Een experimenteel Model van dieet-geïnduceerde metabool syndroom in konijn: methodologische overwegingen, ontwikkeling en beoordeling
Summary
Methoden voor het ontwikkelen van een experimenteel model van dieet-geïnduceerde metabool syndroom (MetS) beschrijven we bij konijnen met behulp van een high-fat, hoog-sacharose dieet. Dieren ontwikkeld centrale obesitas, milde hypertensie, pre diabetes en dyslipidemia, dus het reproduceren van de belangrijkste componenten van menselijke MetS. Deze chronische model zal het toestaan van overname van de onderliggende mechanismen van de kennis van progressie van de ziekte.
Abstract
Obesitas en het metabool syndroom (MetS) zijn in de afgelopen jaren een groeiend probleem voor de volksgezondheid en de klinische praktijk, gezien hun verhoogde prevalentie als gevolg van de opkomst van sedentaire levensstijl en ongezonde eetgewoonten geworden. Dankzij diermodellen, fundamenteel onderzoek kan het onderzoeken van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de pathologische processen zoals MetS. Hier beschrijven we de gebruikte methoden voor het ontwikkelen van een model van de experimentele konijn dieet-geïnduceerde MetS en haar beoordeling. Na een periode van acclimatisering, zijn dieren een hoog-vet (10% gehydrogeneerde kokosolie en 5% reuzel), hoge-sacharose (15% sacharose in water opgeloste) dieet voor 28 weken gevoed. In deze periode verschillende experimentele procedures werden uitgevoerd om te evalueren van de verschillende onderdelen van MetS: morfologische en bloeddrukmetingen, glucose tolerantie vastberadenheid, en de analyse van verschillende plasma markers. Aan het einde van de proefperiode, dieren ontwikkeld centrale obesitas, milde hypertensie, pre diabetes en dyslipidemia met laag HDL, hoge LDL, en een toename van de triglyceriden (TG) niveaus, dus de belangrijkste componenten van menselijke MetS te reproduceren. Dankzij dit chronische model kan nieuwe perspectieven voor het begrip van de onderliggende mechanismen in de progressie van de ziekte, het detecteren van preklinische en klinische merkers, waarmee de identificatie van patiënten in gevaar, of zelfs het testen van nieuwe therapeutische benaderingen voor de behandeling van deze complexe pathologie.
Introduction
Overgewicht en metabool syndroom (MetS) zijn een groeiend probleem voor de volksgezondheid en de klinische praktijk, gezien hun verhoogde prevalentie als gevolg van de opkomst van sedentaire levensstijl en ongezond eten gewoonten1geworden. Er zijn verschillende definities van MetS, maar de meeste van hen beschrijven als een cluster van cardiovasculaire en metabole veranderingen zoals abdominale obesitas, verlaagde HDL en verhoogde LDL cholesterol, verhoogde triglyceriden, glucose-intolerantie en hypertensie2 ,3,4. Diagnose vereist dat drie van deze vijf criteria aanwezig zijn.
Als gevolg van diermodellen, is fundamenteel onderzoek geslaagd te onderzoeken van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de pathologische processen zoals MetS. Verschillende diermodellen zijn gebruikt, maar het is van cruciaal belang dat het model van keuze de belangrijkste Klinische manifestaties van de menselijke pathologie (Figuur 1 reproduceert). Met dit doel, hebben diermodellen beschouwd als vergelijkbaar met mensen, voornamelijk honden en varkens, ontwikkeld (Zie Verkest5 en Zhang & Lerman6 voor beoordeling). Echter, canine modellen vertonen geen alle componenten van MetS, gezien het feit dat de ontwikkeling van arteriosclerose of hyperglykemie in honden door middel van het dieet twijfelachtig5 is. Varkens modellen presenteren de meest anatomische en fysiologische gelijkenis met de mens, en bieden dus belangrijke voorspellende kracht voor het ophelderen van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de MetS, maar het onderhoud en de complexiteit van de experimentele procedures gebruik maken van dit model zeer arbeid-intensieve en dure6.
Aan de andere kant, knaagdier modellen (muis en rat), dieet-geïnduceerde spontane en transgene, zijn uitgebreid gebruikt in de literatuur voor de studie van obesitas, hypertensie, en MetS en de pathologische gevolgen daarvan in verschillende organen en systemen (Zie Wong et al. 7 voor beoordeling). Hoewel het gebruik van deze modellen meer betaalbaar dan canine of varkens, hebben ze belangrijke nadelen. Inderdaad, afhankelijk van de spanning, dieren ontwikkelen sommige onderdelen van MetS, terwijl anderen zoals hypertensie, hyperglycemie en hyperinsulinemia afwezige7 zijn. Bovendien, een van de belangrijkste onderdelen van MetS, obesitas, in sommige genetisch gemodificeerde stammen, alleen hangt niet factoren die samenhangen met het dieet, eerder is gebleken dat sommige dieren zwaarlijvige met normale of zelfs minder voedsel inname8geworden. Ten slotte, muizen en ratten een natuurlijke tekort vertonen cholesteryl ester transfer proteïne (CETP) en gebruik van HDL als het belangrijkste vervoermiddel cholesterol, waardoor ze relatief resistent zijn tegen de ontwikkeling van atherosclerose. Dit is een belangrijk verschil in lipide metabolisme met de mens, die express CETP en hun cholesterol voornamelijk in LDL9vervoer.
Omgekeerd, het laboratorium konijn vertegenwoordigt een tussenstadium tussen de grotere dier en knaagdier experimentele modellen. Dus, het konijn kan gemakkelijk worden ingediend bij verschillende soorten protocollen met minimale eisen voor personeel en onderhoud, behandeld gemakkelijker in experimentele procedures dan grotere diermodellen. Bovendien, het is gemeld dat konijnen gevoed met een vetrijke dieet soortgelijke hemodynamische en neurohumorale veranderingen als zwaarlijvige mensen8,10,11 hebben. Van de nota, met betrekking tot de lipide metabolisme, het konijn heeft overvloedige CETP in plasma en hun profiel lipoproteïne LDL-rijke12, die is ook vergelijkbaar met mensen. Ook ontwikkelen konijnen hyperlipidemie vrij snel gezien het feit dat als herbivoren, ze zeer gevoelig voor dieet vet13 zijn.
Figuur 1: vergelijking van MetS diermodellen. Zie Verkest5, Zhang en Lerman6en Wong et al. 7 voor herziening. “
” geeft een voordeel en “
” geeft een nadeel. *omstreden, hangt af van de studie, *zoals die door Carroll et al. 8, sommige genetisch gemodificeerde stammen worden zwaarlijvig is onafhankelijk van de voedselinname. CEPT: cholesteryl ester transfer proteïne. GTT: glucose tolerantie test. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Om het verhelderen van de fundamentele mechanismen die ten grondslag liggen aan de pathologische remodelleren geproduceerd door MetS in de verschillende organen en systemen en inzicht van deze complexe pathologie, de keuze van een experimenteel model dat de belangrijkste onderdelen van reproduceert menselijke MetS is essentieel. Het konijn kan bieden veel voordelen gegeven zijn gelijkenis met menselijke fysiologie en de betaalbaarheid van gebruik in chronische protocollen en metingen. In deze lijn, paar dieet-geïnduceerde konijn modellen met behulp van high-fat en hoge-sacharose dieet geweest gebruikt14,15,16,17,18,19 (tabel 1), en een karakterisering van de verschillende onderdelen van MetS is van groot belang wanneer een fenotype met orgel remodelleren inzake. De belangrijkste doelstelling van dit artikel is dus te beschrijven van de methoden voor de ontwikkeling van een model van dieet-geïnduceerde MetS bij konijnen, waarmee het onderzoek naar de pathofysiologie en de impact in het remodelleren van het orgel.
| Studie | Dieet | Duur | RAS | MetS onderdelen | |||
| Ob | HT | HG | DL | ||||
| Yin et al. (2002)14 | · 10% vet | 24 weken | · Mannelijke NZW | |
– | |
|
| · 37 gewichtspercenten sacharose | · 2 kg | ||||||
| Zhao et al. (2007)15 | · 10% vet | 36 weken | · Mannelijke JW | |
|
|
|
| · 30 gewichtspercenten sacharose | · 16 weken | ||||||
| Helfestein et al. (2011)16 | · 10% vet | 24 weken | · Mannelijke NZW | |
– | |
|
| · 40% sucrose | · 12 weken | ||||||
| · 0,5-0,1 cholesterol | |||||||
| Ning et al. (2015)17 | · 10% vet | 8-16 weken | · Mannelijke WHHL | |
– | |
|
| · 30% fructose * | · 12 weken | ||||||
| Liu et al. (2016)18 | · 10% vet | 48 weken | · Mannelijke NZW | |
– | |
|
| · 30 gewichtspercenten sacharose | · 12 weken | ||||||
| Arias-Mutis et al. (2017)19 | · 15% vet | 28 weken | · Mannelijke NZW | |
|
|
|
Tabel 1: dieet-geïnduceerde MetS konijn modellen met behulp van high-fat, hoog-sacharose dieet. Het symbool ““geeft afwezigheid,”” aanwezigheid, en “-” niet geëvalueerd. * beperkt. WHHL, Watanabe erfelijke hiperlipidemic konijnen. JW, Japanse witte konijnen. Ob, obesitas. HT, hypertensie. HG, hyperglycemie. DL, dyslipidemia.
Protocol
Representative Results
Discussion
De oprichting van een passende experimentele model kan bieden een meer consistente en betrouwbare methode om te studeren van de ontwikkeling van MetS, en het is ook noodzakelijk om te begrijpen van de fundamentele mechanismen die ten grondslag liggen aan de organen en systemen remodelleren. Hier beschrijven we de methoden gebruikt voor het ontwikkelen van een relevante experimentele model van dieet-geïnduceerde MetS en hoe om te beoordelen van de belangrijkste onderdelen van dit cluster van metabole en cardiovasculaire …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door de Generalitat Valenciana (GV2015-062), Instituto de Salud Carlos III-FEDER fondsen (CB16/11/0486-CIBERCV) aan FJC, Universitat de València (UV-INV-PRECOMP14-206372) aan MZ en Generalitat Valenciana (PROMETEOII/2014/037).
Materials
| Veterinary scale | SOEHNLE | 7858 | Scale https://www.soehnle-professional.com/en/productgroup/details/103/veterinary-scale |
| Shovel for aluminum feed | COPELE | 10308 | Shovel for aluminum feed http://copele.com/es/herramientas/48-pala-para-pienso-de-aluminio.html |
| Balance | PCE Ibérica | PCE-TB 15 | Balance http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/balanzas/balanza-compacta-pce-bdm.htm |
| Strainer (20 cm diam.) | ZWILLING | 39643-020-0 | Strainer https://es.zwilling-shop.com/Menaje-del-hogar/Menaje-de-cocina/Menaje-especial/Accesorios/Colador-20-cm-ZWILLING-39643-020-0.html |
| Bowl | ZWILLING | 40850-751-0 | Scale https://www.soehnle-professional.com/en/productgroup/details/103/veterinary-scale |
| Funnel | BT Ingenieros | not available | Funnel http://www.bt-ingenieros.com/fluidos-y-combustibles/961-juego-de-4-embudos-de-plastico.html?gclid=EAIaIQobChMIuInui_y-1QIVASjTCh28Zwf-EAQYBSABEgK7xPD_BwE |
| Introcan Certo 22G blue | B Braun | 4251318 | Peripheral intravenous catheter http://www.bbraun-vetcare.es/producto/introcan- |
| Propofol Lipuro 10 mg/ml vial 20 ml | B Braun | 3544761VET | General intravenous anesthetic http://www.bbraun-vetcare.es/producto/propofol-lipuro-1- |
| FisioVet serum solution 500ml | B Braun | 472779 | Scale https://www.soehnle-professional.com/en/productgroup/details/103/veterinary-scale |
| Askina Film Vet 1,25cm x 5m | B Braun | OCT13501 | Plastic Plaster http://www.bbraun-vetcare.es/producto/askina-film-vet |
| Askina Film Vet 2,50cm x 5m | B Braun | OCT13502 | Plastic Plaster http://www.bbraun-vetcare.es/producto/askina-film-vet |
| Injekt siringe 10ml luer | B Braun | 4606108V | Injection-aspiration syringe of two single-use bodies http://www.bbraun-vetcare.es/producto/injekt- |
| Seca 201 | seca | seca 201 | Ergonomic tape for measuring perimeters https://www.seca.com/es_es/productos/todos-los-productos/detalles-del-producto/seca201.html#referred |
| Sterican 21Gx1" – 0,8x25mm verde | B Braun | 4657543 | Single Use Hypodermic Needle http://www.bbraun-vetcare.es/producto/agujas-hipodermicas-sterican- |
| CONTOURNEXT-Meter | BAYER | 84413470 | Blood glucose analysis system http://www.contournextstore.com/en/contour-next-meter-2 |
| CONTOUR NEXT test strips | BAYER | 83624788 | Blood glucose test strips http://www.contournextstore.com/en/contour-next-test-strips-100-ct-package |
| MICROLET NEXT LANCING DEVICE | BAYER | 6702 | Lancing device http://www.contournextstore.com/en/new-microlet-next-lancing-device |
| MICROLET 2 Colored Lancets | BAYER | 81264857 | Ultra-thin sterile lancet for capillary puncture http://www.contournextstore.com/en/microlet2-colored-lancets-100s |
| Injekt 20ml luer siringe | B Braun | 4606205V | Scale https://www.soehnle-professional.com/en/productgroup/details/103/veterinary-scale |
| Askina Mullkompressen 7,5×7,5cm – sterile | B Braun | 9031219N | Sterile gauze packets in envelopes http://www.bbraun-vetcare.es/producto/askina-mullkompressen-esteril |
| Emla lidocaine/prilocaine | AstraZeneca | not available | Local anesthetics https://www.astrazeneca.es/areas-terapeuticas/neurociencias.html |
| Introcan Certo 18G short | B Braun | 4251342 | Peripheral intravenous catheter http://www.bbraun-vetcare.es/producto/introcan- |
| Introcan Certo 20G | B Braun | 4251326 | Peripheral intravenous catheter http://www.bbraun-vetcare.es/producto/introcan- |
| Blood Pressure Transducers-MA1 72-4497 | Harvard Apparatus | 724497 | Transducer for monitoring blood pressure http://www.harvardapparatus.com/physiology/physiological-measurements/transducers/pressure-transducers/research-grade-pressure-transducers.html |
| PowerLab 2/26 | AD Instruments | ML826 | Amplifier https://www.adinstruments.com/products/powerlab |
| LabChart ver. 6 | AD Instruments | not available | Acquisition software https://www.adinstruments.com/products/labchart |
| Animal Bio Amp | AD Instruments | FE136 | Amplifier https://www.adinstruments.com/products/bio-amps#product-FE136 |
| K2EDTA 7.2mg | BD | 367861 | Blood collection tubes http://catalog.bd.com/nexus-ecat/getProductDetail?productId=367861 |
| Centrifuge | SciQuip | 2-16KL | Centrifuge http://www.sigma-centrifuges.co.uk/store/products/refrigerated-sigma-2-16k-centrifuge/ |
| Eppendorf Reference 2, 100 – 1000 μL | Eppendorf | 4920000083 | Pipette https://online-shop.eppendorf.es/ES-es/Pipeteo-44563/Pipetas-44564/Eppendorf-Reference2-PF-42806.html |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes, 0.5 mL | Eppendorf | 30121023 | Tubes https://online-shop.eppendorf.es/ES-es/Puntas-tubos-y-placas-44512/Tubos-44515/Eppendorf-Safe-Lock-Tubes-PF-8863.html |
| NZW rabbits (16-18 weeks old) | Granja San Bernardo | not available | New Zealand White rabbits http://www.granjasanbernardo.com/en/welcome/ |
| Sucrose | Sigma | S0389-5KG | Sucrose for drinking solution http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s0389?lang=es®ion=ES |
| Rabbit maintenance control diet | Ssniff | V2333-000 | Control diet http://www.ssniff.com/ |
| Rabbit high-fat diet | Ssniff | S9052-E020 | High-fat diet http://www.ssniff.com/ |
| Rabbit rack and drinker | Sodispan | not available | Rack for rabbits https://www.sodispan.com/jaulas-y-racks/racks-conejo-y-cobaya/ |
| Rabbit restrainer | Zoonlab | 3045601 | http://www.zoonlab.de/en/index.html |
References
- Cornier, M. A., Dabelea, D., Hernandez, T. L., Lindstrom, R. C., Steig, A. J., Stob, N. R., et al. The metabolic syndrome. Endocr rev. 29 (7), 777-822 (2008).
- . IDF Consensus Worldwide Definition of the Metabolic Syndrome Available from: https://www.idf.org/e-library/consensus-statements.html (2006)
- Alberti, K. G., Eckel, R. H., Grundy, S. M., Zimmet, P. Z., Cleeman, J. I., Donato, K. A., et al. Harmonizing the metabolic syndrome: a joint interim statement of the International Diabetes Federation Task Force on Epidemiology and Prevention; National Heart, Lung, and Blood Institute; American Heart Association; World Heart Federation; International Atherosclerosis Society; and International Association for the Study of Obesity. Circulation. 120 (16), 1640-1645 (2009).
- Grundy, S. M. Pre-diabetes, metabolic syndrome, and cardiovascular risk. JACC. 59 (7), 635-643 (2012).
- Verkest, K. R. Is the metabolic syndrome a useful clinical concept in dogs? A review of the evidence. Vet J. 199 (1), 24-30 (2014).
- Zhang, X., Lerman, L. O. Investigating the Metabolic Syndrome: Contributions of Swine Models. Toxicol Pathol. 44 (3), 358-366 (2016).
- Wong, S. K., Chin, K. Y., Suhaimi, F. H., Fairus, A., Ima-Nirwana, S. Animal models of metabolic syndrome: a review. Nutr Metab (Lond). 13, 65 (2016).
- Carroll, J. F., Dwyer, T. M., Grady, A. W., Reinhart, G. A., Montani, J. P., Cockrell, K., et al. Hypertension, cardiac hypertrophy, and neurohumoral activity in a new animal model of obesity. Am J Physiol. 271 (1 Pt 2), H373-H378 (1996).
- Grooth, G. J., Klerkx, A. H., Stroes, E. S., Stalenhoef, A. F., Kastelein, J. J., Kuivenhoven, J. A. A review of CETP and its relation to atherosclerosis. J Lipid Res. 45 (11), 1967-1974 (2004).
- Zarzoso, M., Mironov, S., Guerrero-Serna, G., Willis, B. C., Pandit, S. V. Ventricular remodelling in rabbits with sustained high-fat diet. Acta Physiol (Oxf). 211 (1), 36-47 (2014).
- Filippi, S., Vignozzi, L., Morelli, A., Chavalmane, A. K., Sarchielli, E., Fibbi, B., Saad, F., Sandner, P., Ruggiano, P., Vannelli, G. B., Mannucci, E., Maggi, M. Testosterone partially ameliorates metabolic profile and erectile responsiveness to PDE5 inhibitors in an animal model of male metabolic syndrome. J Sex Med. 6 (12), 3274-3288 (2009).
- Waqar, A. B., Koike, T., Yu, Y., Inoue, T., Aoki, T., Liu, E., et al. High-fat diet without excess calories induces metabolic disorders and enhances atherosclerosis in rabbits. Atherosclerosis. 213 (1), 148-155 (2010).
- Fan, J., Watanabe, T. Cholesterol-fed and transgenic rabbit models for the study of atherosclerosis. J Atheroscler Thromb. 7 (1), 26-32 (2000).
- Yin, W., Yuan, Z., Wang, Z., Yang, B., Yang, Y. A diet high in saturated fat and sucrose alters glucoregulation and induces aortic fatty streaks in New Zealand White rabbits. Int J Exp Diabetes Res. 3 (3), 179-184 (2002).
- Zhao, S., Chu, Y., Zhang, C., Lin, Y., Xu, K., Yang, P., et al. Diet-induced central obesity and insulin resistance in rabbits. J Anim Physiol Anim Nutr (Berl). 92 (1), 105-111 (2008).
- Helfenstein, T., Fonseca, F. A., Ihara, S. S., Bottos, J. M., Moreira, F. T., Pott, H., et al. Impaired glucose tolerance plus hyperlipidaemia induced by diet promotes retina microaneurysms in New Zealand rabbits. Int J Exp Pathol. 92 (1), 40-49 (2011).
- Ning, B., Wang, X., Yu, Y., Waqar, A. B., Yu, Q., Koike, T., et al. High-fructose and high-fat diet-induced insulin resistance enhances atherosclerosis in Watanabe heritable hyperlipidemic rabbits. Nutr Metab (Lond). 12, 30 (2015).
- Liu, Y., Li, B., Li, M., Yu, Y., Wang, Z., Chen, S. Improvement of cardiac dysfunction by bilateral surgical renal denervation in animals with diabetes induced by high fructose and high fat diet. Diabetes Res Clin Pract. 115, 140-149 (2016).
- Arias-Mutis, O. J., Marrachelli, V. G., Ruiz-Saurí, A., Alberola, A., Morales, J. M., Such-Miquel, L., Monleon, D., Chorro, F. J., Such, L., Zarzoso, M. Development and characterization of an experimental model of diet-induced metabolic syndrome in rabbit. PLoS One. 12 (5), e0178315 (2017).
- Nelson, R. W., Himsel, C. A., Feldman, E. C., Bottoms, G. D. Glucose tolerance and insulin response in normal-weight and obese cats. Am J Vet Res. 51 (9), 1357-1362 (1990).
- Staup, M., Aoyagi, G., Bayless, T., Wang, Y., Chng, K. Characterization of Metabolic Status in Nonhuman Primates with the Intravenous Glucose Tolerance Test. J Vis Exp. (117), e52895 (2016).
- Hall, J. E., do Carmo, J. M., da Silva, A. A., Wang, Z., Hall, M. E. Obesity-induced hypertension: interaction of neurohumoral and renal mechanisms. Circ Res. 116 (6), 991-1006 (2015).
- Linz, D., Hohl, M., Mahfoud, F., Reil, J. C., Linz, W., Hübschle, T., Juretschke, H. P., Neumann-Häflin, C., Rütten, H., Böhm, M. Cardiac remodeling and myocardial dysfunction in obese spontaneously hypertensive rats. J Transl Med. 10 (10), 187 (2012).
- Sasser, T. A., Chapman, S. E., Li, S., Hudson, C., Orton, S. P., Diener, J. M., Gammon, S. T., Correcher, C., Leevy, W. M. Segmentation and measurement of fat volumes in murine obesity models using X-ray computed tomography. J Vis Exp. (62), e3680 (2012).
- Kawai, T., Ito, T., Ohwada, K., Mera, Y., Matsushita, M., Tomoike, H. Hereditary postprandial hypertriglyceridemic rabbit exhibits insulin resistance and central obesity: a novel model of metabolic syndrome. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 26 (12), 2752-2757 (2006).
- Shiomi, M., Kobayashi, T., Kuniyoshi, N., Yamada, S., Ito, T. Myocardial infarction-prone Watanabe heritable hyperlipidemic rabbits with mesenteric fat accumulation are a novel animal model for metabolic syndrome. Pathobiology. 79 (6), 329-338 (2012).
- Hildrum, B., Mykletun, A., Hole, T., Midthjell, K., Dahl, A. A. Age-specific prevalence of the metabolic syndrome defined by the International Diabetes Federation and the National Cholesterol Education Program: The Norwegian HUNT 2 study. BMC Public Health. 7, 220 (2007).
