Модель ожирения, вызванного диетой — Diet-induced obesity model
Модель ожирения, индуцированного диетой ( модель DIO ) — это модель на животных, используемая для изучения ожирения с использованием животных, у которых ожирение вызвано диетами с высоким содержанием жиров или высокой плотностью. Он призван имитировать наиболее частую причину ожирения у людей. Обычно в этих моделях используются мыши, крысы, собаки или приматы. Затем этих животных можно использовать для изучения ожирения in vivo , сопутствующих заболеваний и других родственных заболеваний. Пользователи таких моделей должны учитывать продолжительность и тип диеты (например, гидратированные гели или сухие гранулы), а также условия окружающей среды и возраст животных, поскольку каждая из них может способствовать разной массе тела, процентному содержанию жира или поведению .
Под влиянием всемирной эпидемии ожирения , особенно в западном мире, модель DIO стала неотъемлемой частью понимания взаимосвязи между диетами с высоким содержанием жиров / высокой плотности и ожирением, включая открытие Akt и mTOR , сигналов в организме, связанных с ожирение и инсулинорезистентность . Однако, хотя многие идеи о контроле ожирения были получены в результате экспериментов с момента его появления в 1949 году, использование моделей на животных ограничивает нашу способность экстраполировать результаты на людей.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Модель DIO была разработана в ответ на растущую озабоченность по поводу последствий ожирения для здоровья, а также в связи с быстрым ростом уровня ожирения в странах по всему миру. Таким образом, модель была разработана для создания контролируемой среды для изучения того, как развивается ожирение, а также его последствий. Модель использовалась еще в 1949 году, и ее применение и цели широко распространились.
| Дата | Мероприятие |
|---|---|
| Сентябрь 1978 г. | Первое исследование было проведено, чтобы найти корреляцию между ожирением и вкусной пищей с высоким содержанием жиров и липидов, но никакого вывода сделать не удалось. |
| 1982 г. | Изучение влияния ожирения на симпатическую нервную систему крыс, а именно на артериальное давление. Было обнаружено, что ожирение оказывает стимулирующее действие, повышая кровяное давление и увеличивая риск гипертонии. |
| 1995 г. | Исследование, проведенное с целью изучения экспрессии гена ob в жировой ткани крыс посредством контроля их рациона. Исследование также проверило влияние диабета на экспрессию генов. |
| Июнь 2002 г. | Геттингенское «пилотное» исследование мини-свиней: опубликованная статья о трехмесячном эксперименте по тестированию модели без грызунов, чтобы увидеть, можно ли принять результаты в исследовании DIO или сравнить с результатами тех исследований, в которых тестировались грызуны. |
| 2007 г. | Продолжение исследований ожирения, вызванного диетой, привело к исследованию крыс в качестве потенциального модельного объекта. Это геномное исследование вызвало ожирение у крыс и впоследствии проанализировало микроматрицы РНК, чтобы охарактеризовать метаболический ответ крыс и результирующую чувствительность к инсулину. |
| 2009 г. | Модель используется для того, чтобы бросить вызов представлениям о причинах ожирения среди населения, поскольку группа ученых решила проверить представление о том, что ожирение является результатом переедания и его можно контролировать, ограничивая размер еды. |
| 2010 г. | Продолжая тенденцию использования модели для определения причин ожирения, группа исследователей замечает изменения в диетах некоторых американцев и проводит эксперимент, чтобы понять, почему ожирение увеличилось, когда потребление жира снизилось. Для этого они исследуют связь между типами жира, временем приема пищи и размером и набором веса, а также обратимость ожирения, вызванного диетой. |
| Июль 2011 г. | Различные диетические стимулы: диеты, отличающиеся от гиперлипической, гиперкалорийной, богатой холестерином и столовой, были протестированы на грызунах, чтобы увидеть, какие из них больше всего повлияли на размер тела, и определить различия между метаболическими реакциями у грызунов и людей. |
| 2012 г. | В исследовании 2012 года дополнительно изучалась жизнеспособность модели ожирения, вызванного диетой, путем тестирования нескольких мышей на их реактивность на высококалорийную диету. Полученные данные показали, что некоторые мыши (мышь B6) реагировали на ожирение, вызванное диетой, наиболее аналогично людям в отношении нескольких параметров, включая содержание жира, относительный размер органов и общий состав тела. |
Другие причины ожирения
Социальные детерминанты
Социальные и экологические детерминанты также могут вызывать ожирение. Социальный класс может повлиять на индивидуальный доступ к правильному образованию в области питания и может препятствовать способности человека делать выбор в пользу здорового образа жизни. Кроме того, в выборках женщин и детей из малообеспеченных семей также были выявлены более высокие показатели ожирения из-за стресса. Воздействие загрязняющих веществ, таких как дым и вторичный дым, также показало прямую корреляцию с ожирением.
Кишечные бактерии
Исследования взаимосвязи между инфекционными агентами и увеличением веса показывают, что определенные виды кишечной флоры могут влиять на метаболические процессы. Эта корреляция связывает эти кишечные бактерии с неспособностью переваривать сложные полисахариды. Было показано, что некоторые вирусы, в частности аденовирус AD-36 , увеличивают жировые отложения у лабораторных животных.
Сидячий образ жизни
Жить малоподвижный образ жизни является одним из ведущих факторов в возникновении ожирения. По состоянию на 2016 год более 30% людей в мире не получают достаточного количества упражнений.
Генетическое ожирение
Генетические мутации в генах мониторинга обмена веществ и аппетит предрасполагают людей к ожирению. Различные синдромы, приводящие к генетическому полиморфизму, приводят к ожирению. Несколько примеров распространенными являются: синдром Прадера-Вилли , синдром Барде-Бидля , синдром Коэна и синдром МОМО .
Прочие болезни
Множественные психические и физические заболевания, а также некоторые лекарства, которые лечат такие заболевания, могут увеличить риск ожирения. Некоторые примеры других заболеваний — гипотиреоз , синдром Кушинга и дефицит гормона роста .
Ограничения
На ожирение влияет «экологическое, биологическое и психосоциальное давление», поэтому понятно, что при переводе результатов между результатами лабораторной модели ожирения, индуцированной диетой, и людьми, устанавливаются некоторые ограничения. Хотя модели являются важным методом исследования влияния ожирения и тестирования на наркотики, важно понимать пределы общей способности модели походить на патофизиологию человеческого ожирения . Такие ограничения можно разделить на три широкие категории — биологические, диетические и экспериментальные различия — факторы, включая, помимо прочего, генетический состав вида или линии, среду, в которой содержится образец (температура, свет, количество животных ), возраст, пол , продолжительность эксперимента, а также состав или тип рациона, скармливаемого животным.
Биологические
Многочисленные источники биологических вариаций возникают у грызунов еще до того, как рассматривается возможность передачи результатов людям. Например, возраст, в котором мыши переходят на диету с высоким содержанием жиров, сильно влияет на метаболические эффекты. В линии мышей, наиболее часто используемой для моделей DIO, C57BL / 6J , мыши, которые начали диету в возрасте 10 недель, показали меньшее увеличение массы тела и холестерина, чем мыши, начавшие в возрасте 54 недель, несмотря на тот же тип диеты и продолжительность. Точно так же у 6-недельных мышей не развился диабет типа, в то время как у 7-8-месячных мышей действительно развился диабет из-за различий в активности β-клеток .
Кроме того, вид и пол грызуна влияют на реакцию модели. У некоторых распространенных линий мышей уровень устойчивости к ожирению сильно различается. Дальнейшие вариации видны, когда также учитывается пол; самцы линии S5B / P1 показали прибавку в весе на 12%, в то время как самки не прибавили в весе совсем. Даже в пределах одного штамма можно увидеть большое количество вариаций фенотипа , несмотря на то, что каждая мышь имеет идентичный генетический фон, что значительно затрудняет воспроизводимость .
Это привело к случаям исследований, в которых использовался один и тот же штамм мышей, к выводу, что в одном исследовании этот штамм склонен к ожирению, а в другом — устойчив. Таким образом, несмотря на тот факт, что изменчивость явно присутствует у людей, изменчивость у мышей снова отрицательно сказывается на воспроизводимости результатов, полученных на модели ожирения, вызванного диетой.
Когда применяется функциональная геномика , обнаруживается несколько общих черт между экспрессией генов DIO по сравнению с контрольными грызунами и людей с ожирением и без ожирения. Это особенно верно в случае регуляции глюкозы , которая сильно мешает возможности применения результатов модели DIO к людям, особенно для разработки лекарств .
Диетический
Были проведены эксперименты с диетой с высоким содержанием жиров, которые проводились на грызунах, осознавая трудности интерпретации литературного состава диеты с высоким содержанием жиров в реальных экспериментах.
Исследования показали, что при различных источниках и типах жиров сложно определить модель диеты с высоким содержанием жиров, которая может как напоминать человеческую пищу, так и точно определять количество питательных веществ. Фактически, недавние исследования предпочитают использовать очищенные ингредиенты для изучения влияния каждой диеты на метаболизм грызунов и их фенотип .
Результаты, полученные у экспериментальных грызунов, которых кормили рационом с высоким содержанием жиров, состоящим из различных ингредиентов и очищенного ингредиента, значительно различаются. Кроме того, источники жира были разнообразными: от сливочного масла, говяжьего сала и сала до растительных и рыбьих жиров. Эффект набора веса у мышей при кормлении тех, кто придерживается диеты с высоким содержанием говяжьего жира, в 1,38 раза более заметен, чем при кормлении их маслом канолы .
Кроме того, они оба могут быть найдены в рационе грызунов и людей. Исследователи создали модели для изучения углеводов и белков . Однако различия в результатах этих моделей вызвали трудности с интерпретацией и установлением связи с человеческим случаем. Согласно обзору Nutrition & Diet, было проведено несколько исследований, в которых игнорировались различия в составе питательных веществ между контрольной диетой и диетой с высоким содержанием жиров, но сравнивалось выражение фенотипа этих двух групп, чтобы сделать вывод о влиянии гиперкалорийных диет на ожирение.
Подобно жирам ( липидам ), источники белка и углеводов также вносят существенный вклад в результаты диет с высоким содержанием жиров и контрольных диет группы грызунов. Например, казеин вызывает больший набор веса по сравнению с соей. Более того, разные линии мышей могут давать противоречивые результаты, даже если они обе получают одинаковое соотношение белков и углеводов. Помимо белка, фруктоза , углевод , влияет на отложение жира , уровни инсулина в плазме, лептина , щитовидной железы , эстрадиола и кортикостерона , липогенез и липолиз в жировой ткани крысы. Однако «подслащенные глюкозой напитки» не оказали такого значительного влияния, как «подслащенные фруктозой напитки», в стимулировании висцерального жира, наборе веса, прерывании синтеза липидов и нарушении процесса восстановления липопротеинов.
Учитывая разнообразие продуктов питания человека и индивидуальную метаболическую способность каждого человека, результаты тестирования диеты, вызывающей ожирение, у грызунов ограничены с точки зрения переносимости . Кроме того, диетические компоненты обеспечат целый спектр результатов, поскольку оба типа диет — одна со смесью ингредиентов — «кафетерий» и другая с заранее определенными ингредиентами , по-разному влияют на метаболизм организма.
Экспериментальный
Результаты Intra и Inter Laboratories могут отличаться из-за различий в экспериментальных факторах, таких как используемый протокол, условия содержания, температура, цикл свет / темнота и продолжительность исследования.
Лаборатории температуры , которая обычно (18-22 ° С) ниже , чем thermoneutrality из модельных организмов , как мышей , которые составляют около 30 ° C. Это может вызвать гиперфагию в организме, чтобы увеличить их метаболизм для выработки тепловой энергии для тела. Этот уровень теплового стресса также может оказывать неучтенное влияние на другие метаболические процессы в организме.
Кроме того, пространственные ограничения в жилищных организмах могут влиять на химию мозга социальных существ, таких как мыши и крысы, делая их более уязвимыми для замедленного развития мозга и аномалий из-за отсутствия социальных взаимодействий. Психологические эффекты могут привести к дальнейшим расхождениям в исследованиях, что затрудняет получение правильных данных и еще больше затрудняет возможность повторения таких экспериментов на людях.
Грызуны ведут ночной образ жизни и в основном питаются ночью в своей естественной среде обитания. Изменения в цикле свет / темнота в лабораториях могут изменить их циркадный ритм, что может повлиять на их метаболизм. Кроме того, в нескольких исследованиях использовались генетически модифицированные мышиные модели, у которых был снижен ген циркадной ритмичности. Эти случаи привели к увеличению метаболического синдрома на моделях мышей, а также к ожирению . Изменение фенотипа может быть результатом генетической модификации гена циркадных часов , диеты с высоким содержанием жиров, нарушения циркадного цикла изменениями светового и темного цикла или сочетания всех факторов. Требуются дальнейшие исследования, чтобы найти точную причину.
Причины сахарного диабета 2 типа у людей намного сложнее, чем одноразовое употребление диеты с высоким содержанием жиров. Известно, что психические, эмоциональные и культурные факторы наряду с инсулинорезистентностью и гиперфагией увеличивают частоту возникновения диабета 2 типа у людей. Однако диабет 2 типа в модельных организмах появляется в результате хирургического вмешательства на частичной или целой поджелудочной железе или с использованием таких химических веществ, как стрептозотоцин . Стрептозотоцин подавляет способность β-клеток поджелудочной железы вырабатывать инсулин , и в зависимости от используемой дозировки результатом может быть частичное или абсолютное ингибирование. Он также может мешать другим сигнальным путям клеток, а также влиять на содержание определенных изоферментов в таких органах, как печень, мозг и почки. Отсутствие надлежащего представления о проведении эксперимента может вызвать диабет 2 типа, но не отражает механизм, посредством которого это заболевание возникает у людей.
Модельные виды
мышей
Ученые используют мышей в качестве моделей ожирения, вызванного диетой, в экспериментах, поскольку их физиологические системы млекопитающих аналогичны системам человека . Их также можно разводить или генетически модифицировать, чтобы они были устойчивы к определенным заболеваниям, что может быть важно для изучения этих болезней и / или их влияния на другие биологические системы.
Ученые использовали мышей, чтобы изучить влияние лимфотоксинов на метаболизм . Мыши без лимфотоксина альфа , лимфотоксина бета или рецептора лимфотоксина бета имели плохо составленную микробиоту , что делало их устойчивыми к ожирению . Мыши без лимфотоксина альфа , лимфотоксина бета или рецептора лимфотоксина бета набирали меньше веса на диете с высоким содержанием жиров, чем мыши дикого типа , даже после того, как оставались на диете с высоким содержанием жиров в течение длительного периода времени. Мышей используют для изучения влияния определенных химических веществ на ожирение . Например, мышей сажали на диету с высоким содержанием жиров, но давали пить воду из-под крана, зеленый чай или чай гойши. Мышей , которые пили чай Goishi получил меньший вес и имел меньше сахара в крови , чем у мышей , которые пили водопроводную воду и зеленый чай . Исследователи обнаружили, что чай Гоиши предотвращал рост адипоцитов и предотвращал изменения, вызванные фактором некроза опухоли альфа и интерлейкином 6, когда мыши находились на диете с высоким содержанием жиров. Еще одним химическим веществом, которое изучалось с целью найти влияние на ожирение, был прополис . Чтобы изучить эффекты грибка , ученые вводили его мышам, когда они находились на неограниченной диете с высоким содержанием жиров. Исследователи обнаружили, что у мышей, которым вводили прополис, было меньше жировой ткани , глюкозы и холестерина, чем у мышей , которым прополис не вводили . Подобные эффекты наблюдались у мышей , которым медленно вводили прополис на диете с высоким содержанием жиров.
Некоторые виды мышей используются в исследованиях, потому что у них есть особые черты, важные для исследования, а не для сходства с людьми . Например, Apodemus chevrieri используется в исследованиях метаболизма, потому что продолжительность дня определяет их метаболизм, а не диету . В исследованиях с A. chevrieri ученые обнаружили, что даже если метаболизм контролируется длиной дня , мыши все равно могут набирать вес с помощью диеты с высоким содержанием жиров.
Крысы
Крыс также использовали в модели ожирения, вызванного диетой. Обычно используемые в медицинских исследованиях крысы были специально выбраны для изучения модели ожирения, вызванного диетой, из-за общих черт с людьми. Одной из таких характеристик является инсулинорезистентность , которая сопровождается ожирением, вызванным диетой, как у крыс, так и у людей. Кроме того, ожирение сохраняется у обоих видов в течение долгих периодов времени после того, как оно началось изначально. Из-за общих черт между ними крысы могут оказаться полезными в поисках причины ожирения у человека. Например, в одном эксперименте самцам крыс Sprague-Dawley давали диету с низким или высоким содержанием жиров, причем диета с высоким содержанием жиров содержала на 35% больше жира, чем диета с низким содержанием жиров. Результаты исследования показывают, что у крыс с высоким содержанием жиров был более высокий индекс ожирения, чем у крыс с низким содержанием жира.
Собаки
Собак используют для исследований, потому что их можно приручить, а также потому, что в прошлом их использовали в исследованиях, касающихся диабета. Например, собак использовали в качестве субъектов в исследовании влияния ожирения, вызванного диетой, на дисперсию инсулина. В этом эксперименте было обнаружено, что диета с высоким содержанием жиров вызывает резистентность к инсулину, способствуя сердечно-сосудистым заболеваниям, раку и диабету 2 типа.
Источник