Summary
Detta protokoll beskriver användningen av en mycket välsmakande, västerländsk cafeteria diet för att modellera överätande och fetma hos gnagare. Här ger vi en detaljerad översikt över Val av mat, beredning och mätning och förklarar metodologiska faktorer som hjälper till att generera en robust och reproducerbar fenotyp.
Abstract
Fetma ökar snabbt i incidens i utvecklade och utvecklingsländer och är känd för att inducera eller förvärra många sjukdomar. Hälso bördan av fetma och dess comorbida villkor belysa behovet av bättre förståelse för dess patogenes, men etiska begränsningar begränsa studier på människor. För detta ändamål är externt giltiga modeller av fetma hos försöksdjur avgörande för förståelsen av övervikt och fetma. Medan många arter har använts för att modellera utbudet av förändringar som åtföljer fetma hos människor, gnagare är vanligast. Vårt laboratorium har utvecklat en västerländsk cafeteria diet som konsekvent leder till betydande viktökning och markörer för metabolisk sjukdom hos gnagare. Kosten utsätter gnagare till en mängd mycket välsmakande livsmedel för att inducera hyperfagi, modellering den moderna västerländska mat miljön. Denna diet inducerar snabbt viktökning och kroppsfett ansamling hos råttor möjliggör studiet av effekterna av överätande och fetma. Medan cafeterian kosten inte kan ge samma kontroll över macronutrient och Mikronärande profil som renas hög fetthalt eller hög fetthalt, hög socker diet, kafeterian kosten vanligtvis inducerar en mer allvarlig metabolisk fenotyp än den som observerats med renad kostvanor och är mer i linje med metabola störningar som observerats i den överviktiga och feta befolkningsgruppen.
Introduction
Fetma och dess relaterade komorbiditeter gör ett enormt bidrag till den globala hälso bördan1 och står för 7% av sjukdomsbördan i Australien2. En ledande riskfaktor för fetma är konsumtion av ohälsosamma dieter som är höga i mättat fett och raffinerade kolhydrater, och låg i fiber och mikronäringsämnen3. Att identifiera mål för terapeutisk intervention för fetma kräver modeller som systematiskt kan bedöma effekter på multipla biokemiska och fysiologiska system. Vår förståelse av fetma har avancerat väsentligen genom arbete med hjälp av gnagare modeller, där beteendemässiga, metabola och molekylära effekter kan studeras över tid under kontrollerade betingelser där miljöfaktorer kan vara lätt Manipulerade.
Cafeterian diet (CAF) modell av diet-inducerad fetma består av att komplettera gnagare ' standard Chow diet med en mängd välsmakande livsmedel som är höga i antingen mättat fett, raffinerade kolhydrater, eller båda. Exempel på dessa livsmedel inkluderar kakor, söta kex och fettrik salta snacks (såsom bearbetat kött, ost och chips). Det främjar tillförlitligt hyperfagi och snabb viktökning hos gnagare. De viktigaste inslagen i modellen är tillhandahållandet av en mängd mycket välsmakande livsmedel, som syftar till att simulera den moderna livsmedels miljön. Tillgång till variation ökar födointag hos råttor över korttids-4 och i människor5 även när maten matchas för smaklighet och varierar endast i smak och lukt signaler4,6. Emellertid, en studie visade att ge energi-och macronutrient-matchade renade dieter som varierade i smak och konsistens hade ingen effekt på långsiktig viktökning hos råttor7, tyder på att näringsämne sammansättning och distinkta post-orala effekter av olika livsmedel kan också bidra till överätande. Exponering för flera smaker och texturer övervinner sensorisk-specifik mättnadskänsla, som beskriver minskningen i lust att äta en nyligen ätit mat i förhållande till ett alternativ5. Över många kohorter i vårt laboratorium, vi har på samma sätt konstaterat att användningen av mycket välsmakande livsmedel ytterligare förstärker överätande.
Detta CAF diet har använts för över 40 år, sedan Sclafani8 rapporterade att honråttor utsätts för ett sortiment av "Supermarket Foods" (marshmallows, choklad, jordnötssmör, kakor, salami och ost bland dem) uppvisade accelererad viktökning förhållande till kontrollerna. Detta och andra tidiga studier noterade att CAF-stil Dieter verkade påskynda viktökning mer effektivt än ren hög fetthalt eller kolhydratrik kost 8,9. Arbetet på 1980-talet karakteriserade macronutrient profiler10 och måltidsmönster11 av råttor Fed CAF kost, och visade djupgående förändringar av fettmassa och insulinnivåer9,10 och thermogenesis12. Vår grupp har använt CAF diet för att modellera fetma i över två decennier13,14 och under denna tid har vi använt flera varianter av kosten. Råttor presenteras med minst två söta och två salta mat objekt varje dag, förutom regelbunden Chow och vatten. Under de senaste åren har vi börjat komplettera solid CAF livsmedel med 10% sackaroslösning. Möjligheten att skräddarsy CAF diet till olika experimentella konstruktioner är en styrka av modellen.
CAF Dieter främja omedelbar hyperfagi (dvs., inom de första 24 h) och stadig vinster i kroppsvikt och fettmassa. Men en konsekvens av att maximera variation är att macronutrient och Mikronärande intag inte kontrolleras, en punkt en viss uppfattning som ett oöverstigligt fel15. Studier av diet-inducerad fetma oftare använda renad hög fetthalt (HF) eller kombinerade hög fetthalt, hög-socker (HFHS) dieter, som erbjuder exakt kontroll över näringsinnehåll och är mindre arbetsintensiva än CAF-modellen, som kräver daglig övervakning och noggrann planering och genomförande av tidtabellen. Den translationella relevansen av kommersiellt tillgängliga renade HF-Dieter är ett ämne för pågående debatt, eftersom deras fettsyraprofil och proportioner av fett och sackaros inte kan anpassa sig till mänskligt intag av kosten16. Medan CAF diet inte erbjuder samma grad av kontroll över näringsämnes sammansättning som renad kost, syftar det till att modellera den smaklighet och variation som kännetecknar matalternativ i de flesta moderna samhällen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Det protokoll som beskrivs här har optimerats för användning hos råttor. Medan vi har använt CAF diet framgångsrikt i möss17,18, mjuk mat slipning kan införa ytterligare fel att minska tillförlitligheten i födointag åtgärder19. Detta protokoll är godkänt av djuromsorg och etikkommittén vid University of New South Wales och uppfyller de australiska riktlinjerna för användning och skötsel av djur för vetenskapliga ändamål (8: e upplagan) som tillhandahålls av Australian National Health and Medicinska forskningsrådet.
Anmärkning: Mycket få negativa effekter har observerats i våra korttidsstudier (dvs. < 10 veckor AD libitum CAF-åtkomst); Det finns inga tecken på förändringar i allmänna välbefinnande, aktivitet, sällhet eller ångest-liknande beteende hos råttor på CAF diet20. Efter längre intervaller (> 16 veckor) mycket enstaka kardiovaskulära incidenter har observerats i CAF-Fed råttor.
1. djur acklimatisering och bostäder
- Acclimate råttor till anläggningen för 5 – 7 dagar efter ankomst med fri tillgång till kontroll kost och vatten. Hantera råttor dagligen börjar 24 h efter ankomsten; CAF diet innebär daglig interaktion med buren så regelbunden hantering är viktigt.
- Se till att alla burar förses med miljöberikning. En standard bur innehåller en röd polymetyl polymetylmetakrylat Box, häckande material och en trä tugga pinne, vilket är viktigt eftersom den mjuka livsmedel som tillhandahålls inom CAF diet kan resultera i råttor utveckla bettavvikelser utan tillgång till hårdare objekt att tugga.
- Innan du påbörjar CAF diet, tilldela burar till CAF eller Chow grupper och se till att dessa matchas för att starta kroppsvikt genom att jämföra medelvärdet och intervallet av kroppsvikter mellan grupper och omfördela vid behov. Som ljus exponering kan påverka dygnsrytmen, födointag och aktivitet, se CAF och Chow burar fördelas jämnt i kolonin rummet.
Anmärkning: Gnagare bildar sociala hierarkier när grupp-inrymt (särskilt män). Effekterna av social stress är delvis kontrollerade för genom att säkerställa råttor är inhysta med andra av en liknande kroppsvikt (för att minska mobbning i en bur). Dessutom, cafeteria diet bör fördelas jämnt runt buren så att alla råttor har tillgång till kosten.
2. Val av kost och inställning
-
Schemaläggning
- Säkerställ regelbunden Chow och vatten finns alltid tillgängliga och kompletteras med minst två söta och två salta objekt varje dag (ett exempel på ett veckoschema visas i tabell 1; matalternativ i 3 dagar som visas i figur 1). Valfria extramaterial är hög fetthalt, hög socker Chow och 10% sackaroslösning.
- Välj livsmedel inom varje kategori som är liknande i macronutrient proportioner: alla söta objekt är relativt högre i kolhydrater än fett och alla salta objekt är högre i fett än kolhydrater. Syftar till att ge liknande proportioner av fett, kolhydrater, socker och protein i varje daglig uppsättning av CAF livsmedel.
- Regelbundet övervaka konsumtionen i hela experimentet så att menyn kan skräddarsys, om det behövs, för att upprätthålla hyperfagi. Tabell 2 ger energitäthet och macronutrient information för flera exempel livsmedel, och föreslog utgångsbelopp för 200 g manliga Sprague Dawley rats.
- Undvik utfodring av någon enskild mat på flera dagar eller alltför ofta i en vecka, eftersom detta kan minska intaget av detta livsmedel. Om detta inträffar, utelämna maten från schemat för ett par dagar innan åter införliva.
Anmärkning: Råttor kan visa neofobi och de flesta nya livsmedel kräver upprepad exponering för att avgöra om de kommer att konsumeras. Råttor föredrar vanligtvis inte livsmedel som innehåller jäst (bröd, pizza, etc.) eller de med citrus eller kaffe smaker.
-
Våta livsmedel
- Överväg att presentera livsmedel som är högre i fukthalt i en behållare som en tonfisk tenn, för att undvika nedsmutsning av strö. Tomma behållare bör också tillhandahållas för att kontrollera burar om detta görs.
-
Diet Sourcing
- Se till att CAF livsmedel som används är häftklamrar eller få tillräckligt för hela experimentet så att livsmedel förblir konsekventa och behöver inte bytas.
-
Kost lagring
- Förvara livsmedel som anges på förpackningen eller vid-20 ° c och Tina kvällen före användning. Förvara torra varor (kex) i en lufttät behållare.
-
Sackaroslösning (tillval)
- Bered sackaroslösning, typiskt 10% (vikt/volym) i bulk (2 – 5 L) och förvara vid 4 ° c när den inte används.
- Byt ut sackaros flaskor varje vecka (minst) för att förhindra bakterie-eller svamp tillväxt. Inspektera flaskorna dagligen och Byt ut om tecken på tillväxt observeras.
Anmärkning: Sackaros tillhandahålls förutom vatten, som alltid finns.
3. cafeteria diet förberedelse
-
Avfrostning
- Ta ut lämpliga mängder av CAF Foods att Tina ~ 24 h före användning. Mat kan Tinas med hjälp av en mikrovågsugn, men bör inte presenteras under varm.
-
Daglig påfyllning av CAF diet
- Ändra CAF diet Foods Daily säkerställer att sorten är maximerad, och bur nedsmutsning minimeras. Som råttor äter det mesta av sitt dagliga intag i den initiala delen av den mörka cykeln, schema CAF mat påfyllning nära uppkomsten av den mörka schema så att maten är fräsch vid denna tid. Replenish CAF diet på en dag när födointag inte mäts.
- Mata Chow grupper på ett sätt som säkerställer att denna grupp har en liknande daglig upplevelse, enligt följande.
- Vänd vattenflaskorna runt (spouts upp), placera buren på arbetsytan och ta bort locket.
- Lätt störa sängkläder för cirka 20 s, att simulera processen att samla in livsmedel från sängkläder av CAF burar.
- Placera en liten handfull Chow pellets från maten Hopper i strö, att likställer exponering för mat på buren sängkläder.
- Returnera bur locket och återgå till racket, ersätter vattenflaskor endast när buren är fast för att minimera spill.
- Utfodring kafeterian grupper
- Förbered CAF diet objekt i en märkt behållare för varje bur.
- Vänd vattenflaskorna runt (spouts upp), placera buren på arbetsytan och ta bort locket.
- Ta bort så mycket av den gamla cafeterian diet från sängkläder som möjligt.
- Placera färskt cafeteria diet i buren.
- Stäng buren och återgå till racket.
- Byt ut vatten-och sackaroflaskorna.
Anmärkning: För att undvika att utsätta Chow rats till CAF diet, Överväg utfodring Chow burar innan CAF burar, eller vice versa. Handskar bör bytas mellan att hantera råttor från olika diet grupper.
- Upp Chow, vatten och sackaros flaskor som behövs. Att göra detta efter andra procedurer är effektivare eftersom lådorna är tyngre efter påfyllning av mat och vatten.
Anmärkning: CAF lådor jord snabbare och behöver bytas oftare för att undvika stress induceras av exponering för våta sängkläder samt starka dofter. Inspektera sängkläder dagligen och ändra efter behov.
4. födointag över 24 timmar
Anmärkning: Födointag mätningar utförs under en diskret 24 h period flera gånger per vecka.
- När du påbörjar CAF diet, mäta kroppsvikt och 24 h födointag minst två gånger per vecka för att övervaka effektiviteten av kosten. Börja födointag mätningar nära uppkomsten av den mörka fasen. Syftar till att presentera samma uppsättning CAF livsmedel på mat intag mätning dagar, som jämställa för smak och energi tätheter kommer att möjliggöra noggrann övervakning av förändringar över tiden.
Anmärkning: Detta kan inte vara möjligt för studier som kräver > 2 mätningar av födointag per vecka, som överdriven exponering för samma livsmedel kan minska hyperfagi över tid. -
CAF och kontroll kostintag åtgärder
- Förbered CAF diet och placera i en märkt behållare för varje bur, vägning och registrera varje komponent. Figur 1 visar en färdig uppsättning CAF-livsmedel. Tabell 3 består av ett exempel på födointag.
- Fyll på vatten, sackaros och Chow nivåer som krävs.
-
För Chow (kontroll) burar
- Vänd vattenflaskor runt (spouts upp), placera buren på arbetsytan och ta bort locket.
- Väg råttorna och sedan överföra dem till en bur med färska sängkläder, tillsammans med miljöberikning.
- Rekord vikt vattenflaskor och Chow.
- Byt ut bur locket, returnera buren till rack, och vrid sedan vattenflaskorna runt. Små skyltar som anger "FÖDOINTAG" kan läggas till buren för att meddela skötare och forskare att inte röra flaskor och Chow.
-
För CAF burar:
- Utför samma steg som i steg 4,3. Dessutom sprida den förvägda behållaren av CAF livsmedel runt buren med färska sängkläder innan råttor överförs.
- Lämna råttor under en 24 h period med minimal störning. Registrera eventuella oförutsedda störningar (t. ex. ankomsten av nya råttor till kolonin rummet, eller förändringar i omgivningsbuller).
-
Slutför mätning av födointag
- Rekord vikt vattenflaskor och Chow för Chow burar, noggrant söka sängkläder för bitar av Chow. Ta bort skylten "födointag" från burar när den är slutförd.
- Förbered färska CAF diet för CAF burar.
- För varje CAF-bur
- Rekord vikt vatten, Chow och sackaros.
- Ta bort bur locket och miljö berikningen.
- Ta försiktigt bort CAF fragment från sängkläder och placera i separata behållare. Ta bort de största bitarna först och sedan systematiskt sålla alla bur sängkläder från ena änden till den andra med hjälp av mild svepande rörelser.
Anmärkning: Tillämpa samma grad av omsorg på varje bur när du samlar mat. Rekord där en bur har varit särskilt rörigt-i vissa fall råttor kommer att slipa ner kakan och/eller kex i ett fint pulver som är svårt att samla in. Detta kan artificiellt blåsa upp födointag åtgärder. - Fördela den nya CAF kosten runt buren, returnera miljöberikning, stänga bur locket och returnera den till racket, ta bort "födointag" tecken.
- Rekord vikt för varje CAF mat till närmaste 0,1 g. subtrahera livsmedel som återstår från den ursprungliga mat vikten för att få total mat som konsumeras per bur, och sedan dividera med antalet råttor i varje låda (vilket förutsätter lika intag).
- Multiplicera förbrukad mängd (g/råtta) med energitätheten (kJ/g) för varje livsmedel som tillhandahålls av tillverkaren.
Anmärkning: För att beräkna macronutrient intag vi använder förutsätter energi tätheter på 16,7 kJ/g för kolhydrater och protein, och 37 kJ/g för fett.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Som visas i figur 2A, CAF diet utfodring ger en 2,5-faldig ökning av energiintaget i förhållande till Chow kontroller, baserat på data från tre kohorter av manliga Sprague Dawley råttor, som är konsekvent över 6 veckor. Andra studier har bekräftat att denna omfattning av hyperfagi upprätthålls under 1021 och 1622 veckors experiment. Vikt kurvan (figur 2B) indikerar att CAF diet utfodring leder till en 20% skillnad i genomsnittlig kroppsvikt jämfört med kontroll efter 3 – 4 veckors diet, jämförbar med kropps viktökning i enlighet med uppkomsten av fetma hos människor. Vid 6 veckor, genomsnittlig skillnad i kroppsvikt vinst mellan CAF och kontrollgrupper är 67% (figur 2C) och Adiposity, bestäms av echomri, är ungefär fördubblats (figur 2D). Cafeteria-Fed råttor vanligtvis äter 5 – 10% av sin dagliga energi som Chow (~ 5 g/råtta/dag).
Macronutrient intag profiler kan beräknas på födointag mätning dagar med hjälp av näringsmässiga information från produkt tillverkarna. Vi observerar konsekvent macronutrient intag över könen och åldrar, med CAF-Fed råttor konsumerar cirka 8% av energin som protein, 34% som fett och 58% som kolhydrater. Vårt underhåll Chow ger 22% protein, 13% fett och 65% kolhydrater. I förhållande till uppskattningar av macronutrient konsumtion i mänskliga populationer (18,3% protein, 44,9% kolhydrater och 30,9% fett i Australien23; 15,7% protein, 48,7% kolhydrater och 33,7% fett i Amerikas förenta stater24), våra CAF-Fed råttor förbrukar en lägre andel energi som protein, en högre andel som kolhydrater, och en jämförbar andel från fett. Emellertid, när man överväger absolut intag, CAF-Fed råttor överäta alla tre makronäringsämnen i förhållande till kontroller (figur 3A – C för män, figur 3D – F för kvinnor), vilket indikerar att de inte är proteinbrist. Snarare är macronutrient sammansättning resultat från den dramatiska hyperfagi framkallat, som drivs främst av överskott av kolhydrater och fettintag, inte vanligtvis observerats hos försökspersoner som tenderar att bli överviktiga och utveckla fetma mer gradvis.
En nyligen genomförd studie som vi genomfört tyder på att honråttor kan vara särskilt sårbara för de obesogena effekterna av CAF diet. Energiintaget var 3,8 gånger större hos CAF-utfodrade honor i förhållande till kontroller, som upprätthölls under 6 veckor (figur 4a). En 20% vikt skillnad mellan grupperna observerades efter endast 2 veckor av CAF exponering (figur 4B). Efter 6 veckors diet exponering, viktökning var 12 gånger större i CAF råttor (figur 4C) och fettmassa fördubblades (figur 4D) jämfört med friska kontroller. Förslaget om större känslighet för diet-inducerad viktökning hos kvinnor stöds av en tidigare studie av Sclafani och Gorman, som visade att en cafeteria diet inducerade betydligt större viktökning hos kvinnor än hos män25.
Att ge för lite av varje CAF livsmedel kan artificiellt begränsa mätningar av energiintaget. Detta är lättast åtgärdas genom att kontrollera att det finns viss mat kvar i CAF burar 24 h efter utfodring (när maten uppdateras). Figur 5 visar hur användningen av flera matset för födointag kan leda till betydande förändringar i macronutrient intag trots jämförbara totala energiintag. I detta fall berodde variationen främst på balansen mellan fett och kolhydrater mot bakgrund av ett konsekvent proteinintag. Analyser av de livsmedel som används indikerade att höga kolhydratintag observerades när en högt prioriterad kaka tillhandahölls. högre fettintag observerades när denna kaka var frånvarande.
Figur 1: exempel på cafeteria diet i tre dagar. CAF diet bör bestå av varierad mat varje dag för att inducera ihållande hyperfagi. Förbereda CAF livsmedel kan rationaliseras genom att placera varje bur mat till en utsedd behållare. Detta möjliggör enkel och läglig leverans till varje bur. Dag 1 = kyckling nuggets, nötkött smaksatt hundmat, choklad grädde kex, Jam roll, hög fetthalt renad diet. Dag 2 = kött paj, kyckling nuggets, Scotch finger kex, kola lera tårta. Dag 3 = dim sum, kyckling-smaksatt hundmat, vaniljsås grädde kex, blåbär cheesecake. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: representativa resultat i flera manliga kohorter. CAF diet ger en konsekvent ökning av energiintaget (a), och kroppsvikt (B) över 6 veckor hos manliga vuxna råttor. Detta åtföljs av signifikanta ökningar av viktökning (C) och fettmassa (D) vid bedömning av echomri vid 4 veckors diet. Data representeras som medelvärde ± SEM; n = 48 för enskilda data; n = 12 för energi intags data (bur som analysenhet). Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: macronutrient intag i flera manliga kohorter. CAF kost exponering ökar det totala intaget av kolhydrater (a), fett (B) och protein (C) för hanråttor. Dessa ökningar är jämförbara hos honråttor för kolhydrater (D), fett (E) och protein (F) intag. Data representeras som medelvärde ± SEM; n = 12 eller n = 4 burar (hanar respektive honor) i genomsnitt under 6 veckor. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: representativa resultat i en kvinnlig kohort. Cafeteria diet ger en konsekvent ökning av energiintaget (a) och kroppsvikt (B) över 6 veckor hos honvuxna råttor. Efter 6 veckors diet observeras också en betydande skillnad i viktökning (C) och fettmassa (D). Data representeras som medelvärde ± SEM; n = 12 för enskilda data; n = 4 för data om energiintag. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: macronutrient intag över tiden. Använda flera matset för att bedöma födointag kan leda till skillnader i macronutrient intag över tiden ges skillnader i individuella preferenser i en kohort av hanråttor. Data representeras som medelvärde ± SEM; n = 4 burar. Observera att övergripande macronutrient intag matchar mönstret vanligtvis observerats; CAF-Fed råttor konsumeras 60% energi som kolhydrater, 33% fett och 8% protein, som energi. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Måndag | Tisdag | Onsdag | Torsdag | Fredag | Lördag | Söndag | |
| DAGLIGA LIVSMEDEL | Friska Chow och drickbar vatten | ||||||
| Tårta | A | D | B | A | C | B | E |
| PROTEIN 1 | A | C | D | A | C | D | A |
| PROTEIN 2 | B | B | A | B | B | A | C |
| Cookie | B | A | C | B | D | C | A |
| VALFRIA YTTERLIGARE DAGLIGA LIVSMEDEL | HFHS Chow, 10% sackaroslösning | ||||||
Tabell 1: exempel veckovis mat plan för cafeterian diet. Den CAF diet främjar hyperfagi genom att tillhandahålla en mängd välsmakande livsmedel som varierar dagligen, som visas i detta exempel veckans mat plan. Brev A-E betecknar unika livsmedel för den livsmedelsgruppen (till exempel, kaka en kan beteckna choklad lera kaka och kaka B vanilj svamp). Matintag dagar, skuggade i grått, bör placeras jämnt över veckan och helst hållas så konsekvent som möjligt. Medan CAF diet alltid innehåller kontinuerlig tillgång till friska Chow och vatten, valfria ytterligare dagliga livsmedel kan inkludera HF eller HFHS Chows, och 10% sackaroslösning.
| PER 100g (härledd från tillverkaren) | ENERGI PER 1G | Rekommenderat startvärde (kJ/råtta) | |||||||||||
| Mat | Energi (kJ) | Protein (g) | Totalt fett (g) | Mättat fett (g) | Totalt kolhydrat (g) | Socker (g) | Energi (kJ/g) | Protein (kJ) | Totalt fett (kJ) | Mättat fett (kJ) | Totalt kolhydrat (kJ) | Socker (kJ) | |
| Protein A | 830,00 | 6,00 | 6,10 | 3,20 | 28,90 | 2,20 | 8,19 | 1,02 | 2,26 | 1,18 | 4,91 | 0,37 | 350,00 |
| Protein B | 906,00 | 7,30 | 11,10 | 4,60 | 21,10 | 1,80 | 8,94 | 1,24 | 4,11 | 1,70 | 3,59 | 0,31 | 350,00 |
| Kaka en | 1470,00 | 4,60 | 13,30 | 3,70 | 52,40 | 33,10 | 14,61 | 0,78 | 4,92 | 1,37 | 8,91 | 5,63 | 200,00 |
| Cake B | 1660,00 | 4,00 | 18,40 | 4,30 | 53,60 | 36,30 | 16,60 | 0,68 | 6,81 | 1,59 | 9,11 | 6,17 | 200,00 |
| Cookie A | 1920,00 | 4,30 | 20,60 | 12,70 | 63,20 | 33,20 | 19,10 | 0,73 | 7,62 | 4,70 | 10,74 | 5,64 | 200,00 |
| Cookie B | 2040,00 | 5,70 | 21,00 | 11,20 | 8,50 | 4,10 | 10,18 | 0,97 | 7,77 | 4,14 | 1,45 | 0,70 | 200,00 |
Tabell 2: näringsvärdesinformation för utvalda matvaror i cafeterian. Denna tabell visar näringsinformation som erhållits för flera kärn objekt i CAF diet. Det är viktigt att se till att de dagliga alternativen ger liknande macronutrient availabilities, och att råttor har tillgång till adekvat protein. För varje daglig uppsättning av livsmedel som används, är det bra att beräkna den totala energitätheten och macronutrient innehåll. Den sista kolumnen innehåller den rekommenderade startvolymen för varje livsmedel (som energi per råtta) för manliga Sprague Dawley råttor vid 200 g.
| Bur | VATTEN (g) | CHOW (g) | Tårta A (g) | Protein A (g) | Protein B (g) | Cookie B (g) | ||||||
| I | UT | I | UT | I | UT | I | UT | I | UT | I | UT | |
| 1 (CHOW) | ||||||||||||
| 2 (CAF) | ||||||||||||
| 3 (CHOW) | ||||||||||||
| 4 (CAF) | ||||||||||||
Tabell 3: exempel på födointag. Vikten av varje CAF mat objekt (g, per bur) bör noggrant registreras på ett kalkylblad.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Genom att utsätta råttor till en mängd mycket välsmakande livsmedel med hög fetthalt och socker, CAF diet Protocol beskrivs här ger en tillförlitlig och robust modell av den så kallade "västerländska diet" äts av många människor. Hyperfagi — bedöms som en signifikant ökning av energiintaget i förhållande till kontroller – observeras inom de första 24 h exponeringen, med statistiskt signifikanta skillnader i kroppsvikt sett inom några veckor. Således är CAF en effektiv modell av diet-inducerad fetma för gnagare.
Flera studier har rapporterat att CAF-stil Dieter producera en mer överdriven fetma fenotyp än renas HF eller HFHS Dieter. Sampey et al.26 visade att i förhållande till råttor matas en HF diet, CAF exponering ledde till större lever och fettvävnad inflammation, sämre glukostolerans och mer insulinresistens. Medan denna studie använde en Lard-baserade HFD, två andra experiment fann att CAF kost ökade Adiposity i förhållande till HFDs baserat på smör27 och kokosolja28. Likaså fann Higa et al. att medan både HF och CAF kost ökade visceral fett i förhållande till kontroll diet hos möss, endast CAF ökat födointag och accelererat uppkomsten av hyperglykemi, glukosintolerans och insulinresistens29. En annan studie på möss rapporterade att förutom mer uttalade metabola effekter, CAF exponering ökade incidensen av lever och hjärtsjukdomar (fibros, steatos och apoptos åtgärder) i förhållande till en renad HFD30. Emellertid, senaste arbete har visat att en särskilt formulerad "västerländsk kost" producerade starkare effekter på metaboliska, fett och inflammatoriska åtgärder än en traditionell CAF diet31. Ytterligare arbete som identifierar hur olika typer av fetmafrämjande Dieter påverkar metabola resultat behövs, eftersom det finns begränsade data jämföra cafeteria Dieter med renad kost rik på socker, eller hög i både socker och fett.
Merparten av vårt arbete med denna modell har varit med outavlade Sprague-Dawley rats. CAF-protokollet har optimerats för att undersöka de metabola effekterna32 av den moderna livsmedels miljön. Vi har använt denna modell för att studera mikrostruktur utfodring över dagen22, intermittent tillgång modeller av "bingeing"33 och i experiment där energiintag är spände att kontrollera nivåer34. Nyare studier har undersökt kost effekter på kognition20,35 och tarmen mikrobiomet36,37. Versioner av CAF diet har också använts för att studera maternell fetma38 och att undersöka utfodring svar på hypotalamus utfodring peptider i fetma14.
Det är viktigt att notera att även om det finns en stor mängd bevis som tyder på att cafeterian kosten inducerar hyperfagi och fetma hos råttor och möss, dessa studier har till stor del genomförts i outavlade Sprague Dawley13,14, 20,39,40,41,42 och Wistar6,26,31,43,44 råttor, med relativt få studier utförda i Balb/c17,18 och schweiziska45,46 möss samt andra gnagare stammar. Därför är det okänt om effekterna av cafeteria diet som rapporteras i litteraturen kommer att observeras i andra stammar, särskilt eftersom det finns kända stam skillnader som svar på fetmafrämjande Dieter hos både råttor47,48 och möss49. Dessutom, startålder och vikt är också viktiga metodologiska faktorer som kan modulera effekterna av fetmafrämjande Dieter på metabola resultat25. De flesta av våra tidigare arbete har startat råttor på CAF diet i tidig vuxen ålder, inklusive de studier som genererar representativa uppgifter som rapporteras här.
Flera lokala faktorer bör också övervägas. Den matschema som föreslås här kan behöva ändras när du konfigurerar CAF diet för användning med en annan stam eller leverantör. Lokala livsmedel kommer att avgöra de specifika CAF livsmedel som ska användas och konsumtion bör övervakas noggrant varje gång en ny mat introduceras. Näringsinformation som tillhandahålls på matförpackningar måste bevaras och kontrolleras över tid för att säkerställa att macronutrient beräkningar är korrekta.
Lyckad applicering av CAF-modellen kräver noggrann planering och daglig övervakning av burar. Ytterligare tid behövs för att köpa, Tina och förbereda matvaror dagligen, och födointag mätning dagar är arbetsintensiva. Dessa faktorer kan utgöra logistiska begränsningar och bör övervägas vid utvärderingen av modellen för användning. Forskare som är intresserade av att anpassa CAF-modellen bör därför överväga att den pålitliga hyperfagi och fetma fenotyp observerats med CAF kommer med minskad kontroll över näringsintag och ökad förberedelsetid.
Flera begränsningar av CAF-modellen är viktiga att tänka på. Eftersom denna modell tillåter gnagare att välja livsmedel, macronutrient intag kan inte bestämmas för enskilda råttor om inte enskilda bostäder är anställd. Medan det genomsnittliga macronutrient intaget över kohorter är relativt stabilt, vi Observera variationer i råttor ' metabola svar på CAF diet inom kohorter, som kan relatera till skillnader i individuell diet urval. Dessutom är CAF kost objekt inte berikas, vilket innebär Mikronärande tillgänglighet kan vara låg. Emellertid, våra råttor har alltid tillgång till friska, näringsmässigt komplett Chow (som vanligtvis omfattar 5 – 7% av energiintaget) och är försedda med näringsmässigt komplett hund rulle som en välsmakande mat på 3 – 4 dagar per vecka. Det är också viktigt att notera att låg Mikronärande tillgänglighet observeras i mänsklig västerländsk kost rik på fett och socker, och en stor andel av vuxna med fetma visar Mikronärande brist50.
Det finns också flera viktiga förbehåll att notera om födointag mätning. Eftersom det är omöjligt att hitta alla fragment av livsmedel är det viktigt att se till att ett identiskt förfarande används för varje bur. Som födointag mäts på per bur basis, analyserar vi energiintag med bur som analysenhet, förutsatt lika konsumtion för alla råttor inom. Men eftersom modellen är uttryckligen utformad för att maximera val och variation, totala energiintag, macronutrient och Mikronärande profiler för enskilda CAF råttor kommer sannolikt att variera. Icke desto mindre, detta ger en möjlighet att studera individuella skillnader i konsumtion av, och metabola svar på, CAF diet. Ytterligare studier att jämföra åldersmatchade manliga och kvinnliga gnagare över hela livslängden kommer att vara viktigt att fullt ut karakterisera könsskillnader som svar på kosten. Slutligen, gnagare modeller kan inte-och försöker inte-återskapa komplexa spektrum av ekonomiska, psykologiska och sociala faktorer som påverkar mänskligt ätande beteende. Men med tanke på homolog neurala ström underliggande utfodring beteende över däggdjur, och liknande fysiologiska svar på positiv energibalans (dvs, i deposition av fett och förändrad metabolisk funktion), tror vi denna modell har värde i förstå hur dålig kost och fetma förändra kroppen och hjärnans funktion.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar inga konkurrerande intressen eller avslöjanden.
Acknowledgments
Arbetet stöddes av NHMRC projektbidrag (#568728, #150262, #1126929) till MJM.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-5 L plastic bottle | For preparing 10% sucrose solution, if applicable | ||
| Chopping board | Plastic is advised | ||
| Freezer | For storing CAF foods | ||
| Gordon's maintenance rodent chow | Gordon's Specialty Stockfeeds (Australia) | Maintenance diet used in our laboratory (14 kJ/g; 65% carb, 13% fat and 22% protein, as energy) | |
| Large plastic storage boxes | All items above can be stored in containers for easy access | ||
| Large spoon | For CAF diet preparation | ||
| Microwave | For CAF diet thawing (when required) | ||
| Non-serrated knife | For CAF diet preparation | ||
| Paper towel | Important for cleaning work surfaces and the knife during CAF prep | ||
| Plastic containers | These are for weighing CAF food items on measurement days | ||
| Plastic funnel | For preparing 10% sucrose solution, if applicable | ||
| Red light | As CAF diet should be refreshed near the onset of the dark phase each day, a red light will assist when working in the dark | ||
| Tuna tins | For presenting 'wetter' CAF food items. Plastic containers may also be suitable | ||
| Weigh container x 3 | Separate containers should be used to weigh rats, chow & bottles, and CAF foods | ||
| Weighing scale | Sensitivity to 0.1 g is recommended | ||
| White sugar | For 10% sucrose solution, if applicable |
References
- Swinburn, B. A., et al. The Global Syndemic of Obesity, Undernutrition, and Climate Change: The Lancet Commission report. Lancet. 393 (10173), 791-846 (2019).
- Australian Institute of Health and Welfare. Vol. Cat. no. PHE 215. , AIHW. Canberra. (2017).
- GBD Diet Collaborators. Health effects of dietary risks in 195 countries, 1990-2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. Lancet. , 30041-30048 (2019).
- Treit, D., Spetch, M. L., Deutsch, J. A. Variety in the flavor of food enhances eating in the rat: a controlled demonstration. Physiology & Behavior. 30 (2), 207-211 (1983).
- Rolls, B. J. Experimental analyses of the effects of variety in a meal on human feeding. American Journal of Clinical Nutrition. 42, 5 Suppl 932-939 (1985).
- Louis-Sylvestre, J., Giachetti, I., Le Magnen, J. Sensory versus dietary factors in cafeteria-induced overweight. Physiology & Behavior. 32 (6), 901-905 (1984).
- Naim, M., Brand, J. G., Kare, M. R., Carpenter, R. G. Energy Intake, Weight Gain and Fat Deposition in Rats Fed Flavored, Nutritionally Controlled Diets in a Multichoice ("Cafeteria") Design. The Journal of Nutrition. 115 (11), 1447-1458 (1985).
- Sclafani, A., Springer, D. Dietary obesity in adult rats: similarities to hypothalamic and human obesity syndromes. Physiology & Behavior. 17 (3), 461-471 (1976).
- Rolls, B. J., Rowe, E. A., Turner, R. C. Persistent obesity in rats following a period of consumption of a mixed, high energy diet. Journal of Physiology. 298, 415-427 (1980).
- Prats, E., Monfar, M., Castella, J., Iglesias, R., Alemany, M. Energy intake of rats fed a cafeteria diet. Physiology & Behavior. 45 (2), 263-272 (1989).
- Rogers, P. J., Blundell, J. E. Meal patterns and food selection during the development of obesity in rats fed a cafeteria diet. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 8 (4), 441-453 (1984).
- Rothwell, N. J., Stock, M. J. Thermogenesis induced by cafeteria feeding in young growing rats. Proceedings of the Nutrition Society. 39 (2), 45 (1980).
- Hansen, M. J., Ball, M. J., Morris, M. J. Enhanced inhibitory feeding response to alpha-melanocyte stimulating hormone in the diet-induced obese rat. Brain Research. 892 (1), 130-137 (2001).
- Hansen, M. J., Schioth, H. B., Morris, M. J. Feeding responses to a melanocortin agonist and antagonist in obesity induced by a palatable high-fat diet. Brain Research. 1039 (1-2), 137-145 (2005).
- Moore, B. J. The cafeteria diet--an inappropriate tool for studies of thermogenesis. The Journal of Nutrition. 117 (2), 227-231 (1987).
- Speakman, J. R. Use of high-fat diets to study rodent obesity as a model of human obesity. International Journal of Obesity (London). , 0363-0367 (2019).
- Hansen, M. J., et al. The lung inflammation and skeletal muscle wasting induced by subchronic cigarette smoke exposure are not altered by a high-fat diet in mice. PLoS One. 8 (11), 80471 (2013).
- Chen, H., Iglesias, M. A., Caruso, V., Morris, M. J. Maternal cigarette smoke exposure contributes to glucose intolerance and decreased brain insulin action in mice offspring independent of maternal diet. PLoS One. 6 (11), 27260 (2011).
- Cameron, K. M., Speakman, J. R. The extent and function of 'food grinding' in the laboratory mouse (Mus musculus). Laboratory Animals. 44 (4), 298-304 (2010).
- Beilharz, J. E., Kaakoush, N. O., Maniam, J., Morris, M. J. Cafeteria diet and probiotic therapy: cross talk among memory, neuroplasticity, serotonin receptors and gut microbiota in the rat. Molecular Psychiatry. 23 (2), 351-361 (2018).
- South, T., Holmes, N. M., Martire, S. I., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Rats eat a cafeteria-style diet to excess but eat smaller amounts and less frequently when tested with chow. PLoS One. 9 (4), 93506 (2014).
- Martire, S. I., et al. Extended exposure to a palatable cafeteria diet alters gene expression in brain regions implicated in reward, and withdrawal from this diet alters gene expression in brain regions associated with stress. Behavioral Brain Research. 265, 132-141 (2014).
- Grech, A., Rangan, A., Allman-Farinelli, M. Macronutrient Composition of the Australian Population's Diet; Trends from Three National Nutrition Surveys 1983, 1995 and 2012. Nutrients. 10 (8), (2018).
- Austin, G. L., Ogden, L. G., Hill, J. O. Trends in carbohydrate, fat, and protein intakes and association with energy intake in normal-weight, overweight, and obese individuals: 1971-2006. American Journal of Clinical Nutrition. 93 (4), 836-843 (2011).
- Sclafani, A., Gorman, A. N. Effects of age, sex, and prior body weight on the development of dietary obesity in adult rats. Physiology & Behavior. 18 (6), 1021-1026 (1977).
- Sampey, B. P., et al. Cafeteria diet is a robust model of human metabolic syndrome with liver and adipose inflammation: comparison to high-fat diet. Obesity (Silver Spring). 19 (6), 1109-1117 (2011).
- Buyukdere, Y., Gulec, A., Akyol, A. Cafeteria diet increased adiposity in comparison to high fat diet in young male rats. PeerJ. 7, 6656 (2019).
- Oliva, L., et al. In rats fed high-energy diets, taste, rather than fat content, is the key factor increasing food intake: a comparison of a cafeteria and a lipid-supplemented standard diet. PeerJ. 5, 3697 (2017).
- Higa, T. S., Spinola, A. V., Fonseca-Alaniz, M. H., Evangelista, F. S. Comparison between cafeteria and high-fat diets in the induction of metabolic dysfunction in mice. International Journal of Physiology, Pathophysiololgy and Pharmacology. 6 (1), 47-54 (2014).
- Zeeni, N., Dagher-Hamalian, C., Dimassi, H., Faour, W. H. Cafeteria diet-fed mice is a pertinent model of obesity-induced organ damage: a potential role of inflammation. Inflammation Research. 64 (7), 501-512 (2015).
- Bortolin, R. C., et al. A new animal diet based on human Western diet is a robust diet-induced obesity model: comparison to high-fat and cafeteria diets in term of metabolic and gut microbiota disruption. International Journal of Obesity (London). 42 (3), 525-534 (2018).
- Hansen, M. J., Jovanovska, V., Morris, M. J. Adaptive responses in hypothalamic neuropeptide Y in the face of prolonged high-fat feeding in the rat. Journal of Neurochemistry. 88 (4), 909-916 (2004).
- Martire, S. I., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Effects of long-term cycling between palatable cafeteria diet and regular chow on intake, eating patterns, and response to saccharin and sucrose. Physiology & Behavior. 139, 80-88 (2015).
- Shiraev, T., Chen, H., Morris, M. J. Differential effects of restricted versus unlimited high-fat feeding in rats on fat mass, plasma hormones and brain appetite regulators. Journal of Neuroendocrinology. 21 (7), 602-609 (2009).
- Beilharz, J. E., Maniam, J., Morris, M. J. Short exposure to a diet rich in both fat and sugar or sugar alone impairs place, but not object recognition memory in rats. Brain, Behavior and Immunity. 37, 134-141 (2014).
- Bhagavata Srinivasan, S. P., Raipuria, M., Bahari, H., Kaakoush, N. O., Morris, M. J. Impacts of Diet and Exercise on Maternal Gut Microbiota Are Transferred to Offspring. Frontiers in Endocrinology. 9, 716-716 (2018).
- Kaakoush, N. O., et al. Alternating or continuous exposure to cafeteria diet leads to similar shifts in gut microbiota compared to chow diet. Molelcular Nutrition & Food Research. 61 (1), (2017).
- Raipuria, M., Bahari, H., Morris, M. J. Effects of maternal diet and exercise during pregnancy on glucose metabolism in skeletal muscle and fat of weanling rats. PLoS One. 10 (4), 0120980 (2015).
- Beilharz, J. E., Maniam, J., Morris, M. J. Short-term exposure to a diet high in fat and sugar, or liquid sugar, selectively impairs hippocampal-dependent memory, with differential impacts on inflammation. Behavioral Brain Research. 306, 1-7 (2016).
- Darling, J. N., Ross, A. P., Bartness, T. J., Parent, M. B. Predicting the effects of a high-energy diet on fatty liver and hippocampal-dependent memory in male rats. Obesity (Silver Spring). 21 (5), 910-917 (2013).
- Gomez-Smith, M., et al. Reduced Cerebrovascular Reactivity and Increased Resting Cerebral Perfusion in Rats Exposed to a Cafeteria Diet. Neuroscience. 371, 166-177 (2018).
- Martire, S. I., Holmes, N., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Altered feeding patterns in rats exposed to a palatable cafeteria diet: increased snacking and its implications for development of obesity. PLoS One. 8 (4), 60407 (2013).
- Del Bas, J. M., et al. Alterations in gut microbiota associated with a cafeteria diet and the physiological consequences in the host. International Journal of Obesity (London). 42 (4), 746-754 (2018).
- Ferreira, A., Castro, J. P., Andrade, J. P., Dulce Madeira, M., Cardoso, A. Cafeteria-diet effects on cognitive functions, anxiety, fear response and neurogenesis in the juvenile rat. Neurobiology of Learning and Memory. 155, 197-207 (2018).
- Ribeiro, A., Batista, T. H., Veronesi, V. B., Giusti-Paiva, A., Vilela, F. C. Cafeteria diet during the gestation period programs developmental and behavioral courses in the offspring. International Journal of Developmental Neuroscience. 68, 45-52 (2018).
- Leffa, D. D., et al. Effects of Acerola (Malpighia emarginata DC.) Juice Intake on Brain Energy Metabolism of Mice Fed a Cafeteria Diet. Molecular Neurobiology. 54 (2), 954-963 (2017).
- Mn, M., Smvk, P., Battula, K. K., Nv, G., Kalashikam, R. R. Differential response of rat strains to obesogenic diets underlines the importance of genetic makeup of an individual towards obesity. Scientific Reports. 7 (1), 9162 (2017).
- Schemmel, R., Mickelsen, O., Gill, J. L. Dietary obesity in rats: Body weight and body fat accretion in seven strains of rats. The Journal of Nutrition. 100 (9), 1041-1048 (1970).
- Montgomery, M. K., et al. Mouse strain-dependent variation in obesity and glucose homeostasis in response to high-fat feeding. Diabetologia. 56 (5), 1129-1139 (2013).
- Krzizek, E. C., et al. Prevalence of Micronutrient Deficiency in Patients with Morbid Obesity Before Bariatric Surgery. Obesity Surgery. 28 (3), 643-648 (2018).
