げっ歯類のダイエット誘発肥満をモデル化するための信頼できる方法としての味わい深い洋食カフェテリアダイエット

要約

このプロトコルは、げっ歯類の食べ過ぎと肥満をモデル化するために、非常に味わい深い、西洋スタイルのカフェテリアダイエットの使用を記述します。ここでは、食品の選択、調製、測定の詳細な概要を説明し、堅牢で再現性のある表現型の生成に役立つ方法論的要因について説明します。

要約

肥満は先進国や発展途上国で発生率が急速に増加しており、多くの疾患を誘発または悪化させることが知られています。肥満の健康負担とその併用状態は、その病因のより良い理解の必要性を強調するが、倫理的制約は、人間の研究を制限する。この目的のために、実験動物における肥満の外部的に有効なモデルは、太りすぎおよび肥満の理解のために不可欠である。多くの種がヒトの肥満に伴う変化の範囲をモデル化するために使用されているが、げっ歯類は最も一般的に使用されている。当研究室では、一貫してげっ歯類の代謝疾患のかなりの体重増加とマーカーにつながる西洋式のカフェテリアダイエットを開発しました。食事は、高熱を誘発するために様々な非常に味わい深い食品にげっ歯類を公開し、現代の西洋食品環境をモデル化します。この食事は急速に過食や肥満の効果の研究を可能にするラットの体重増加と体脂肪蓄積を誘発します。カフェテリアダイエットは、精製された高脂肪または高脂肪、高糖度の食事と同じマクロ栄養素と微量栄養素プロファイルに対する制御を提供しない場合がありますが、カフェテリアダイエットは、通常、精製されたものよりも重度の代謝表現型を誘発します。ダイエットと太りすぎと肥満の人間集団で観察される代謝障害に沿っています。

概要

肥満とそれに関連する併用は、世界の健康^負担1に多大な貢献をし、^{オーストラリア2}の疾病負担の7%を占める。肥満の主な危険因子は、飽和脂肪と精製炭水化物が多く、繊維と微量栄養素が少ない不健康な食事の消費^です。肥満の治療介入の標的を特定するには、複数の生化学的および生理学的システムに対する影響を体系的に評価できるモデルが必要です。肥満の病因に関する我々の理解は、環境要因が容易にできる制御された条件下で時間を超えて研究することができるげっ歯類モデルを用いた研究によって実質的に進められている操作。

ダイエット誘発性肥満のカフェテリアダイエット(CAF)モデルは、げっ歯類の標準的なチョウダイエットを、飽和脂肪、精製炭水化物、またはその両方で高い様々な味わい深い食品で補うことです。これらの食品の例には、ケーキ、甘いビスケット、高脂肪の風味豊かなスナック(加工肉、チーズ、チップなど)が含まれます。それは確実にげっ歯類の高熱や急速な体重増加を促進します。モデルの主な特徴は現代の食環境をシミュレートするように設計されている非常に味わい深い食べ物の多様性の提供である。様々なアクセスは、食品が嗜好性のために一致している場合でも、短期的^な4および^ヒト5のラットの食物摂取量を増加させ、風味および嗅覚^{キュー4、6}でのみ変化する。しかし、ある研究は、風味と食感が変化するエネルギーとマクロ栄養素にマッチした精製食を提供することは、^ラット7の長期的な体重増加に影響を及ぼさなかったことを示し、栄養組成と明確な経口後効果を示唆した。異なる食品はまた、食べ過ぎに貢献する可能性があります。複数の味や食感への暴露は、感覚特異的満腹感を克服し、^代替5に対して最近食べた食品を食べたいという欲求の減少を記述する。私たちの研究室の多くのコホート全体で、我々は同様に、非常に味わい深い食品の使用が過食をさらに増幅することを観察しました。

このCAFダイエットは、Sclafani⁸が「スーパーマーケット食品」(マシュマロ、チョコレート、ピーナッツバター、クッキー、サラミ、チーズなど)の品揃えにさらされたメスラットが加速体重増加を示したと報告して以来、40年以上使用されています。コントロールに対する相対値。これと他の初期の研究は、CAFスタイルの食事は、純粋な高脂肪または高炭水化物^{ダイエット8、9}よりも効果的に体重増加を加速するように見えることを指摘しました.1980年代の研究は、CAF食を与えたラットのマクロ栄養素^{プロファイル10}および食事^{パターン11}を特徴付け、脂肪質量およびインスリン^{レベル9、10}および熱^発生12に大きな変化を示した。私たちのグループは、20年以上の間に肥満をモデル化するためにCAFダイエットを使用してきました^13,14,この間、私たちは食事のいくつかのバリエーションを使用しています.ラットは、通常のチョウと水に加えて、毎日少なくとも2つの甘いと2つの風味豊かな食品を提示されます。近年では、10%スクロース溶液で固形CAF食品を補う開始しています。さまざまな実験計画に合わせてCAFダイエットを調整する能力は、モデルの強みです。

CAFダイエットは、即時の高熱障害(すなわち、最初の24時間以内)と体重と脂肪量の着実な増加を促進します。しかしながら、多様性を最大化する結果は、マクロ栄養素及び微量栄養素摂取量が制御されないことであり、乗り越^{えられない欠陥として}ある点がある。ダイエット誘発性肥満の研究は、より一般的に精製された高脂肪(HF)または組み合わせた高脂肪、高糖(HFHS)ダイエットを使用し、栄養成分を正確に制御し、毎日のモニタリングを必要とするCAFモデルよりも労働集約性が低く、およびスケジュールの慎重な計画と実行。市販の精製HF食生活の翻訳関連性は、脂肪酸プロファイルと脂肪およびスクロースの割合がヒトの食物^摂取16と一致しないかもしれないので、進行中の議論の話題である。CAFダイエットは、精製された食事と同じ程度の栄養組成を制御するものではありませんが、ほとんどの現代社会で食品オプションを特徴付ける嗜好性と多様性をモデル化することを目的としています。

プロトコル

ここで説明するプロトコルは、ラットでの使用に最適化されています。我々は、^{マウス17、18}でCAF食をうまく使用しているが、ソフトフード粉砕は、食物摂取対策の信頼性を低下させるさらなる誤差を導入し得^る19。このプロトコルは、ニューサウスウェールズ大学の動物ケアと倫理委員会によって承認され、オーストラリア国民健康によって提供される科学的な目的のための動物の使用とケアのためのオーストラリアのガイドラインに準拠しています( 第8版)医学研究評議会

注:私たちの短期的な研究(すなわち<10週間のアドリビタムCAFアクセス)で非常に少数の副作用が観察されています。CAF^{ダイエット20}のラットにおける一般的な幸福、活動、社交性または不安のような行動に変化の証拠はない。より長い間隔(>16週間)の後、CAF飼育ラットでは非常に時折心血管障害が観察されている。

1. 動物順応化と住宅

1. 到着後5~7日間、食事と水をコントロールする無料アクセスで、施設にラットを順応します。到着後24時間を開始するラットを毎日処理します。CAFダイエットはケージとの毎日の相互作用を伴うので、定期的な取り扱いが重要です。
2. 環境エンリッチメントがすべてのケージに提供されていることを確認します。標準的なケージには、赤いポリメチルメタクリレートボックス、ネスティング素材、木製のチュースティックが含まれており、CAFダイエット内で提供される柔らかい食品は、噛みにくいアイテムにアクセスせずにマロッククルージョンを発症するラットを生じる可能性があるため、重要です。
3. CAFダイエットを開始する前に、ケージをCAFまたはチョウグループに割り当て、グループ間の体重の平均と範囲を比較し、必要に応じて再割り当てすることにより、体重を開始するためにこれらが一致していることを確認します。照明の露出は概日リズム、食物摂取および活動に影響を与える可能性があるので、CAFとチャウケージがコロニールームで均等に分布していることを確認してください。
   注:げっ歯類は、グループハウス(特に男性)の場合、社会階層を形成します。社会的ストレスの影響は、ラットが同じような体重の他の人と一緒に収容されていることを保証することによって部分的に制御されます(ケージ内のいじめを減らすために)。さらに、カフェテリアダイエットは、すべてのラットが食事にアクセスできるようにケージの周りに均等に配布する必要があります。

2. ダイエットの選択とセットアップ

1. スケジューリング
   1. 通常のチョウと水が常に利用可能であり、毎日最低2つの甘いと2つの風味豊かなアイテムで補完されていることを確認してください(毎週のスケジュールの例を表1に示しています。 オプションのエキストラは、高脂肪、高糖チョウ、10%スクロース溶液です。
   2. マクロ栄養素の割合に類似している各カテゴリ内の食品を選択してください:すべての甘いアイテムは、脂肪よりも炭水化物で比較的高く、すべての風味のアイテムは炭水化物よりも脂肪が高いです。CAF食品の各毎日のセットで脂肪、炭水化物、砂糖、タンパク質の同様の割合を提供することを目指しています。
   3. 必要に応じてメニューを調整して過呼吸を持続できるように、実験全体の消費量を定期的に監視します。表2は、いくつかのサンプル食品のエネルギー密度およびマクロ栄養素情報を提供し、200gの男性スプレイグ・ドーリーラットの開始量を示唆した。
   4. 連続した日や1週間に1回の食べ物を与えることは避けてください。この場合は、食品を数日間スケジュールから省略してから、再組み込みしてください。
      注:ラットは新生児恐怖症を示し、ほとんどの新しい食品は、それらが消費されるかどうかを決定するために繰り返し暴露を必要とする。ラットは通常、酵母(パン、ピザなど)を含む食品や柑橘類やコーヒーの風味を持つ食品を好まない。
2. ウェットフード
   1. 寝具の汚れを避けるため、マグロスズなどの容器に含まれる水分量が多い食品を提示することを検討してください。これを行う場合は、ケージを制御するために空のコンテナーも提供する必要があります。
3. ダイエットソーシング
   1. 使用されるCAF食品が主食であることを確認するか、食品が一貫しており、代用する必要がないように、実験全体に十分な量を得ます。
4. ダイエット貯蔵
   1. 包装または-20°Cに記載の食品を保管し、使用前の夜に解凍してください。乾物(ビスケット)は気密容器に入れて保管してください。
5. スクロース溶液(オプション)
   1. スクロース溶液を調製し、通常は10%(w/v)をバルク(2~5L)で調製し、使用しない場合は4°Cで保存します。
   2. スクロースボトルを毎週(少なくとも)交換して、細菌や真菌の増殖を防ぎます。ボトルを毎日検査し、成長の兆候が見られた場合は交換してください。
      注:スクロースは水に加えて提供され、常に利用可能です。

3. カフェテリアダイエット準備

1. 霜 取り
   1. 使用前に~24時間解凍するために適切な量のCAF食品を取り出してください。食品は電子レンジを使用して解凍することができますが、熱い間に提示しないでください。
2. CAFダイエットの毎日の補充
   1. CAFダイエット食品を毎日変更することで、品種が最大化され、ケージの汚れが最小限に抑えられます。ラットは暗いサイクルの最初の部分で毎日の摂取量のほとんどを食べるので、この時点で食べ物が新鮮になるように、暗いスケジュールの発症に近いCAF食品補充をスケジュールします。食物摂取量が測定されていない日にCAFダイエットを補充する。
   2. 次のように、このグループが同様の日常的な経験を持っていることを確認する方法でチョウグループをフィードします。
      1. 水筒を回し(スパウトを上げる)、ケージをワークスペースに置き、ふたを取り外します。
      2. 約20sの寝具を軽く乱し、CAFケージの寝具から食品を収集するプロセスをシミュレートします。
      3. 食べ物ホッパーから寝具に小さな一握りのチョウペレットを入れ、ケージ寝具の上の食べ物への暴露を同一視する。
      4. ケージのふたを戻してラックに戻し、こぼれを最小限に抑えるためにケージが落ち着いた場合にのみ水筒を交換してください。
   3. カフェテリアグループに食べ物を与える
      1. ケージごとにラベル付き容器にCAFダイエットアイテムを準備します。
      2. 水筒を回し(スパウトを上げる)、ケージをワークスペースに置き、ふたを取り外します。
      3. できるだけ寝具から古いカフェテリアダイエットを取り除きます。
      4. 新鮮なカフェテリアダイエットをケージに入れ。
      5. ケージを閉じてラックに戻ります。
      6. 水とスクロースボトルを交換してください。
         注:チョウラットをCAFダイエットにさらさないようにするには、CAFケージの前にチャウケージを与えることを検討してください。手袋は、異なる食事グループからのラットを扱う間に変更する必要があります。
3. 必要に応じて、チャウ、水、スクロースボトルをトップアップ。他の手順の後にこれを行うことは、箱が食べ物と水をトッピングした後に重くなるように、より効率的です。
   注:CAFボックスは、より迅速に土壌を変更し、濡れた寝具だけでなく、強い臭いへの暴露によって引き起こされるストレスを避けるために、より頻繁に変更する必要があります。寝具を毎日点検し、必要に応じて変更します。

4. 食物摂取量 24 H を超える

注:食物摂取測定は、週に数回、離散24時間にわたって行われます。

1. CAFダイエットを開始時には、体重と24時間の食物摂取量を週に少なくとも2回測定し、食事の有効性を監視する。暗い段階の発症に近い食物摂取測定を開始します。風味とエネルギー密度を同一視することで、時間の経過に関する変化を正確に監視できるように、食品摂取測定日に同じCAF食品のセットを提示することを目指します。
   注:同じ食物への過度の暴露は時間の経過とともに過呼吸を減らす可能性があるため、1週間あたりの食物摂取量の>2測定を必要とする研究では不可能な場合があります。
2. CAFとコントロールダイエットの摂取対策
   1. CAFダイエットを準備し、各ケージのラベル付き容器に入れ、各コンポーネントの重量を量り、記録します。図 1は、CAF 食品の完成したセットを示しています。表3は、食品摂取量モニタリングシートの例で構成されている。
   2. 必要に応じて、水、スクロース、チョウのレベルを補充します。
3. チャウ(コントロール)ケージ用
   1. 水筒を回し(スパウトを上げる)、ケージをワークスペースに置き、ふたを取り外します。
   2. ラットの重さを量り、環境の豊かさと一緒に新鮮な寝具とケージに転送します。
   3. 水のボトルとチャウの重量を記録します。
   4. ケージのふたを交換し、ケージをラックに戻し、水筒を回します。「FOOD INTAKE」と書かれて小さな看板をケージに追加して、アテンダントや研究者にボトルやチャウに触れないように通知することができます。
4. CAFケージの場合:
   1. 手順 4.3 と同じ手順を実行します。さらに、ラットが移される前に新鮮な寝具でケージの周りにCAF食品の事前計量容器を散乱させます。
   2. 最小限の妨害で24時間ラットを残します。予期しない混乱(コロニールームへの新しいラットの到着、または周囲の騒音の変化など)を記録します。
5. 食品摂取量測定を終了する
   1. チャウケージの水筒とチョウの重量を記録し、慎重にチャウの部分のための寝具を検索します。完了したら、ケージから「食物摂取量」のサインを取り除きます。
   2. CAFケージのための新鮮なCAFダイエットを準備します。
   3. 各CAFケージ用
      1. 水、チョウ、スクロースの重量を記録します。
      2. ケージのふたと環境の豊かさを取り除く。
      3. 寝具からCAFフラグメントを慎重に取り除き、別々の容器に入れなさい。最初に最大の部分を取り除き、穏やかなスイープモーションを使用して、一方の端から他方にすべてのケージ寝具を体系的にふるいにかけました。
         注:食べ物を収集するときに、各ケージに同じ程度のケアを適用します。ケージが特に乱雑だった場所を記録する - いくつかの例では、ラットはケーキやビスケットを粉砕し、収集が困難な微粉末にします。これは、人工的に食品摂取対策を膨らませることができます。
      4. ケージの周りに新しいCAFダイエットを配布し、環境濃縮を返し、ケージのふたを閉じてラックに戻し、「食物摂取量」のサインを取り除きます。
      5. 各CAF食品のレコード重量を最も近い0.1 gに記録し、最初の食品重量から残っている食品を差し引いてケージあたりに消費される総食物を得て、各箱のラットの数で割ります(したがって、等しい摂取量を想定)。
      6. メーカーが提供する各食品のエネルギー密度(kJ/g)を掛けて消費量(g/ラット)。
         注:マクロ栄養素摂取量を計算するために使用する炭水化物とタンパク質のエネルギー密度は16.7kJ/g、脂肪は37kJ/gです。

結果

図2Aに示すように、CAFダイエット摂食は、6週間にわたって一貫している男性スプレイグ・ドーリーラットの3つのコホートからのデータに基づいて、チョウコントロールに対するエネルギー摂取量の2.5倍の増加を生み出す。他の研究は、高熱障害のこの程度が10^{21および16 22}週間の実験にわたって持続されることを確認して?...

ディスカッション

ラットを脂肪と砂糖の高い様々な味わい深い食品にさらすことで、ここで説明するCAFダイエットプロトコルは、多くの人々が食べるいわゆる「西洋の食事」の信頼性が高く、堅牢なモデルを提供します。コントロールに対するエネルギー摂取量の有意な増加として評価される高熱痛は、暴露の最初の24時間以内に観察され、数週間以内に統計的に有意な体重差が見られます。したがって、CAF?...

資料

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