivity in mice. J Lipid Res. 46 (3), 582-588 (2005).
- Kohsaka, A., Bass, J. A sense of time: how molecular clocks organize metabolism. Trends Endocrinol Metab. 18 (1), 4-11 (2007).
- Drucker, D. J. Incretin action in the pancreas: potential promise, possible perils, and pathological pitfalls. Diabetes. 62 (10), 3316-3323 (2013).
- Andrikopoulos, S., Blair, A. R., Deluca, N., Fam, B. C., Proietto, J. Evaluating the glucose tolerance test in mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 295 (6), E1323-E1332 (2008).
- Ahren, B., Winzell, M. S., Pacini, G. The augmenting effect on insulin secretion by oral versus intravenous glucose is exaggerated by high-fat diet in mice. J Endocrinol. 197 (1), 181-187 (2008).
- Bowe, J. E., et al. Metabolic phenotyping guidelines: assessing glucose homeostasis in rodent models. J Endocrinol. 222 (3), G13-G25 (2014).
- Arioli, V., Rossi, E. Errors related to different techniques of intraperitoneal injection in mice. Appl Microbiol. 19 (4), 704-705 (1970).
- Miner, N. A., Koehler, J., Greenaway, L. Intraperitoneal injection of mice. Appl Microbiol. 17 (2), 250-251 (1969).
- Heikkinen, S., Argmann, C. A., Champy, M. F., Auwerx, J. Evaluation of glucose homeostasis. Curr Protoc Mol Biol. Chapter. , 23 (2007).
- Muniyappa, R., Lee, S., Chen, H., Quon, M. J. Current approaches for assessing insulin sensitivity and resistance in vivo: advantages, limitations, and appropriate usage. Am J Physiol Endocrinol Metab. 294 (1), E15-E26 (2008).
- 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. Am J Physiol Endocrinol Metab. 297 (4), E849-E855 (2009).
- Pacini, G., Omar, B., Ahren, B. Methods and models for metabolic assessment in mice. J Diabetes Res. 2013, 986906 (2013).
- Polonsky, K. S., Rubenstein, A. H. C-peptide as a measure of the secretion and hepatic extraction of insulin. Pitfalls and limitations. Diabetes. 33 (5), 486-494 (1984).
- Hughey, C. C., Wasserman, D. H., Lee-Young, R. S., Lantier, L. Approach to assessing determinants of glucose homeostasis in the conscious mouse. Mamm Genome. 25 (9-10), 522-538 (2014).
