Vurdering af de metaboliske virkninger af Isokalorisk 2:1 intermitterende faste i mus
Summary
Den nuværende artikel beskriver en detaljeret protokol for isocaloric 2:1 intermitterende faste for at beskytte og behandle mod fedme og nedsat glukose metabolisme i vildtype og OB/OB mus.
Abstract
Intermitterende faste (IF), en kosten intervention, der involverer periodisk energi restriktion, er blevet anset for at give mange fordele og modvirke metaboliske abnormiteter. Hidtil er forskellige typer af hvis modeller med varierende varigheder af faste og fodring perioder er blevet dokumenteret. Fortolkningen af resultaterne er imidlertid udfordrende, da mange af disse modeller involverer multifaktorielle bidrag fra både tids-og kalorie begrænsningsstrategier. For eksempel, den alternative dag fastende model, ofte bruges som en gnaver hvis regime, kan resultere i underernæring, tyder på, at sundhedsmæssige fordele ved denne intervention er sandsynligvis medieret via både kaloriefattige begrænsning og fastende-genfodring cyklusser. For nylig er det lykkedes at påvise, at 2:1 Hvis, bestående 1 dag med fastende efterfulgt af 2 dages fodring, kan yde beskyttelse mod diæt-induceret fedme og metaboliske forbedringer uden en reduktion i samlede kalorieindtag. Præsenteret her er en protokol af denne isocaloric 2:1 Hvis intervention i mus. Også beskrevet er en par-fodring (PF) protokol kræves for at undersøge en musemodel med ændret spise adfærd, såsom hyperphagia. Ved hjælp af 2:1 hvis regime, det er påvist, at isocaloric hvis fører til reduceret kropsvægt øgning, forbedret glukose homøostase, og forhøjede energi udgifter. Således, dette regime kan være nyttige til at undersøge de sundhedsmæssige konsekvenser af hvis på forskellige sygdomstilstande.
Introduction
Moderne livsstil er forbundet med længere daglig fødeindtagelse tid og kortere faste perioder1. Dette bidrager til den nuværende globale fedmeepidemi, med metaboliske ulemper set hos mennesker. Fastende har været praktiseret i hele menneskets historie, og dens forskellige sundhedsmæssige fordele omfatter forlænget levetid, reduceret oxidativ skader, og optimeret energi homøostase2,3. Blandt flere måder at øve fastende, periodisk energi afsavn, betegnes intermitterende faste (hvis), er en populær Kostmetode, der er almindeligt praktiseret af den almindelige befolkning på grund af sin nemme og enkle regime. Nylige undersøgelser i prækliniske og kliniske modeller har vist, at hvis kan give sundhedsmæssige fordele svarende til langvarige faste og kaloriefattige begrænsning, tyder på, at hvis kan være en potentiel terapeutisk strategi for fedme og metaboliske sygdomme2,3,4,5.
Hvis regimer varierer med hensyn til faste varighed og hyppighed. Alternativ dag faste (dvs., 1 dag fodring/1 dag fastende; 1:1 Hvis) har været den mest almindeligt anvendte hvis regime i gnavere til at studere sin gavnlige sundhedsmæssige virkninger på fedme, hjerte-kar-sygdomme, neurodegenerative sygdomme, etc.2,3. Men som vist i tidligere undersøgelser6,7, og yderligere mekanisk bekræftet i vores energi indtag analyse8, 1:1 Hvis resultaterne i underernæring (~ 80%) på grund af manglende tilstrækkelig fodring tid til at kompensere for energis tab. Dette gør det uklart, om de sundhedsmæssige fordele ved 1:1 Hvis er medieret af kalorie begrænsning eller ændring af spisevaner. Derfor, en ny hvis regime er blevet udviklet og er vist her, bestående af en 2 dag fodring/1 dag faste (2:1 Hvis) mønster, som giver mus med tilstrækkelig tid til at kompensere for fødeindtagelse (~ 99%) og legemsvægt. Disse mus sammenlignes derefter med en ad libitum (al) gruppe. Dette regime gør det muligt at undersøge virkningerne af isocaloric, hvis der ikke er kalorie reduktion i vild-type mus.
I modsætning hertil, i en musemodel, der udstiller ændret fodring adfærd, AL fodring kan ikke være en ordentlig kontrol betingelse for at sammenligne og undersøge virkningerne af 2:1 Hvis. For eksempel, da OB/OB mus (en almindeligt anvendt genetisk model for fedme) udviser Hyperfagi på grund af manglen på Leptin regulere appetit og mæthed, dem med 2:1 Hvis udviser ~ 20% reduceret kalorieindtag i forhold til OB/OB mus med al fodring. Således, at korrekt undersøge og sammenligne virkningerne af hvis i OB/OB mus, en par-fodring gruppe som en passende kontrol skal være ansat.
Samlet set leveres en omfattende protokol til udførelse af isocaloric 2:1 Hvis, herunder brug af et par-fodring kontrol. Det er yderligere påvist, at isocaloric 2:1 Hvis beskytter mus mod høj fedt diæt-induceret fedme og/eller metabolisk dysfunktion i både vild-type og OB/OB mus. Denne protokol kan bruges til at undersøge de gavnlige sundhedsmæssige virkninger af 2:1, hvis på forskellige patologiske forhold, herunder neurologiske lidelser, hjerte-kar-sygdomme, og kræft.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det har været veldokumenteret, at hvis der giver gavnlige sundhedsmæssige virkninger på forskellige sygdomme hos både mennesker og dyr8,15,16,17,18,19. Dens underliggende mekanismer, såsom autophagy og Gut mikrobiome, er for nylig blevet belyst. Den præsenterede protokol beskriver en isocaloric 2:1 hvis regime i mus til…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
K.-H. K blev støttet af Heart and Stroke Foundation of Canada tilskud-in-Aid (G-18-0022213), J. P. Bickell Foundation og University of Ottawa Heart Institute start-up fund; H.-K.S. fik støtte fra de canadiske institutter for sundhedsforskning (PJT-162083), Reuben og Helene Dennis Scholar og Sun Life Financial ny investigator Award for diabetes forskning fra Banting & bedste Diabetes Center (BBDC) og Natural Sciences og tekniske Forskningsråd (NSERC) i Canada (RGPIN-2016-06610). R.Y.K. blev støttet af et stipendium fra University of Ottawa Cardiology Research begavelse fund. J.H.L. blev støttet af NSERC ph. d.-stipendiet og Ontario Graduate Scholarship. Y. s. blev støttet af UOHI begavet Graduate Award og dronning Elizabeth II Graduate Scholarship i videnskab og teknologi.
Materials
| Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS) | Columbus Instruments | Indirect calorimeter | |
| D-(+)-Glucose solution | Sigma-Aldrich | G8769 | For GTT |
| EchoMRI 3-in-1 | EchoMRI | EchoMRI 3-in-1 | Body composition analysis |
| Glucometer and strips | Bayer | Contour NEXT | These are for GTT and ITT experiments |
| High Fat Diet (45% Kcal% fat) | Research Diets Inc. | #D12451 | 3.3 Kcal/g |
| High Fat Diet (60% Kcal% fat) | Research Diets Inc. | #D12452 | 4.73 Kcal/g |
| Insulin | El Lilly | Humulin R | For ITT |
| Mouse Strain: B6.Cg-Lepob/J | The Jackson Laboratory | #000632 | Ob/Ob mouse |
| Mouse Strain: C57BL/6J | The Jackson Laboratory | #000664 | |
| Normal chow (17% Kcal% fat) | Harlan | #2918 | |
| Scale | Mettler Toledo | Body weight and food intake measurement |
References
- Gill, S., Panda, S. A Smartphone App Reveals Erratic Diurnal Eating Patterns in Humans that Can Be Modulated for Health Benefits. Cell Metabolism. 22 (5), 789-798 (2015).
- Longo, V. D., Panda, S. Fasting, Circadian Rhythms, and Time-Restricted Feeding in Healthy Lifespan. Cell Metabolism. 23 (6), 1048-1059 (2016).
- Longo, V. D., Mattson, M. P. Fasting: molecular mechanisms and clinical applications. Cell Metabolism. 19 (2), 181-192 (2014).
- Patterson, R. E., et al. Intermittent Fasting and Human Metabolic Health. Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics. 115 (8), 1203-1212 (2015).
- Fontana, L., Partridge, L. Promoting health and longevity through diet: from model organisms to humans. Cell. 161 (1), 106-118 (2015).
- Boutant, M., et al. SIRT1 Gain of Function Does Not Mimic or Enhance the Adaptations to Intermittent Fasting. Cell Reports. 14 (9), 2068-2075 (2016).
- Gotthardt, J. D., et al. Intermittent Fasting Promotes Fat Loss With Lean Mass Retention, Increased Hypothalamic Norepinephrine Content, and Increased Neuropeptide Y Gene Expression in Diet-Induced Obese Male Mice. Endocrinology. 157 (2), 679-691 (2016).
- Kim, K. H., et al. Intermittent fasting promotes adipose thermogenesis and metabolic homeostasis via VEGF-mediated alternative activation of macrophage. Cell Research. 27 (11), 1309-1326 (2017).
- Lancaster, G. I., Henstridge, D. C. Body Composition and Metabolic Caging Analysis in High Fat Fed Mice. Journal of Visualized Experiments. (135), (2018).
- Ayala, J. E., et al. Standard operating procedures for describing and performing metabolic tests of glucose homeostasis in mice. Disease Models & Mechanisms. 3 (9-10), 525-534 (2010).
- Heijboer, A. C., et al. Sixteen h of fasting differentially affects hepatic and muscle insulin sensitivity in mice. Journal of Lipid Research. 46 (3), 582-588 (2005).
- 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. American Journal of Physiology: Endocrinology and Metabolism. 297 (4), 849-855 (2009).
- Jorgensen, M. S., Tornqvist, K. S., Hvid, H. Calculation of Glucose Dose for Intraperitoneal Glucose Tolerance Tests in Lean and Obese Mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 56 (1), 95-97 (2017).
- Nagy, C., Einwallner, E. Study of In Vivo Glucose Metabolism in High-fat Diet-fed Mice Using Oral Glucose Tolerance Test (OGTT) and Insulin Tolerance Test (ITT). Journal of Visualized Experiments. (131), 56672 (2018).
- Kim, Y. H., et al. Thermogenesis-independent metabolic benefits conferred by isocaloric intermittent fasting in ob/ob mice. Scientific Reports. 9 (1), 2479 (2019).
- Li, G., et al. Intermittent Fasting Promotes White Adipose Browning and Decreases Obesity by Shaping the Gut Microbiota. Cell Metabolism. 26 (4), 672-685 (2017).
- Mitchell, S. J., et al. Daily Fasting Improves Health and Survival in Male Mice Independent of Diet Composition and Calories. Cell Metabolism. 29 (1), 221-228 (2019).
- Cignarella, F., et al. Intermittent Fasting Confers Protection in CNS Autoimmunity by Altering the Gut Microbiota. Cell Metabolism. 27 (6), 1222-1235 (2018).
- Martinez-Lopez, N., et al. System-wide Benefits of Intermeal Fasting by Autophagy. Cell Metabolism. 26 (6), 856-871 (2017).
- Lo Martire, V., et al. Changes in blood glucose as a function of body temperature in laboratory mice: implications for daily torpor. American Journal of Physiology: Endocrinology and Metabolism. 315 (4), 662-670 (2018).
- Chaix, A., Zarrinpar, A., Miu, P., Panda, S. Time-restricted feeding is a preventative and therapeutic intervention against diverse nutritional challenges. Cell Metabolism. 20 (6), 991-1005 (2014).
- Chaix, A., Lin, T., Le, H. D., Chang, M. W., Panda, S. Time-Restricted Feeding Prevents Obesity and Metabolic Syndrome in Mice Lacking a Circadian Clock. Cell Metabolism. 29 (2), 303-319 (2019).
- Wang, B., Chandrasekera, P. C., Pippin, J. J. Leptin- and leptin receptor-deficient rodent models: relevance for human type 2 diabetes. Current Diabetes Reviews. 10 (2), 131-145 (2014).
- Pan, W. W., Myers, M. G. Leptin and the maintenance of elevated body weight. Nature Reviews: Neuroscience. 19 (2), 95-105 (2018).
- Jackson, D. S., Ramachandrappa, S., Clark, A. J., Chan, L. F. Melanocortin receptor accessory proteins in adrenal disease and obesity. Frontiers in Neuroscience. 9, 213 (2015).
- Tolson, K. P., et al. Postnatal Sim1 deficiency causes hyperphagic obesity and reduced Mc4r and oxytocin expression. Journal of Neuroscience. 30 (10), 3803-3812 (2010).
- Shimada, M., Tritos, N. A., Lowell, B. B., Flier, J. S., Maratos-Flier, E. Mice lacking melanin-concentrating hormone are hypophagic and lean. Nature. 396 (6712), 670-674 (1998).
- Reitman, M. L. Of mice and men – environmental temperature, body temperature, and treatment of obesity. FEBS Letters. 592 (12), 2098-2107 (2018).
- Chvedoff, M., Clarke, M. R., Irisarri, E., Faccini, J. M., Monro, A. M. Effects of housing conditions on food intake, body weight and spontaneous lesions in mice. A review of the literature and results of an 18-month study. Food and Cosmetics Toxicology. 18 (5), 517-522 (1980).
- Toth, L. A., Trammell, R. A., Ilsley-Woods, M. Interactions Between Housing Density and Ambient Temperature in the Cage Environment: Effects on Mouse Physiology and Behavior. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (6), 708-717 (2015).
