Name: assessment of the metabolic effects of isocaloric 2:1 intermittent fasting in mice
Uploaded: 2019-11-27T13:30:00
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K.H.Kはカナダグラント・イン・エイド心臓・脳卒中財団(G-18-0022213)、J.P.ビッケル財団、オタワ大学ハートインスティテュートスタートアップファンドの支援を受けています。H.-K.S.は、カナダ保健研究所(PJT-162083)、ルーベンとヘレン・デニス・スカラーとサンライフ・ファイナンシャル・ファイナンシャル・ニュー・リサーチ・アワード(バンティング&ベスト糖尿病センター(BBDC)と自然科学の糖尿病研究に対する助成金を受けています。カナダのエンジニアリング研究評議会(NSERC)(RGPIN-2016-06610)。R.Y.K.は、オタワ大学心臓病研究基金のフェローシップによって支援されました。J.H.L.はNSERC博士奨学金とオンタリオ大学大学院奨学金の支援を受けました。Y.O.は、UOHI寄付大学院賞、エリザベス2世大学院科学技術大学院奨学金の支援を受けています。

ここでのすべての方法とプロトコルは、オタワ大学の動物ケアと獣医サービス(ACVS)の動物ケア委員会とフェノゲノミクスセンター(TCP)によって承認され、カナダ動物ケア評議会の基準に準拠しています。ここで説明するすべての手順は、制度的および政府的な承認の下で、また技術的に熟練したスタッフによって行われるべきである。すべてのマウスは、12時間/12時間の光/暗いサイクル(通常?...

<ol>
	<li>Gill, S., Panda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Smartphone+App+Reveals+Erratic+Diurnal+Eating+Patterns+in+Humans+that+Can+Be+Modulated+for+Health+Benefits.">A Smartphone App Reveals Erratic Diurnal Eating Patterns in Humans that Can Be Modulated for Health Benefits.</a> Cell Metabolism. 22 (5), 789-798 (2015).</li><li>Longo, V. D., Panda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fasting,+Circadian+Rhythms,+and+Time-Restricted+Feeding+in+Healthy+Lifespan.">Fasting, Circadian Rhythms, and Time-Restricted Feeding in Healthy Lifespan.</a> Cell Metabolism. 23 (6), 1048-1059 (2016).</li><li>Longo, V. D., Mattson, M. 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J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Daily+Fasting+Improves+Health+and+Survival+in+Male+Mice+Independent+of+Diet+Composition+and+Calories.">Daily Fasting Improves Health and Survival in Male Mice Independent of Diet Composition and Calories.</a> Cell Metabolism. 29 (1), 221-228 (2019).</li><li>Cignarella, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intermittent+Fasting+Confers+Protection+in+CNS+Autoimmunity+by+Altering+the+Gut+Microbiota.">Intermittent Fasting Confers Protection in CNS Autoimmunity by Altering the Gut Microbiota.</a> Cell Metabolism. 27 (6), 1222-1235 (2018).</li><li>Martinez-Lopez, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=System-wide+Benefits+of+Intermeal+Fasting+by+Autophagy.">System-wide Benefits of Intermeal Fasting by Autophagy.</a> Cell Metabolism. 26 (6), 856-871 (2017).</li><li>Lo Martire, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+blood+glucose+as+a+function+of+body+temperature+in+laboratory+mice:+implications+for+daily+torpor.">Changes in blood glucose as a function of body temperature in laboratory mice: implications for daily torpor.</a> American Journal of Physiology: Endocrinology and Metabolism. 315 (4), 662-670 (2018).</li><li>Chaix, A., Zarrinpar, A., Miu, P., Panda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-restricted+feeding+is+a+preventative+and+therapeutic+intervention+against+diverse+nutritional+challenges.">Time-restricted feeding is a preventative and therapeutic intervention against diverse nutritional challenges.</a> Cell Metabolism. 20 (6), 991-1005 (2014).</li><li>Chaix, A., Lin, T., Le, H. D., Chang, M. W., Panda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-Restricted+Feeding+Prevents+Obesity+and+Metabolic+Syndrome+in+Mice+Lacking+a+Circadian+Clock.">Time-Restricted Feeding Prevents Obesity and Metabolic Syndrome in Mice Lacking a Circadian Clock.</a> Cell Metabolism. 29 (2), 303-319 (2019).</li><li>Wang, B., Chandrasekera, P. C., Pippin, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leptin-+and+leptin+receptor-deficient+rodent+models:+relevance+for+human+type+2+diabetes.">Leptin- and leptin receptor-deficient rodent models: relevance for human type 2 diabetes.</a> Current Diabetes Reviews. 10 (2), 131-145 (2014).</li><li>Pan, W. W., Myers, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leptin+and+the+maintenance+of+elevated+body+weight.">Leptin and the maintenance of elevated body weight.</a> Nature Reviews: Neuroscience. 19 (2), 95-105 (2018).</li><li>Jackson, D. S., Ramachandrappa, S., Clark, A. J., Chan, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melanocortin+receptor+accessory+proteins+in+adrenal+disease+and+obesity.">Melanocortin receptor accessory proteins in adrenal disease and obesity.</a> Frontiers in Neuroscience. 9, 213 (2015).</li><li>Tolson, K. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postnatal+Sim1+deficiency+causes+hyperphagic+obesity+and+reduced+Mc4r+and+oxytocin+expression.">Postnatal Sim1 deficiency causes hyperphagic obesity and reduced Mc4r and oxytocin expression.</a> Journal of Neuroscience. 30 (10), 3803-3812 (2010).</li><li>Shimada, M., Tritos, N. A., Lowell, B. B., Flier, J. S., Maratos-Flier, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mice+lacking+melanin-concentrating+hormone+are+hypophagic+and+lean.">Mice lacking melanin-concentrating hormone are hypophagic and lean.</a> Nature. 396 (6712), 670-674 (1998).</li><li>Reitman, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Of+mice+and+men+-+environmental+temperature,+body+temperature,+and+treatment+of+obesity.">Of mice and men - environmental temperature, body temperature, and treatment of obesity.</a> FEBS Letters. 592 (12), 2098-2107 (2018).</li><li>Chvedoff, M., Clarke, M. R., Irisarri, E., Faccini, J. M., Monro, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+housing+conditions+on+food+intake,+body+weight+and+spontaneous+lesions+in+mice.+A+review+of+the+literature+and+results+of+an+18-month+study.">Effects of housing conditions on food intake, body weight and spontaneous lesions in mice. A review of the literature and results of an 18-month study.</a> Food and Cosmetics Toxicology. 18 (5), 517-522 (1980).</li><li>Toth, L. A., Trammell, R. A., Ilsley-Woods, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interactions+Between+Housing+Density+and+Ambient+Temperature+in+the+Cage+Environment:+Effects+on+Mouse+Physiology+and+Behavior.">Interactions Between Housing Density and Ambient Temperature in the Cage Environment: Effects on Mouse Physiology and Behavior.</a> Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (6), 708-717 (2015).</li></ol>

IFは、ヒトおよび動物の両方の様々な疾患に有益な健康影響を提供することが十分に文書化されている8,15, 16,17,18,19.オートファジーや腸内微生物叢などのその根底にあるメカニズムが最近解明されている。提示されたプロトコルは、食事誘発性?...

現代のライフスタイルは、より長い毎日の食物摂取時間と短い断食期間1に関連付けられています。これは、人間に見られる代謝の欠点と、現在の世界的な肥満の流行に貢献します。断食は人類の歴史を通じて実践されており、その多様な健康上の利点は、寿命の延長、酸化的損傷の減少、および最適化されたエネルギー恒常性2、3を含みます。断食を実践するいくつかの方法の中で、周期的なエネルギー剥奪は、断続的な断食(IF)と呼ばれ、その容易で単純なレジメンのために一般集団によって広く実践されている一般的な食事法である。前臨床および臨床モデルの最近の研究は、IFが長時間の断食およびカロリー制限に匹敵する健康上の利点を提供できることを実証し、IFが肥満および代謝性疾患2、3、4、5の潜在的な治療戦略となり得ることを示唆している。
IF レジメンは、断食時間と周波数の点で異なります。代替日断食(すなわち、1日の摂食/1日の断食;1:1 IF)は、肥満、心血管疾患、神経変性疾患などに対する有益な健康影響を研究するためにげっ歯類で最も一般的に使用されているIFレジメンである。しかし、以前の研究6、7に示すように、エネルギー摂取量分析でさらに機械的に確認された8、1:1IFは摂食不足をもたらす(〜80%)エネルギー損失を補うために十分な給餌時間の欠如のため。これは、1:1 IFによって与えられる健康上の利点がカロリー制限または摂食パターンの変更によって媒介されるかどうかは不明である。したがって、新しいIFレジメンが開発され、ここで示されている、食物摂取量を補うために十分な時間をマウスに提供する2日間の給餌/1日断食(2:1 IF)パターンで構成されています(〜99%)そして体重。これらのマウスは、次いでアドリビタム(AL)群と比較される。このレジメンは、野生型マウスのカロリー低下がない場合のイソカロリックIFの効果の検査を可能にする。
対照的に、変化した摂食行動を示すマウスモデルでは、AL供給は2:1 IFの効果を比較および調べるための適切な制御条件ではない場合があります。例えば、ob/obマウス(肥満に対して一般的に使用される遺伝モデル)は、食欲および満腹を調節するレプチンの欠如による過呼吸を示すので、2:1 IFを有するものはAL摂食を有するob/obマウスと比較して約20%減少したカロリー摂取量を示す。したがって、ob/obマウスにおけるIFの効果を適切に調べ、比較するためには、適切な対摂食群を適切な対照として用いる必要がある。
全体として、ペア供給制御の使用を含む等角2:1 IFを実行するための包括的なプロトコルが提供される。さらに、アイソカロリック2:1 IFは、野生型およびob/obマウスの両方で高脂肪食誘発肥満および/または代謝機能障害からマウスを保護することが実証される。このプロトコルは、神経疾患、心血管疾患、および癌を含む様々な病理学的状態に対する2:1 IFの有益な健康影響を調べるために使用することができる。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS)</td>
			<td>Columbus Instruments</td>
			<td></td>
			<td>Indirect calorimeter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-(+)-Glucose solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G8769</td>
			<td>For GTT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EchoMRI 3-in-1</td>
			<td>EchoMRI</td>
			<td>EchoMRI 3-in-1</td>
			<td>Body composition analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucometer and strips</td>
			<td>Bayer</td>
			<td>Contour NEXT</td>
			<td>These are for GTT and ITT experiments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Fat Diet (45% Kcal% fat)</td>
			<td>Research Diets Inc.</td>
			<td>#D12451</td>
			<td>3.3 Kcal/g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Fat Diet (60% Kcal% fat)</td>
			<td>Research Diets Inc.</td>
			<td>#D12452</td>
			<td>4.73 Kcal/g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin</td>
			<td>El Lilly</td>
			<td>Humulin R</td>
			<td>For ITT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse Strain: B6.Cg-Lepob/J</td>
			<td>The Jackson Laboratory</td>
			<td>#000632</td>
			<td>Ob/Ob mouse</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse Strain: C57BL/6J</td>
			<td>The Jackson Laboratory</td>
			<td>#000664</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Normal chow (17% Kcal% fat)</td>
			<td>Harlan</td>
			<td>#2918</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scale</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td></td>
			<td>Body weight and food intake measurement</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessment of the metabolic effects of isocaloric 2:1 intermittent fasting in mice

断続的な断食(IF)は、周期的なエネルギー制限を伴う食事介入であり、多くの利点を提供し、代謝異常を打ち消すと考えられてきた。これまでのところ、断食期間と給餌期間が異なるさまざまなタイプのIFモデルが文書化されています。しかし、これらのモデルの多くは、時間制限戦略とカロリー制限戦略の両方からの多因子貢献を伴うため、結果を解釈することは困難です。例えば、げっ歯類IFレジメンとしてしばしば使用される代替日断食モデルは、栄養不足をもたらし、この介入による健康上の利益がカロリー制限と断食再供給サイクルの両方を介して媒介される可能性が高いことを示唆している。最近では、2:1 IFが1日間の断食とそれに続く摂食の2日間を含み、全体的なカロリー摂取量を減少させることなく、食事誘発性肥満および代謝改善に対する保護を提供できることが実証されています。ここで提示する、マウスにおけるこの等角2:1 IF介入のプロトコルである。また、高呼吸などの食行動を変化させたマウスモデルを調べるために必要なペアフィード(PF)プロトコルについても説明する。2:1 IFレジメンを使用して、イソカロリーIFは、体重増加の減少、グルコース恒常性の改善、およびエネルギー支出の上昇につながることが実証されています。したがって、このレジメンは、様々な疾患状態に対するIFの健康への影響を調べるのに有用であり得る。

図1は、24時間断食後の摂食解析と1:1と2:1の断続的な断食の比較を示しています。24時間の絶食期間は体重を約10%減少させ、2日間の再摂食後に完全に回復した(図1A)。24時間の絶食期間は、その後の2日間の再供給の間に過剰呼吸を誘発した(図1B)。それにもかかわらず、1:1代替日断食と2:1断続的断食の間?...

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Assessment of the Metabolic Effects of Isocaloric 2:1 Intermittent Fasting in Mice

現在の記事では、野生型およびob/obマウスにおける肥満および糖代謝障害を保護し、治療するためのアイソカロリック2:1断続的断食の詳細なプロトコルについて説明しています。

マウスにおけるイソカロリック2:1間欠的断食の代謝効果評価

Intermittent fasting (IF), a dietary intervention involving periodic energy restriction, has been considered to provide numerous benefits and counteract ...

2〜1つの断続的な断食レジメンは、断食の1日と2日間の摂食で構成され、カロリー摂取量の影響ではなく、定期的なエネルギー制限を伴う食事介入の影響を研究することを可能にする。代替日断食とは異なり、2〜1回の断続的な断食を与える下で、断食中に起こるエネルギー損失と体重減少を完全に補うのに十分な時間をマウスに提供します。これにより、科学者はカロリー摂取量とは無関係に定期的な断食の影響を調べることができます。2 対 1 断続的な断食は、肥満と障害グルコース恒常性および脂肪肝疾患を含む関連する代謝機能障害で使用される食事療法に対する利点の数を促進します。.このプロトコルは、5日間の摂食と2日間の断食または摂食制限の2日間で構成される5〜2の食事療法に簡単に調整することができ、食物へのアクセスは1日8時間に制限される。マウスモデルを使用する場合、ハイパーファジアなどの代替給餌行動を示す場合、アドリビタム給餌は適切な制御条件ではない可能性があります。この場合、断続的な断食の影響を調べて比較するためにペア給餌規則が必要になります。通常の食事やリーンとダイエット誘発肥満マウスモデルのための高脂肪食を準備することによって開始します。スケールとEchomRIを使用して、各7週齢の雄C57BL/6Jマウスのベースライン体重と組成を測定します。体重と体組成の結果に基づいてランダムに、同様に2つのグループにマウスを分割: ad libitumまたはAL, 断続的な断食またはIFグループ.その後、ケージごとに2つまたは3つのマウスを置き、マウスが飲料水に自由にアクセスできるようにします。マウスがIFレジメンを開始する前に、新しいケージ環境に1週間順応することを許可する。断食期間を開始する準備ができたら、12:00 p.mに新鮮な寝具できれいなケージにマウスを移動します。加重量の食品をAL群に提供する。IFグループに食べ物はありません。24時間後、ALケージ内の残った食物と同様に両方の群のマウスを秤量する。12:00 p.mで、加重量の食品をALおよびIFグループの両方に提供する。一度、供給期間が過ぎていると、マウスおよび残った食物の重量を測定する。研究の期間のサイクルを繰り返します。IFとのカロリーに依存しない比較を確実にするために、実験の期間中にペア給餌またはPF制御グループを設定します。IF グループが消費する食品の量を測定します。3つの部分に均等に分割し、PF制御に毎日1つの部分を提供します。ハイパーファジアのような食行動が変化した動物を扱う場合、マウスが一度に食べ物を食べるのを防ぐために、ペアフィードコントロールグループに毎日同量の食物を提供することが重要です。マウスの体組成を分析するには、体組成分析装置をオンにし、ウォームアップするために2〜3時間機械をオンのままにします。使用する前に、システムテストを実行して測定精度を確認してください。そして、必要に応じて、キャノーラオイルでシステムを較正します。各マウスの体重を測定します。次に、小動物の円筒ホルダーに入れる。測定中にマウスの物理的な動きを制限する区切り文字を挿入します。ホルダーを体組成分析装置に入れます。スキャン プログラムを実行します( 90 ~ 120 秒かかります)。次に、機器からホルダーを取り外します。マウスをケージに戻します。グルコース恒常性に対する断続的な断食の影響を調べるために、グルコースとインスリン耐性試験を実施する。一晩または6時間の断食後、各マウスにグルコースまたはインスリンの腹腔内注射を行う。次に、グルコメータを用いて0、5、15、30、60、および120分の注入で血糖値を測定する。断続的な断食がエネルギー代謝に及ぼす影響を調べるには、IFの単一サイクルにわたって間接熱量測定を行う。マウスがシステムに順応した後、ホッパーとケージの底から食べ物やパン粉を取り除くことによってそれらを断食する。2日間の再摂食期間で24時間後に食べ物を再導入します。IFサイクルの最後に、マウスを元のケージに戻し、プログラムからデータを収集します。24時間断食したマウスは体重が最大10%減少し、2日間の再摂食後に完全に回収された。1対1と2対1の間のエネルギー摂取量を1対1の間で比較すると、1日の再給餌期間は断食中に発生したカロリー損失を補うのに十分ではないことがわかった。ALと比較して、IF治療は、食物摂取量に大きな違いなしに正常なチャウまたは高脂肪食を与えられた野生型マウスの低体重増加につながった。体組成分析は、IFが野生型マウスの無駄のない質量を変化させることなく脂肪質量を減少させたことを明らかにした。ペアフィードコントロールの実験では、IFによる体重増加の減少は、野生型マウスのエネルギー摂取量の変化によるものではないことを確認した。しかし、遺伝的肥満では、ob/ob、マウスペア供給対照群は体重および体組成におけるIF群と区別がつかない。グルコースおよびインスリン耐性試験は、高脂肪食IFマウスが高脂肪食ALおよび高脂肪食ペア与えられたマウスと比較してグルコース恒常性に有意な改善を示したことを示した。ob/obマウスでは、IF群は、インスリン感受性に影響を受けないペア供給対照群と比較して、より小さなグルコースエクスカーションでグルコース処理を有意に改善した。野生型マウスに記載されたIFの別の代謝効果は、特に供給期間中のエネルギー支出を示す酸素消費量が高かった。マウスの摂食行動は、住宅密度を含む環境要因の影響を受ける可能性があります。したがって、グループ間および研究の過程でケージごとに同じ数のマウスを収容することが重要です。新しいマウス モデルを採用する場合は、断続的な断食実験を行う前に、給餌動作を調べることをお勧めします。イソカロリック2対1の断続的な断食は、糖尿病、心臓病、アテローム性動脈硬化症、および神経疾患を含む他の疾患モデルに容易に適用することができる。

Research

JoVE Journal

Biology

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