2019年11月1日
本方案描述了使用一种适口性极高的西式自助饮食来建立啮齿类动物暴食和肥胖模型的方法。本文详细介绍了食物的选择、制备和测量步骤,并解释了有助于产生稳定且可重复表型的方法学因素。
该方法旨在通过提供多种富含糖分和饱和脂肪的可口食物,模拟暴饮暴食及其继发的肥胖状态。由于饮食种类丰富且适口性高,可稳定诱导过量进食,从而在数周内引发显著的代谢紊乱。采用自助式饮食模型,可深入细致地研究与肥胖相关的代谢和神经变化。
对该方法进行可视化演示非常重要,因为可以展示实际操作中的后勤限制,同时说明合理的规划与组织如何使喂食过程更高效。其次,由于该模型涉及与大鼠的更多互动,因此演示如何在不造成动物应激的情况下正确分发和回收食物也至关重要。本次操作演示将由本实验室的研究生 Sarah-Jane Leigh 和博士后研究员 Mike Kendig 完成。
开始此操作前,需获取适量的食堂食物,并在使用前 24 小时将其解冻。可使用微波炉对食物进行解冻,但不可在食物仍处于温热状态时提供。每日更换所提供的食堂饮食种类,以确保食物多样性最大化,并尽量减少笼具污染。
由于大鼠在黑暗周期的初期会摄入其每日大部分食物,因此应将自助饮食的补充时间安排在黑暗周期开始前后,以确保此时食物新鲜。每天补充一次自助饮食。喂食标准饲料组时,将水瓶旋转,使瓶嘴朝上,然后将笼子放置在工作台上。
打开盖子,轻轻翻动垫料约20秒,以模拟从饲料饲养笼的垫料中采集食物的过程。然后,从饲料加料斗中取少量颗粒饲料放入垫料中,使垫料表面的食物暴露情况与实际饲养条件一致。盖上笼盖,并将笼子放回笼架。
当笼具放置稳定后,将水瓶恢复至原始方向。为喂养饲料组,将饲料组饮食物品放入贴有标签的容器中,每个笼具对应一个容器。将水瓶倒转,使吸管朝上,将笼具放置于工作台面上,然后取下笼盖。
尽可能将旧的杂粮饲料从垫料中清除,并将新鲜的杂粮饲料放入笼具中。随后关闭笼具,将其放回架子上。待笼具放置稳定后,更换水瓶和蔗糖瓶。
根据需要补充饲料、水和蔗糖溶液瓶。开始自助饮食(cafeteria diet)时,每周至少测量两次体重和24小时食物摄入量,以监测饮食效果。食物摄入量的测量应从暗周期开始时或接近开始时进行。
在测量食物摄入量的日子里,应尽量提供相同的一组自助餐食物,通过控制风味和能量密度,可实现对随时间变化情况的准确监测。首先,准备自助饮食,并将其放入每个笼子对应的带标签容器中,确保称重并记录每种成分。根据需要补充水、蔗糖和饲料的量。
对于对照笼,将水瓶倒置使瓶嘴朝上,将笼子放置在工作区,并取下盖子。记录水瓶和饲料的重量。称量大鼠体重,并将其转移至铺有新鲜垫料并含有环境丰富化物品的笼子中。
然后,更换笼盖,将笼子放回笼架,并将水瓶调转方向。可在笼子上添加标注“食物摄入量”的小标识,以提醒饲养人员和研究人员不要触碰水瓶和饲料。对于自助餐式笼子,执行相同的操作流程,但在转移大鼠之前,还需将已预先称重的自助餐食物容器连同新鲜垫料一起分散放置在笼内。
将大鼠放置 24 小时,期间尽量减少干扰,并记录任何未预料到的干扰情况。之后,记录水瓶和饲料笼中饲料的重量,并仔细检查垫料中是否有饲料碎屑。完成上述操作后,从笼子上取下“食物摄入”标识。
接下来,为自助饮食笼具配制新鲜的自助饮食。对每个自助饮食笼具执行以下步骤。记录水、饲料和蔗糖的重量。
取下笼盖和环境丰富化物品。小心地将饲料残渣从垫料中移除,并放入单独的容器中,注意先移除较大的碎片,然后使用轻柔的扫动动作,从一端到另一端系统地过筛整个笼内垫料。将新的饲料均匀分布在笼内四周,放回环境丰富化物品,盖上笼盖,并将笼子放回架子上。
取下食物摄入标签,将每种自助餐食物的重量记录到最接近的0.1克。通过给予大鼠可口的食物来模拟所谓的西方饮食。与普通饲料对照组相比,自助餐饮食使能量摄入增加2.5倍。
与对照组相比,食用自助餐式饮食3至4周后,体重增加20%。经过6周饮食干预后,组间平均体重增长差异达67%,脂肪含量约增加一倍。自助餐式饮食的宏量营养素摄入在不同性别和年龄间保持一致,其中约8%的能量来自蛋白质,34%来自脂肪,58%来自碳水化合物。
我们的维持饲料提供22%的蛋白质、13%的脂肪和65%的碳水化合物。与对照组相比,喂食自助餐饮食的大鼠摄入的这三种宏量营养素均过量。这种显著的多食现象主要由碳水化合物和脂肪的摄入驱动。
雌性大鼠可能对自助餐式饮食的致肥胖效应尤为敏感。在这一老年大鼠队列中,仅摄入自助餐饮食两周后,雌性大鼠的体重比对照组重20%,能量摄入量高出3.8倍。饮食干预六周后,摄入自助餐饮食大鼠的体重增加更显著,脂肪质量较对照组增加一倍。
提供的自助食物不足可能会限制摄食量,因此需检查自助餐笼内是否仍有食物剩余。此外,不同的自助食物组合可能会影响宏量营养素的摄入。以一致的方式进行摄食量测定操作,可确保测量结果的准确性。
精心规划饮食,确保食物可口且种类多样,是关键所在。有效实施自助饮食模型可能耗时较长,需要周密的计划和预实验,以建立稳定的摄食过度状态及随之而来的体重增加。在动物暴露于自助饮食的过程中,我们可通过葡萄糖耐量试验监测其代谢功能,同时通过识别记忆测试评估其认知功能。
随后,我们可以对多种外周代谢组织和脑区进行死后分析。该方法可用于大鼠和小鼠,并偶尔扩展至非人灵长类动物。自助式饮食(cafeteria diet)可用于研究在食物高度适口性存在的情况下摄食行为的失调,以及肥胖对所有器官系统的影响。
这种自助餐饮食方法加深了我们对暴食和肥胖的病因及后果的理解,同时也为改善健康结局的潜在生活方式和药物干预措施提供了参考。
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本方案描述了使用一种高适口性的西方风格自助饮食来建立啮齿类动物暴食与肥胖模型的方法。该方法通过提供多种适口性食物促进动物暴食,从而能够对与肥胖相关的代谢和神经变化进行详细研究。
可口的西式自助餐饮食为研究饮食诱导的肥胖提供了具有生理相关性的模型,能够再现暴露于致肥胖食物环境的人群中所观察到的摄食过多和代谢紊乱现象。该方法通过模拟驱动体重增加和脂肪堆积的可口性、食物多样性和过度进食之间的复杂相互作用,提高了临床前肥胖研究的预测可信度。该模型有助于针对摄食行为和代谢性疾病治疗干预的早期靶点验证和机制性风险评估。
自助饮食模型适用于从早期靶点验证到先导物识别,再到临床前药效测试的整个发现流程,尤其适用于肥胖症和代谢性疾病研究项目。