En experimentell modell av kost-inducerad metabola syndromet i kanin: metodologiska överväganden, utveckling och bedömning
Summary
Vi beskriva metoder för att utveckla en experimentell modell av kost-inducerad metabola syndromet (MetS) hos kaniner med hjälp av en hög fetthalt, hög-sackaros diet. Djur framkallade central fetma, mild hypertoni, före diabetes och dyslipidemi, därmed återger de viktigaste komponenterna i mänskliga MetS. Denna kroniska modell gör att förvärvet av kunskap bakomliggande mekanismer för sjukdomsprogression.
Abstract
Under de senaste åren, har fetma och metabola syndromet (MetS) blivit ett växande problem för folkhälsa och klinisk praxis, med tanke på deras ökad prevalens på grund av ökningen av stillasittande livsstilar och ohälsosamma matvanor. Tack vare djurmodeller, kan grundläggande forskning undersöka mekanismerna bakom patologiska processer såsom MetS. Här beskriver vi de metoder som används för att utveckla en experimentell kanin modell av kost-inducerad MetS och dess bedömning. Efter en period av acklimatisering, skall djuren utfodras en hög fetthalt (10% hydrerade kokosolja och 5% ister), hög-sackaros (15% sackaros upplöst i vatten) diet under 28 veckor. Under denna period flera experimentella rutiner utfördes för att utvärdera de olika komponenterna i MetS: morfologiska och blodtrycksmätningar, glukos tolerans bestämning och analys av flera plasma markörer. I slutet av försöksperioden, djur utvecklat central fetma, mild hypertoni, före diabetes och dyslipidemi med lågt HDL och högt LDL ökning av triglycerider (TG), därmed återger de viktigaste komponenterna i mänskliga MetS. Denna kroniska modell tillåter nya perspektiv för att förstå de underliggande mekanismerna i förloppet av sjukdomen, detektion av prekliniska och kliniska markörer som tillåter identifiering av riskpatienter, eller ens den test av nya terapeutiska metoder för behandling av denna komplexa patologi.
Introduction
Fetma och metabola syndromet (MetS) har blivit ett växande problem för folkhälsa och klinisk praxis, med tanke på deras ökad prevalens på grund av ökningen av stillasittande livsstilar och ohälsosamma matvanor vanor1. Det finns flera definitioner av MetS, men de flesta av dem beskriver det som ett kluster av kardiovaskulära och metabola förändringar såsom bukfetma, minskat HDL och högt LDL-kolesterol, förhöjda triglycerider, glukosintolerans och hypertoni2 ,3,4. Diagnosen kräver att tre av dessa fem kriterier är närvarande.
På grund av djurmodeller har grundläggande forskning kunnat undersöka mekanismerna bakom patologiska processer såsom MetS. Flera djurmodeller har använts, men det är av avgörande betydelse att modellera av val reproducerar de viktigaste kliniska manifestationerna av den mänskliga patologin (figur 1). Med detta mål, har djurmodeller anses liknar människor, främst hund och svin, utvecklats (se Verkest5 och Zhang & Lerman6 för granskning). Hundarnas modeller visar dock inte alla komponenter i MetS, med tanke på att utvecklingen av åderförkalkning eller hyperglykemi hos hundar med hjälp av kosten är tvivelaktiga5. Svin modeller presentera den mest anatomiska och fysiologiska likheten med människor, och därmed erbjuda betydande prediktiva kraft för att klarlägga mekanismerna bakom MetS, men deras underhåll och komplexiteten i de experimentella rutiner gör användningen Denna modell mycket arbetskraft intensiv och kostsam6.
Å andra gnagare modeller (mus och råtta), kost-inducerad spontana och transgena, har flitigt använts i litteraturen för studier av fetma, hypertoni, och MetS och dess patologiska konsekvenser i olika organ och system (se Wong o.a. 7 för granskning). Även om användningen av dessa modeller är mer prisvärd än hund eller svin, har de viktiga nackdelar. Ja, beroende på stam, djur utveckla vissa komponenter i MetS, medan andra såsom hypertoni, hyperglykemi och Hyperandrogenism är frånvarande7. Dessutom en av de viktigaste komponenterna i MetS, fetma, i vissa genetiskt modifierade stammar, bara beror inte på faktorer som förknippas med kosten, det har snarare visat att vissa djur bli feta med normal eller ens reducerade mat intag8. Slutligen, möss och råttor visar en naturlig brist i cholesteryl ester transfer protein (CETP) och använda HDL som stora transportmedlet kolesterol, vilket gör dem relativt resistenta mot utveckling av åderförkalkning. Detta är en viktig skillnad i lipidmetabolismen med människor som express CETP och transportera deras kolesterol främst i LDL9.
Omvänt, laboratorium kaninen representerar ett mellanstadium mellan större djur och experimentella djurmodeller. Kaninen kan således lämnas enkelt till olika typer av protokoll med minimala krav på personal och underhåll, som lättare hanteras i experimentella rutiner än större djurmodeller. Dessutom har det rapporterats att kaniner som matas med en fettrik kost har liknande hemodynamiska och neurohumoral förändringar som överviktiga människor8,10,11. Notera, angående lipidmetabolismen, kaninen har riklig CETP i plasma och deras lipoprotein profil är LDL-rik12, som också liknande människor. Dessutom kan utveckla kaniner hyperlipidemi ganska snabbt eftersom det som växtätare, de är mycket känsliga för dietary fat13.
Figur 1: jämförelse av MetS djurmodeller. Se Verkest5, Zhang och Lerman6och Wong et al. 7 för granskning. ”
” indikerar en fördel och ”
” indikerar en nackdel. *kontroversiella, beror på studien, *som pekade ut av Carroll et al. 8, vissa genetiskt modifierade stammar bli feta oberoende av födointag. CEPT: cholesteryl ester transfer protein. GTT: glukostoleranstest. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
För att belysa de grundläggande mekanismerna bakom den patologiska remodeling producerad av MetS i olika organ och system, och att få förståelse av detta komplexa patologi, valet av en experimentell modell som återger de viktigaste komponenterna i mänskliga MetS är viktigt. Kaninen kan ge många fördelar med tanke på dess likhet med människans fysiologi och överkomliga priser för användning i kronisk protokoll och mätningar. I denna linje, några kost-inducerad kanin modeller med hög fetthalt och hög-sackaros diet har varit används14,15,16,17,18,19 (tabell 1), och en karakterisering av de olika komponenterna i MetS är av stor betydelse när det gäller en fenotyp med orgel remodeling. Således, denna artikels Huvudsyftet är att beskriva metoderna för att utveckla en modell för kost-inducerad MetS i kaniner som gör studien av dess patofysiologi och inverkan i orgel ombyggnad.
| Studie | Kost | Varaktighet | Rasen | MetS komponenter | |||
| Ob | HT | HG | Dl | ||||
| Yin et al. (2002)14 | · 10% fett | 24 veckor | · Manliga NZW | |
– | |
|
| · 37% sackaros | · 2 kg | ||||||
| Zhao et al. (2007)15 | · 10% fett | 36 veckor | · Manliga JW | |
|
|
|
| · 30% sackaros | · 16 veckor | ||||||
| Helfestein et al. (2011)16 | · 10% fett | 24 veckor | · Manliga NZW | |
– | |
|
| · 40% sackaros | · 12 veckor | ||||||
| · 0,5-0,1 kolesterol | |||||||
| Ning et al. (2015)17 | · 10% fett | 8-16 veckor | · Manliga WHHL | |
– | |
|
| · 30% fruktos * | · 12 veckor | ||||||
| LiU et al. (2016)18 | · 10% fett | 48 veckor | · Manliga NZW | |
– | |
|
| · 30% sackaros | · 12 veckor | ||||||
| Arias-Mutis et al. (2017)19 | · 15% fett | 28 veckor | · Manliga NZW | |
|
|
|
Tabell 1: Diet-inducerad MetS kanin modeller med hög fetthalt, hög-sackaros diet. Symbolen ”” indikerar frånvaro ”,” närvaro, och ”-” inte utvärderas. * begränsad. WHHL, Watanabe ärftliga hiperlipidemic kaniner. JW, japanska vita kaniner. OB, fetma. HT, hypertoni. HG, hyperglykemi. Dl, dyslipidemi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Inrättandet av en lämplig experimentell modell kan ge en mer konsekvent och tillförlitlig metod för att studera utvecklingen av MetS, och det är också nödvändigt att förstå de grundläggande mekanismerna som ligger bakom organ och system remodeling. Här beskriver vi de metoder som används för att utveckla en relevant experimentell modell av kost-inducerad MetS och hur man skall bedöma de viktigaste komponenterna i detta kluster av metabola och kardiovaskulära abnormiteter som kännetecknar denna modell: ce…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av Generalitat Valenciana (GV2015-062), Universitat de València (UV-INV-PRECOMP14-206372) till MZ, Generalitat Valenciana (PROMETEOII/2014/037) och Instituto de Salud Carlos III-FEDER medel (CIBERCV CB16/11/0486) till FJC.
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).
