本实验方案是一种高脂饮食喂养方法,用于诱导Drosophila(果蝇)肥胖,以研究与脂毒性相关的基础分子机制。同时,本方案还提供了一种高通量的三酰甘油检测方法,可用于在不同饮食、环境、遗传或生理条件下,测定Drosophila及其他(昆虫)模型中的脂肪积累情况。
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本实验方案是一种高脂饮食喂养方法,用于诱导Drosophila(果蝇)肥胖,以研究与脂毒性相关的基础分子机制。同时,本方案还提供了一种高通量的三酰甘油检测方法,可用于在不同饮食、环境、遗传或生理条件下,测定Drosophila及其他(昆虫)模型中的脂肪积累情况。
心脏病是全球人类死亡的首要原因。大量研究表明,肥胖与人类心脏功能障碍之间存在密切关联,但要更深入阐明其中涉及的机制,仍需更多工具和研究投入。一个多世纪以来,遗传上高度可操作的模式生物果蝇(Drosophila)在发现关键基因和分子通路方面发挥了重要作用,这些基因和通路在不同物种间高度保守。许多生物学过程和疾病机制在果蝇中具有功能上的保守性,例如发育(例如,体轴模式、心脏)、癌症以及神经退行性疾病。近年来,对模式生物中肥胖及其继发性病理(如心脏病)的研究,在识别与人类代谢综合征相关的关键调控因子方面发挥了极为关键的作用。
在此,我们建议将该模式生物作为一种有效工具用于诱导肥胖, 即,过量脂肪积累,并建立一种高效监测以甘油三酯(TAGs)形式积累的脂肪含量的方案。果蝇除了具有高度保守但相对简单的基因组外,还具有较短的寿命,便于快速开展实验,且成本低廉。本文提供了一种高脂饮食(HFD)喂养的详细实验方案 果蝇 通过诱导肥胖并采用高通量三酰甘油(TAG)检测方法来测量脂肪含量的相应增加,旨在实现高度可重复性和高效性,适用于大规模的遗传学或化学筛选。这些实验方案为高效研究肥胖相关调控机制提供了新的机会,同时也为药物发现研究提供了标准化平台,可用于快速测试候选药物对肥胖、糖尿病及相关代谢性疾病发生或预防的影响。
我们正处在一个肥胖及其相关经济负担成为全球性问题的时代1。每三个美国人中就有两个超重或肥胖,并伴有相关的心脏病理问题,而心血管疾病是成年人群死亡的首要原因2。为了充分研究代谢综合征调控中涉及的遗传和分子组分,亟需开发高效的新方法,并利用模式生物进行探索。因此,我们选择果蝇 Drosophila 作为模型,因为它与哺乳动物(包括小鼠和人类)共享最基本的生物学过程3,4,5,6。Drosophila 的基因组在进化过程中高度保守,但总体上更小,基因重复较少,代谢也更为简单,这使其成为研究多种人类疾病基本机制的理想模型4,7,8。此外,果蝇体内也存在类似于脂肪组织、肠道和胰腺所执行的特征性生理过程,并在葡萄糖和脂质代谢等调节功能中发挥与人类相似的作用9,10,11。更重要的是,人类肥胖、胰岛素抵抗和糖尿病调控中涉及的基本分子通路在 Drosophila melanogaster 中功能上是保守的12,13,14,15,16。与高等生物类似,Drosophila 拥有跳动的心脏,其发育过程与哺乳动物心脏的形成过程相似3,17。因此,建立一种可靠的高脂饮食(HFD)喂养方案以及适用于高效筛选的高通量TAG检测方法,并结合 Drosophila 的遗传工具箱,为研究和理解复杂代谢性疾病的遗传基础提供了重要手段。
高脂饮食(HFD)本身由标准的实验室果蝇食物添加椰子油制成,而椰子油主要由已知与代谢综合征相关的饱和脂肪酸组成18。在哺乳动物模型(如啮齿类动物)中诱导肥胖可能需要数月时间19,20,而我们在Drosophila中优化的高脂饮食喂养方案可在数天内有效且可重复地增加个体的脂肪含量12,14。该方案结合高通量TAG检测,可高效地大规模筛选遗传因素、环境影响及药物候选物对脂肪代谢的调节作用,从而发现新的脂肪代谢调控因子。因此,这些方案可能有助于理解及/或防治肥胖及其相关的人类疾病。
喂养方案具有多功能性,可用于研究单一饱和或不饱和脂肪酸的代谢和功能效应。这种高通量TAG检测方法的应用不仅限于 D. melanogaster,但可适用于多种具有角质层或坚韧细胞外基质的小型模式生物(例如,其他 黑腹果蝇 物种, 秀丽隐杆线虫 以及其它新兴无脊椎动物模式生物)在不同环境、遗传或生理条件下,于发育、成年或代谢疾病任一阶段测量脂肪含量。TAG 检测基于比色法测定一系列酶促反应,这些反应将 TAG 降解为游离脂肪酸、甘油、甘油-3-磷酸,最终生成 H2O2 与4-氨基安替比林(4-AAP)和3,5-二氯-2-羟基苯磺酸钠(3,5 DHBS)反应生成红色产物,使用96孔分光光度计测定。
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1. 高脂饮食喂养方案

表1. 果蝇食物配方。
本表格总结了用于制备对照食物的不同成分。配制完成后,将10 mL食物倒入试管中,冷却后于4 °C长期保存。

图1高脂饮食喂养在 果蝇.
该示意图展示了果蝇在对照食物(正常饮食,未添加椰子油-NF)或高脂饮食(HFD,添加椰子油)下的不同喂养步骤。整个过程在初次收集成年果蝇后持续10天。 请点击此处以查看此图的放大版本。

2. TAG 检测

![figure-protocol-5 生化分析中蛋白相对TAG含量的计算公式,[TAG]/[Protein] 比值公式。](/files/ftp_upload/56029/56029eq3.jpg)
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在D. melanogaster中,与其他物种一样,雄性和雌性之间存在性二型性22。众所周知,雌性个体体型较大,腹部脂肪含量高于雄性22。为了验证我们实验方案的有效性,我们进行了甘油三酯(TAG)检测,以确定标准实验室野生型(w1118)果蝇雌雄个体之间TAG含量的差异。结果显示,雌性果蝇的整体脂肪含量高于雄性(图2A, B)。数据还表明,该检测方法具有良好的稳定性,在孵育后长达50分钟内TAG定量结果无变化,且不因生物样本数量(3只或5只果蝇)不同而产生差异。
HFD 摄入已被证明可导致人类和小鼠肥胖19,
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小鼠肥胖诱导可能需要数月时间19,20在果蝇中,该高脂饮食喂养方案可在数天甚至更短时间内诱导脂肪过度积累,仅在18小时后即可观察到脂肪积累增加(参见 图2)。采用所述方案进行HFD喂养可增加葡萄糖含量 12 并减少 Bmm 脂酶和PGC-1表达24。这与成年个体的禁食情况相反 果蝇 导致脂肪和葡萄糖含量迅速下降25,26 且增加 Bmm 表达24。此外,升高 Bmm 或 PGC-1 水平可抵御高脂饮食诱导的肥胖14,
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作者无任何利益冲突需要披露。
我们感谢Erika Taylor对本文稿的编辑。本研究由美国国立卫生研究院向R.B.提供的资助(P01 HL098053、P01 AG033561和R01 HL054732)、向S.B.D.提供的博士后研究补充资助(R01 HL085481)和奖学金(AAUW),以及美国心脏协会向S.B.D.和R.T.B.提供的资助支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 塔尔博伊兹球形滴管/珠子分配器 | Talboys | #: 930150 | |
| 塔尔博伊兹高通量均质仪 | Talboys | #: 930145 | |
| 研磨珠,不锈钢 | OPS Diagnostics, LLC | # GBSS 156-5000-01 | 5000 颗珠子 |
| 96 孔深孔微孔板,Masterblock | Greiner Bio-One | # T-3058-1 | 每箱 80 块板 |
| Greiner 96 孔平底微孔板 | Sigma Aldrich | # M4436 | 40 块板 |
| Greiner 多孔板密封盖膜 | Sigma Aldrich | # C3606 | 50 片密封膜 |
| 试剂储液槽 | Thomas Scientific | # 1192T71 | 每包 12 个 |
| 赛默飞世尔 Finnpipette 4661040 | Thermo Scientific | # 4661040 | 1-10 µL 多通道移液器 |
| 赛默飞世尔 Finnpipette 4661070 | Thermo Scientific | # 4661070 | 30-300 µL 多通道移液器 |
| 赛默飞世尔 Finnpipette 4661020 | Thermo Scientific | #4661020 | 10-100 µL 多通道移液器 |
| 多通道移液器吸头 | Denville Scientific Inc | # P3131-S | 适用于 10 µL 移液器 |
| 多通道移液器吸头 | Denville Scientific Inc | # P3133-S | 适用于 200 µL 移液器 |
| 多通道移液器吸头 | Denville Scientific Inc | #P1125 | 适用于 100 µL 移液器 |
| 镊子 | Roboz Surgical | # 5 Dumonts | 超细镊子 |
| 梅特勒托利多 Excellence XS 分析天平,制造商编号 XS64 | Cole-Parmer 科学专家 | # EW-11333-00 | |
| 梅特勒托利多 Excellence XS 顶部加载天平 | Cole-Parmer 科学专家 | # EW-11333-49 | |
| 96 孔微孔板离心机 | Hettich Zentrifugen | # Rotina 420R | |
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| 椰子油 | Nutiva | # 692752200014 | 15 盎司罐装 |
| PBS 10X | Thermo Scientific | # AM9625 | 500 ml |
| 吐温 X-100 | Sigma Aldrich | # 9002-93-1 | |
| 透气箔膜 | Macherey-Nagel | # 740675 | 50 片 |
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| 果蝇培养管 | Genesee Scientific | 货号 #: 32-116SB | |
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