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膳食诱导肥胖症

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综述——2008年10月
用于膳食诱导肥胖症模型的高脂饲料
作者Angela M. Gajda,MS为RDI高级科学家

遗传和环境的因素对肥胖症的发生起重要作用。膳食则是影响该种疾病的主要的环境因素之一。人体实验已经证实脂肪摄入的增加与体重的增加并最终导致肥胖和其他相关的代谢疾病息息相关。啮齿动物模型在高脂膳食的条件下很容易长胖,所以在研究肥胖症方面是非常有用的工具 (1,2)。

匹配的配方
在计划膳食诱导肥胖研究的时候,高脂饲料的组成应该得到高度重视。在文献中常常可以发现实验用饲料没有得到很好的匹配,所以引入混淆因素。例如,在很多的研究中以谷类为主的低脂粗饲料被用做纯化高脂饲料的对照。粗饲料含有很多植物成分,这些成分的含量在不同的收获季节各异,因此,饲料配方在营养组成方面会有差异。另一方面,纯化成分是经过高度提炼的并且只含有一种营养因子(如蔗糖提供碳水化合物)。这些成分几乎没有任何差异,因此在不同批次间有高度一致性。粗饲料与纯化饲料之间众多的差异在研究中引起了数不清的变数,这样就使得对结果的解释非常困难(3)。

粗饲料含有来自植物的化合物,如植物雌激素等,这些化合物已被证实可以降低体重增加的程度(4)出于这些原因,与高脂配方含有相同成分和含量的低脂纯化饲料应被用作对照饲料。
 



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开源饲料
诱导肥胖症系列饲料

千卡脂肪
60% - D12492

45% - D12451
10% - D12450B

 

   

自助餐式膳食
在膳食诱导肥胖症研究的早期,一些科学家曾用一种叫自助餐式的饲料。在这种模型里,实验动物可以自主选择高度适口的现成食物,包括饼干,糖果,奶酪和加工过的肉。这些食物含有大量盐、糖和脂肪,旨在模拟人类西方膳食。然而,这些食品中的营养和非营养成分并不明确。此外,实验动物每天都可以选择不同的食物。因此这些饲料并不能被准确地复制到未来的研究中,因此,用这类饲料作于科研是糟糕选择。

来自脂肪的卡路里
用于实验室的高脂饲料 用于实验室的高脂饲料通常含有32-60%来自脂肪的卡路里。从营养学的角度来看, 60kcal%脂肪的膳食被视为人类膳食的极端。尽管如此,含 60kcal%脂肪 的饲料常被用来诱导啮齿动物肥胖,因为它们往往能更迅速地增加更多的重量(6,7),从而使研究人员在较短的时间内筛选他们的受试物。还应当指出的是,在研究的药物、保健品或基因突变对肥胖的影响的时候,逆转非常高脂饲料的效果将会比含有低脂肪的饲料更加困难。

脂肪类型
在为动物模型选择高脂模型时,脂肪的类型应该得到充分考虑。很多用于动物实验研究的高脂饲料含有更多饱和脂肪,如猪油、牛油和椰子油,这些饲料用在敏感种群时很容易就可以诱导肥胖的产生。相反,ω- 3脂肪酸的健康效益已被充分研究。例如,研究表明在摄取同等数量的脂肪的动物中,那些食用含有鱼油的饲料不如食用含有更多饱和脂肪饲料的增加的体重多,但对胰岛素更加敏感。由于脂肪酸可以从很多的机制(基因表达、花生酸类生产、膜受体功能)来影响表型,因此为了让其他研究人员比较数据,在研究中所用的脂肪的类型和数量等信息都应该一一注明。

动物模型
虽然大多数啮齿动物在食用高脂饲料后都会变得肥胖,不同品系仍然对体重增加、葡萄糖耐受、胰岛素抵抗、甘油三酯和其他的参数会有不同的反应。有些近交系如C57B16或AKR小鼠在食用高脂饲料时更容易肥胖(11)。然而,那些得到同样水平的体重增加的品系却会在其他参数上有所不同。例如,当食用58kcal%脂肪饲料时,C57B16和AKR小鼠会增加同等的体重,但是C57B16 小鼠却比AKR小鼠更加耐受葡萄糖(11)。其他的品系更能抵抗肥胖,如SWR/J和A/J小鼠(12,13)。即使同一品系但由不同机构繁殖出来的动物对高脂饲料的表型反应也是不一样的。(14)。

大鼠模型包括远交Sprague- Dawley和Wistar大鼠都在肥胖研究中非常受欢迎,因为它们在高脂膳食条件下很容易增加体重。特别是,Sprague-Dawley大鼠对高脂 (32或45kcal%脂肪)饲料的各种反应已被广泛研究。一些大鼠可以很快地增加体重,而另一些增加的体重则跟别的在低脂膳食状态下的相同,这样就为研究那些容易和抗肥胖的大鼠留下引子。这些动物都被有选择性地繁殖来研究肥胖和瘦表型的基因性状。另一个品系,F344xBrown挪威大鼠则被用作模型来研究与年龄有关的肥胖发生,因为它们在出生30个月后才会开始长胖(17)。当这种小鼠食用含有 60kcal%脂肪的饲料后,3个月大的大鼠分化成了抗肥胖和肥胖组。这个结果与用24个月大的大鼠得到的相反,它们全都增加了同等程度的体重,因此并没分化。

记载用啮齿动物作为模型来研究人类肥胖的科学文献已经越来越多,虽然其中仍有许多混淆因素如种、品系、动物年龄、饲料种类、脂肪水平和对照饲料类型等。幸运的是,关于这些问题的讨论越来越多,这将帮助科学家设计在严格控制条件下的实验,从而提高我们对肥胖和相关疾病的了解。

Reference List

1. Buettner R., Scholmerich J. and Bollheimer L.C. High-fat diets: modeling the metabolic disorders of human obesity in rodents. Obesity (Silver Spring) 15: 798-808, 2007.
2. van Heek M, Compton D.S., France CF, Tedesco RP, Fawzi AB, Graziano MP, Sybertz EJ, Strader CD and Davis HR, Jr. Diet-induced obese mice develop peripheral, but not central, resistance to leptin. J Clin Invest  99: 385-390, 1997.
3.   Warden C.H. and Fisler J.S. Comparisons of diets used in animal models of high-fat feeding. Cell Metab 7: 277, 2008.
4.   Cederroth C.R., Vinciguerra M., Kuhne F., Madani R., Doerge D.R., Visser T.J., Foti M., Rohner-Jeanrenaud F., Vassalli J.D. and Nef S. A phytoestrogen-rich diet increases energy expenditure and decreases adiposity in mice. Environ Health Perspect 115: 1467-1473, 2007.
5.   Moore BJ. The cafeteria diet--an inappropriate tool for studies of thermogenesis. J Nutr  117: 227-231, 1987.
6.   Ghibaudi L, Cook J, Farley C, van Heek M and Hwa JJ. Fat intake affects adiposity, comorbidity factors, and energy metabolism of sprague-dawley rats. Obes Res 10: 956-963, 2002.
7.   Johnston S.L., Souter D.M., Tolkamp B.J., Gordon I.J., Illius A.W., Kyriazakis I. and Speakman J.R. Intake compensates for resting metabolic rate variation in female C57BL/6J mice fed high-fat diets. Obesity (Silver Spring) 15: 600-606, 2007.
8.   Ikemoto S, Takahashi M, Tsunoda N, Maruyama K, Itakura H and Ezaki O. High-fat diet-induced hyperglycemia and obesity in mice: differential effects of dietary oils. Metabolism 45: 1539-1546, 1996.
9.   Wang H, Storlien LH and Huang XF. Effects of dietary fat types on body fatness, leptin, and ARC leptin receptor, NPY, and AgRP mRNA expression. Am J Physiol Endocrinol Metab 282: E1352-E1359, 2002.
10.   Buettner R, Parhofer KG, Woenckhaus M, Wrede CE, Kunz-Schughart LA, Scholmerich J and Bollheimer LC. Defining high-fat-diet rat models: metabolic and molecular effects of different fat types. J Mol Endocrinol 36: 485-501, 2006.
11.   Rossmeisl M, Rim JS, Koza RA and Kozak LP. Variation in type 2 diabetes--related traits in mouse strains susceptible to diet-induced obesity. Diabetes 52: 1958-1966, 2003.
12.   Surwit RS, Feinglos MN, Rodin J, Sutherland A, Petro AE, Opara EC, Kuhn CM and Rebuffe-Scrive M. Differential effects of fat and sucrose on the development of obesity and diabetes in C57BL/6J and A/J mice. Metabolism 44: 645-651, 1995.
13.   Prpic V, Watson PM, Frampton IC, Sabol MA, Jezek GE and Gettys TW. Adaptive changes in adipocyte gene expression differ in AKR/J and SWR/J mice during diet-induced obesity. J Nutr 132: 3325-3332, 2002.
14.   Pecoraro N., Ginsberg A.B., Warne J.P., Gomez F., la Fleur S.E. and Dallman M.F. Diverse basal and stress-related phenotypes of Sprague Dawley rats from three vendors. Physiol Behav  89: 598-610, 2006.
15.   Levin BE, Dunn-Meynell AA, Balkan B and Keesey RE. Selective breeding for diet-induced obesity and resistance in Sprague-Dawley rats. Am J Physiol 273: R725-R730, 1997.
16.   Farley C, Cook JA, Spar BD, Austin TM and Kowalski TJ. Meal pattern analysis of diet-induced obesity in susceptible and resistant rats. Obes Res 11: 845-851, 2003.
17.   Scarpace P.J., Matheny M., Moore R.L. and Tumer N. Impaired leptin responsiveness in aged rats. Diabetes 49: 431-435, 2000.
18.    Judge MK, Zhang J, Tumer N, Carter C, Daniels MJ and Scarpace PJ. Prolonged hyperphagia with high-fat feeding contributes to exacerbated weight gain in rats with adult-onset obesity. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 295: R773-R780, 2008.

 

 
       
               
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