Palatable Western-style Cafeteria Diet as a Reliable Method for Modeling Diet-induced Obesity in Rodents

Résumé

Ce protocole décrit l'utilisation d'un régime de cafétéria très appétissant de style occidental pour modéliser la suralimentation et l'obésité chez les rongeurs. Ici, nous fournissons un aperçu détaillé de la sélection, de la préparation et de la mesure des aliments, et expliquons les facteurs méthodologiques qui aident à générer un phénotype robuste et reproductible.

Résumé

L'obésité augmente rapidement dans les pays développés et en développement et est connue pour induire ou exacerber de nombreuses maladies. Le fardeau sanitaire de l'obésité et de ses affections comorbides soulignent la nécessité d'une meilleure compréhension de sa pathogénie, mais les contraintes éthiques limitent les études chez l'homme. À cette fin, des modèles externes valides de l'obésité chez les animaux de laboratoire sont essentiels pour la compréhension de l'embonpoint et l'obésité. Alors que de nombreuses espèces ont été utilisées pour modéliser l'éventail des changements qui accompagnent l'obésité chez l'homme, les rongeurs sont le plus couramment utilisés. Notre laboratoire a développé un régime de cafétéria de style occidental qui conduit constamment à un gain de poids considérable et des marqueurs de maladies métaboliques chez les rongeurs. Le régime expose les rongeurs à une variété d'aliments très appétissants pour induire l'hyperphagie, la modélisation de l'environnement alimentaire occidental moderne. Ce régime induit rapidement le gain de poids et l'accumulation de graisse corporelle chez les rats permettant l'étude des effets de la suralimentation et l'obésité. Bien que le régime de cafétéria ne puisse pas fournir le même contrôle sur le profil de macronutriments et de micronutriments que les régimes purifiés à haute teneur en matières grasses ou à haute teneur en matières grasses et en sucre, le régime de cafétéria induit typiquement un phénotype métabolique plus grave que celui observé avec purifié régimes alimentaires et est plus en ligne avec les perturbations métaboliques observées dans la population humaine en surpoids et obèses.

Introduction

L'obésité et ses comorbidités connexes contribuent énormément au fardeau sanitaire mondial¹ et représentent 7 % de la charge de morbidité en Australie². Un facteur de risque principal pour l'obésité est la consommation des régimes malsains qui sont riches en graisses saturées et hydrates de carbone raffinés, et bas dans la fibre et les micronutriments^3. L'identification de cibles d'intervention thérapeutique pour l'obésité nécessite des modèles qui peuvent évaluer systématiquement les effets sur de multiples systèmes biochimiques et physiologiques. Notre compréhension de l'étiologie de l'obésité a été avancée considérablement par le travail utilisant des modèles de rongeurs, où les effets comportementaux, métaboliques et moléculaires peuvent être étudiés à travers le temps dans des conditions contrôlées où les facteurs environnementaux peuvent être facilement Manipulé.

Le modèle de régime de cafétéria (CAF) de l'obésité diète induite par le régime consiste à compléter le régime standard de chow des rongeurs avec une variété d'aliments appétissants qui sont riches en graisses saturées, glucides raffinés, ou les deux. Des exemples de ces aliments comprennent les gâteaux, les biscuits sucrés et les collations salées riches en matières grasses (comme les viandes transformées, le fromage et les croustilles). Il favorise de façon fiable l'hyperphagie et le gain de poids rapide chez les rongeurs. Les principales caractéristiques du modèle sont la fourniture d'une variété d'aliments très appétissants, conçus pour simuler l'environnement alimentaire moderne. L'accès à la variété augmente l'apport alimentaire chez les rats à court terme⁴ et chez l'homme^5, même lorsque les aliments sont appariés pour la palatabilité et varient uniquement en saveur et les indices olfactifs^4,6. Cependant, une étude a montré que la fourniture de régimes purifiés assortis d'énergie et de macronutriments qui variaient en saveur et en texture n'avait aucun effet sur le gain de poids corporel à long terme chez les rats⁷, suggérant que la composition nutritive et les effets post-oraux distincts de différents aliments peuvent également contribuer à la suralimentation. L'exposition à de multiples goûts et textures surmonte la satiété sensorielle spécifique, qui décrit la diminution du désir de manger un aliment récemment mangé par rapport à une alternative⁵. Dans de nombreuses cohortes de notre laboratoire, nous avons également observé que l'utilisation d'aliments hautement appétissants amplifie davantage la suralimentation.

Ce régime CAF a été utilisé pendant plus de 40 ans, depuis Sclafani⁸ a signalé que les rats femelles exposées à un assortiment de «aliments de supermarché» (guimauves, chocolat, beurre d'arachide, biscuits, salami et fromage parmi eux) ont montré un gain de poids accéléré par rapport aux contrôles. Ceci et d'autres études tôt ont noté que les régimes de CAF-modèle ont semblé accélérer le gain de poids plus efficacement que les régimes à haute teneur en graisses ou à haute teneur en glucides purs ^8,9. Le travail dans les années 1980 a caractérisé les profils de macronutriments¹⁰ et les modèles de repas¹¹ des rats ont alimenté des régimes de CAF, et a montré des changements profonds à la masse grasse et aux niveaux d'insuline^9,10 et thermogenèse¹². Notre groupe a utilisé le régime CAF pour modéliser l'obésité depuis plus de deux décennies^13,14 et pendant ce temps, nous avons utilisé plusieurs variantes de l'alimentation. Les rats sont présentés avec au moins deux aliments sucrés et deux aliments salés chaque jour, en plus de chow régulière et de l'eau. Ces dernières années, nous avons commencé à compléter les aliments solides CAF avec 10% solution de saccharose. La capacité d'adapter le régime CAF à différentes conceptions expérimentales est une force du modèle.

Les régimes de CAF favorisent l'hyperphagie immédiate (c.-à-d., dans les 24 premiers h) et des gains réguliers dans le poids corporel et la masse grasse. Cependant, une conséquence de la maximisation de la variété est que l'apport en macronutriments et en micronutriments n'est pas contrôlé, un point que certains considèrent comme un défaut insurmontable¹⁵. Les études sur l'obésité induite par l'alimentation utilisent plus couramment des régimes purifiés à haute teneur en matières grasses (HF) ou combinés à haute teneur en matières grasses et en sucre (HFHS), qui offrent un contrôle précis sur le contenu nutritionnel et sont moins exigeants en main-d'œuvre que le modèle CAF, qui nécessite une surveillance quotidienne et planification et exécution minutieuses du calendrier. La pertinence translationnelle des régimes purifiés de HF disponibles commercialement est un sujet de débat continu, car leur profil d'acide gras et les proportions de graisse et de saccharose peuvent ne pas s'aligner avec la prise diététique humaine^16. Bien que le régime ALIMENTAIRE des FAC n'offre pas le même degré de contrôle sur la composition nutritive que les régimes purifiés, il vise à modéliser la palatabilité et la variété qui caractérise les options alimentaires dans la plupart des sociétés modernes.

Protocole

Le protocole décrit ici a été optimisé pour une utilisation chez les rats. Alors que nous avons utilisé le régime CAF avec succès chez les souris^17,18, broyage des aliments mous peut introduire d'autres erreurs réduisant la fiabilité des mesures d'apport alimentaire¹⁹. Ce protocole est approuvé par le Comité des soins et de l'éthique des animaux de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud et est conforme aux lignes directrices australiennes pour l'utilisation et le soin des animaux à des fins scientifiques (8e édition) fournies par l'Australian National Health and Conseil de recherches médicales.

REMARQUE: Très peu d'effets indésirables ont été observés dans nos études à court terme (c.-à-d. lt;10 semaines ad libitum accès aux FAC); il n'y a aucune preuve de changements au bien-être général, à l'activité, à la sociabilité ou au comportement anxieux chez les rats sur le régime de CAF^20. Après des intervalles plus longs (16 semaines), des incidents cardiovasculaires très occasionnels ont été observés chez les rats nourris aux FAC.

1. Acclimatation et logement des animaux

1. Acclimater les rats à l'installation pendant 5 à 7 jours après l'arrivée avec un accès gratuit à l'alimentation et à l'eau. Manipuler les rats tous les jours à partir de 24 h après l'arrivée; Le régime de CAF implique l'interaction quotidienne avec la cage ainsi la manipulation régulière est importante.
2. Veiller à ce que l'enrichissement environnemental soit fourni à toutes les cages. Une cage standard contient une boîte de méthacrylate polyméthyle rouge, du matériel de nidifage et un bâton net en bois, ce qui est important parce que les aliments mous fournis dans le régime caf peuvent entraîner des rats développer la malocclusion sans accès à des articles plus difficiles à mâcher.
3. Avant de commencer le régime des FAC, assignez des cages aux CAF ou aux groupes de chow et assurez-vous qu'elles sont appariées pour le poids corporel de départ en comparant la moyenne et la gamme de poids corporel entre les groupes et en réallouant au besoin. Comme l'exposition à l'éclairage peut affecter les rythmes circadiens, l'apport alimentaire et l'activité, assurez-vous que les cages CAF et chow sont réparties uniformément dans la salle de la colonie.
   REMARQUE: Les rongeurs forment des hiérarchies sociales lorsqu'ils sont logés en groupe (surtout les mâles). Les effets du stress social sont partiellement contrôlés en veillant à ce que les rats soient logés avec d'autres d'un poids corporel similaire (pour réduire l'intimidation dans une cage). En outre, le régime de cafétéria devrait être uniformément distribué autour de la cage de sorte que tous les rats aient accès au régime.

2. Sélection et configuration de régime

1. Planification
   1. Assurez-vous que le chow et l'eau sont toujours disponibles et sont complétés par un minimum de deux articles sucrés et deux plats salés chaque jour (un exemple d'horaire hebdomadaire est indiqué dans le tableau 1; options alimentaires pour 3 jours indiquées à la figure 1). Les extras optionnels sont riches en matières grasses, à haute teneur en sucre et 10% de saccharose solution.
   2. Choisissez des aliments dans chaque catégorie qui sont similaires dans les proportions de macronutriments: tous les aliments sucrés sont relativement plus riches en glucides que les graisses et tous les éléments salés sont plus riches en matières grasses que les glucides. Visez à fournir des proportions similaires de matières grasses, de glucides, de sucre et de protéines dans chaque ensemble quotidien d'aliments CAF.
   3. Surveiller régulièrement la consommation tout au long de l'expérience afin que le menu puisse être adapté, si nécessaire, pour soutenir l'hyperphagie. Le tableau 2 fournit de l'information sur la densité énergétique et les macronutriments pour plusieurs aliments par exemple, et suggère des quantités de départ pour 200 g de rats mâles Sprague Dawley.
   4. Évitez de nourrir un seul aliment les jours consécutifs ou trop souvent dans une semaine, car cela peut diminuer la consommation de cet aliment. Si cela se produit, omettez les aliments de l'horaire pendant quelques jours avant de les réintégrer.
      REMARQUE: Les rats peuvent présenter une néophobie et la plupart des nouveaux aliments nécessitent des expositions répétées pour déterminer s'ils seront consommés. Les rats ne préfèrent généralement pas les aliments contenant de la levure (pains, pizza, etc.) ou ceux qui ont des saveurs d'agrumes ou de café.
2. Aliments humides
   1. Envisagez de présenter des aliments plus riches en humidité dans un contenant comme une boîte de thon, afin d'éviter de salir la litière. Des conteneurs vides devraient également être fournis pour contrôler les cages si cela est fait.
3. Approvisionnement en alimentation
   1. Assurez-vous que les aliments DES FAC utilisés sont des aliments de base ou qu'ils obtiennent suffisamment pour toute l'expérience afin que les aliments restent uniformes et qu'ils n'aient pas besoin d'être remplacés.
4. Stockage de régime
   1. Conserver les aliments indiqués sur l'emballage ou à -20 oC et décongeler la veille de l'utilisation. Conserver les marchandises sèches (biscuits) dans un contenant hermétique.
5. Solution Sucrose (facultatif)
   1. Préparer la solution de saccharose, généralement 10 % (w/v) en vrac (2 à 5 L) et conserver à 4 oC lorsqu'il n'est pas utilisé.
   2. Remplacer les bouteilles de saccharose chaque semaine (au minimum) pour prévenir la croissance bactérienne ou fongique. Inspectez les bouteilles tous les jours et remplacez-les si des signes de croissance sont observés.
      REMARQUE: Le saccharose est fourni en plus de l'eau, qui est toujours disponible.

3. Préparation de régime de cafétéria

1. décongeler
   1. Sortir les quantités appropriées d'aliments CAF à décongeler 24 h avant d'utiliser. Les aliments peuvent être décongelés à l'aide d'un four à micro-ondes, mais ne doivent pas être présentés lorsqu'ils sont chauds.
2. Réapprovisionnement quotidien de l'alimentation des FAC
   1. Changer les aliments de régime de CAF quotidiennement assure que la variété est maximisée, et le salisement de cage est réduit au minimum. Comme les rats mangent la majeure partie de leur apport quotidien dans la première partie du cycle sombre, planifiez le réapprovisionnement des aliments des FAC près du début de l'horaire sombre afin que les aliments soient frais en ce moment. Réapprovisionnez le régime alimentaire des FAC un jour où l'apport alimentaire n'est pas mesuré.
   2. Nourrir les groupes de chow d'une manière qui assure que ce groupe a une expérience quotidienne similaire, comme suit.
      1. Tournez les bouteilles d'eau (spouts vers le haut), placez la cage sur l'espace de travail et retirez le couvercle.
      2. Déranger légèrement la literie pendant environ 20 s, pour simuler le processus de collecte des aliments dans la literie des cages des FAC.
      3. Placez une petite poignée de granulés de chow de la trémie dans la literie, pour assimiler l'exposition à la nourriture sur la literie de la cage.
      4. Retournez le couvercle de la cage et retournez à la grille, en remplaçant les bouteilles d'eau seulement lorsque la cage est réglée afin de minimiser les déversements.
   3. Nourrir les groupes de cafétéria
      1. Préparer les aliments CAF dans un contenant étiqueté pour chaque cage.
      2. Tournez les bouteilles d'eau (spouts vers le haut), placez la cage sur l'espace de travail et retirez le couvercle.
      3. Retirez autant que possible le régime de l'ancienne cafétéria de la literie.
      4. Placez le régime frais de cafétéria dans la cage.
      5. Fermer la cage et retourner à la grille.
      6. Remplacer les bouteilles d'eau et de saccharose.
         REMARQUE: Pour éviter d'exposer les rats de chow au régime de CAF, envisagez d'alimenter des cages de chow avant des cages de CAF, ou vice versa. Les gants doivent être changés entre la manipulation des rats de différents groupes de régime.
3. Rechargez les bouteilles de chow, d'eau et de saccharose au besoin. Faire cela après d'autres procédures est plus efficace que les boîtes sont plus lourdes après le remplissage de la nourriture et de l'eau.
   REMARQUE: Les boîtes DE CAF s'aclenvent plus rapidement et doivent être changées plus souvent pour éviter le stress induit par l'exposition à la literie humide ainsi que par de fortes odeurs. Inspectez la literie tous les jours et changez le cas échéant.

4. Consommation alimentaire plus de 24 H

REMARQUE: Les mesures de l'apport alimentaire sont effectuées sur une période discrète de 24 heures plusieurs fois par semaine.

1. En commençant le régime de CAF, mesurez le poids corporel et la prise de nourriture de 24 h au moins deux fois par semaine pour surveiller l'efficacité du régime. Commencez les mesures d'apport alimentaire près du début de la phase sombre. Viser à présenter le même ensemble d'aliments CAF sur les jours de mesure de l'apport alimentaire, car l'assiduité des densités de saveur et d'énergie permettra une surveillance précise des changements au fil du temps.
   REMARQUE: Cela peut ne pas être possible pour les études exigeant des mesures de l'apport alimentaire par semaine, car des expositions excessives aux mêmes aliments peuvent réduire l'hyperphagie au fil du temps.
2. Mesures d'apport en matière de caf et de contrôle de l'alimentation
   1. Préparer le régime CAF et le placer dans un contenant étiqueté pour chaque cage, en pesant et en enregistrant chaque composant. La figure 1 montre un ensemble complet d'aliments CAF. Le tableau 3 se compose d'une feuille de surveillance de l'apport alimentaire par exemple.
   2. Remplissez les niveaux d'eau, de saccharose et de chow au besoin.
3. Pour les cages chow (contrôle)
   1. Tournez les bouteilles d'eau (spouts vers le haut), placez la cage sur l'espace de travail et retirez le couvercle.
   2. Peser les rats, puis les transférer dans une cage avec de la literie fraîche, ainsi que l'enrichissement de l'environnement.
   3. Enregistrer le poids des bouteilles d'eau et de la chow.
   4. Remplacer le couvercle de la cage, remettre la cage en rack, puis retourner les bouteilles d'eau. De petits panneaux indiquant « FOOD INTAKE » peuvent être ajoutés à la cage pour aviser les préposés et les chercheurs de ne pas toucher les bouteilles et le chow.
4. Pour les cages des FAC :
   1. Effectuez les mêmes étapes que dans l'étape 4.3. En outre, dispersez le contenant pré-pesé d'aliments CAF autour de la cage avec de la literie fraîche avant que les rats ne soient transférés.
   2. Laisser les rats pendant une période de 24 h avec un minimum de perturbation. Enregistrez toute perturbation imprévue (p. ex., arrivée de nouveaux rats dans la salle de la colonie ou changements dans le bruit ambiant).
5. Mesure de l'apport alimentaire de finition
   1. Enregistrer le poids des bouteilles d'eau et de chow pour les cages de chow, soigneusement la recherche de la literie pour les morceaux de chow. Retirez le signe « prise de nourriture » des cages une fois terminé.
   2. Préparer un régime frais de la CAF pour les cages des FAC.
   3. Pour chaque cage de la CAF
      1. Enregistrez le poids de l'eau, du chow et du saccharose.
      2. Enlever le couvercle de la cage et l'enrichissement de l'environnement.
      3. Retirez soigneusement les fragments de CAF de la literie et placez-les dans des contenants séparés. Retirez d'abord les plus grosses pièces, puis tamisez systématiquement toute la literie de la cage d'un bout à l'autre à l'aide de mouvements de balayage doux.
         REMARQUE: Appliquez le même degré de soin à chaque cage lors de la collecte des aliments. Enregistrez où une cage a été particulièrement désordonnée — dans certains cas, les rats broient le gâteau et/ou le biscuit en une poudre fine qui est difficile à recueillir. Cela peut gonfler artificiellement les mesures d'apport alimentaire.
      4. Distribuez le nouveau régime CAF autour de la cage, retournez l'enrichissement environnemental, fermez le couvercle de la cage et retournez-le à la grille, en supprimant le signe de « prise de nourriture ».
      5. Enregistrez le poids de chaque aliment des FAC à 0,1 g. Soustrayez le reste de la nourriture restante du poids alimentaire initial pour obtenir la nourriture totale consommée par cage, puis divisez par le nombre de rats dans chaque boîte (en supposant ainsi un apport égal).
      6. Multiplier la quantité consommée (g/rat) par la densité énergétique (kJ/g) de chaque aliment fourni par le fabricant.
         REMARQUE: Pour calculer l'apport en macronutriments, nous utilisons des densités d'énergie de 16,7 kJ/g pour les glucides et les protéines, et de 37 kJ/g pour les matières grasses.

Résultats

Comme le montre la figure 2A, l'alimentation par régime des FAC produit une augmentation de 2,5 fois de l'apport énergétique par rapport aux contrôles de la chow, d'après les données de trois cohortes de rats mâles de Sprague Dawley, ce qui est constant sur une période de 6 semaines. D'autres études ont confirmé que cette étendue d'hyperphagie est soutenue sur 10²¹ et 16 expériences de²² semaines. La courbe de poids...

Discussion

En exposant les rats à une variété d'aliments très appétissants riches en gras et en sucre, le protocole de régime DE CAF décrit ici fournit un modèle fiable et robuste de la soi-disant « alimentation occidentale » mangée par beaucoup de personnes. L'hyperphagie, évaluée comme une augmentation significative de l'apport énergétique par rapport aux témoins, est observée dans les 24 premières heures d'exposition, avec des différences de poids corporel statistiquement significatives observées en quelques ...

matériels

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 0.1g is recommended
White sugar			For 10% sucrose solution, if applicable