Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea browserului pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru o experiență optimă, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura asistență continuă, vom reda site-ul fără stiluri și JavaScript.
Majoritatea studiilor metabolice la șoareci sunt efectuate la temperatura camerei, deși în aceste condiții, spre deosebire de oameni, șoarecii consumă multă energie pentru a menține temperatura internă. Aici, descriem greutatea normală și obezitatea indusă de dietă (DIO) la șoarecii C57BL/6J hrăniți cu chow chow sau cu o dietă bogată în grăsimi de 45%, respectiv. Șoarecii au fost plasați timp de 33 de zile la 22, 25, 27,5 și 30°C într-un sistem de calorimetrie indirectă. Arătăm că cheltuielile energetice cresc liniar de la 30°C la 22°C și sunt cu aproximativ 30% mai mari la 22°C la ambele modele de șoareci. La șoarecii cu greutate normală, aportul alimentar a contracarat EE. În schimb, șoarecii DIO nu au scăzut aportul alimentar atunci când EE a scăzut. Astfel, la sfârșitul studiului, șoarecii la 30°C aveau o greutate corporală, o masă de grăsime și niveluri plasmatice de glicerol și trigliceride mai mari decât șoarecii la 22°C. Dezechilibrul la șoarecii DIO se poate datora unei diete bazate pe plăcere crescute.
Șoarecele este cel mai frecvent utilizat model animal pentru studiul fiziologiei și fiziopatologiei umane și este adesea animalul implicit utilizat în stadiile incipiente ale descoperirii și dezvoltării medicamentelor. Cu toate acestea, șoarecii diferă de oameni în mai multe moduri fiziologice importante și, deși scalarea alometrică poate fi utilizată într-o oarecare măsură pentru a se traduce la oameni, diferențele uriașe dintre șoareci și oameni constă în termoreglare și homeostazia energetică. Acest lucru demonstrează o inconsecvență fundamentală. Masa corporală medie a șoarecilor adulți este de cel puțin o mie de ori mai mică decât cea a adulților (50 g vs. 50 kg), iar raportul suprafață/masă diferă de aproximativ 400 de ori datorită transformării geometrice neliniare descrise de Mee. Ecuația 2. Drept urmare, șoarecii pierd semnificativ mai multă căldură în raport cu volumul lor, astfel încât sunt mai sensibili la temperatură, mai predispuși la hipotermie și au o rată metabolică bazală medie de zece ori mai mare decât cea a oamenilor. La temperatura camerei standard (~22°C), șoarecii trebuie să își crească cheltuielile energetice totale (EE) cu aproximativ 30% pentru a menține temperatura corporală centrală. La temperaturi mai scăzute, EE crește și mai mult cu aproximativ 50% și 100% la 15 și 7°C, comparativ cu EE la 22°C. Astfel, condițiile standard de adăpostire induc un răspuns la stres rece, care ar putea compromite transferabilitatea rezultatelor obținute la șoareci la oameni, deoarece oamenii care trăiesc în societățile moderne își petrec cea mai mare parte a timpului în condiții termoneutre (deoarece raportul nostru mai mic dintre suprafețe și volum ne face mai puțin sensibili la temperatură, deoarece creăm o zonă termoneutră (TNZ) în jurul nostru. EE peste rata metabolică bazală) se întinde pe o suprafață de ~19 până la 30°C6, în timp ce șoarecii au o bandă mai mare și mai îngustă care se întinde pe doar 2-4°C7,8. De fapt, acest aspect important a primit o atenție considerabilă în ultimii ani4, 7,8,9,10,11,12 și s-a sugerat că unele „diferențe între specii” pot fi atenuate prin creșterea temperaturii cochiliei9. Cu toate acestea, nu există un consens cu privire la intervalul de temperatură care constituie termoneutralitate la șoareci. Prin urmare, rămâne controversat dacă temperatura critică inferioară în intervalul termoneutru la șoarecii cu un singur genunchi este mai apropiată de 25°C sau mai apropiată de 30°C4, 7, 8, 10, 12. EE și alți parametri metabolici au fost limitați la ore până la zile, astfel încât este neclară măsura în care expunerea prelungită la diferite temperaturi poate afecta parametrii metabolici, cum ar fi greutatea corporală. consumul, utilizarea substratului, toleranța la glucoză și concentrațiile plasmatice de lipide și glucoză și hormonii care reglează apetitul. În plus, sunt necesare cercetări suplimentare pentru a stabili în ce măsură dieta poate influența acești parametri (șoarecii DIO care urmează o dietă bogată în grăsimi pot fi mai orientați către o dietă bazată pe plăcere (hedonică)). Pentru a oferi mai multe informații pe acest subiect, am examinat efectul temperaturii de creștere asupra parametrilor metabolici menționați anterior la șoarecii masculi adulți cu greutate normală și la șoarecii masculi obezi induși de dietă (DIO) care au urmat o dietă bogată în grăsimi cu 45%. Șoarecii au fost ținuți la 22, 25, 27,5 sau 30°C timp de cel puțin trei săptămâni. Temperaturile sub 22°C nu au fost studiate deoarece adăposturile standard pentru animale sunt rareori sub temperatura camerei. Am constatat că șoarecii DIO cu greutate normală și cei cu un singur cerc au răspuns similar la modificările temperaturii incintei în ceea ce privește EE și indiferent de condițiile incintei (cu sau fără adăpost/materiale de cuibărit). Cu toate acestea, în timp ce șoarecii cu greutate normală și-au ajustat aportul alimentar în funcție de EE, aportul alimentar al șoarecilor DIO a fost în mare măsură independent de EE, ceea ce a dus la o creștere în greutate a șoarecilor. Conform datelor privind greutatea corporală, concentrațiile plasmatice de lipide și corpi cetonici au arătat că șoarecii DIO la 30°C au avut un bilanț energetic mai pozitiv decât șoarecii la 22°C. Motivele care stau la baza diferențelor în echilibrul aportului energetic și EE între șoarecii cu greutate normală și cei DIO necesită studii suplimentare, dar pot fi legate de modificările fiziopatologice la șoarecii DIO și de efectul dietelor bazate pe plăcere ca urmare a unei diete obeze.
EE a crescut liniar de la 30 la 22°C și a fost cu aproximativ 30% mai mare la 22°C comparativ cu 30°C (Fig. 1a,b). Rata de schimb respirator (RER) a fost independentă de temperatură (Fig. 1c,d). Aportul alimentar a fost în concordanță cu dinamica EE și a crescut odată cu scăderea temperaturii (de asemenea, cu aproximativ 30% mai mare la 22°C comparativ cu 30°C (Fig. 1e,f). Aportul de apă. Volumul și nivelul de activitate nu au depins de temperatură (Fig. 1g).
Șoarecii masculi (C57BL/6J, vârsta de 20 de săptămâni, adăpostire individuală, n=7) au fost adăpostiți în cuști metabolice la 22°C timp de o săptămână înainte de începerea studiului. La două zile după colectarea datelor de fundal, temperatura a fost crescută în trepte de 2°C la ora 06:00 pe zi (începutul fazei luminoase). Datele sunt prezentate ca medie ± eroare standard a mediei, iar faza întunecată (18:00–06:00) este reprezentată de o casetă gri. a Cheltuieli energetice (kcal/h), b Cheltuieli energetice totale la diferite temperaturi (kcal/24 h), c Rată de schimb respirator (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d RER mediu în faza luminoasă și întunecată (VCO2/VO2) (valoarea zero este definită ca 0,7). e aport alimentar cumulativ (g), f aport alimentar total pe 24h, g aport total de apă pe 24h (ml), h aport total de apă pe 24h, i nivel de activitate cumulativă (m) și j nivel de activitate totală (m/24h). Șoarecii au fost ținuți la temperatura indicată timp de 48 de ore. Datele prezentate pentru 24, 26, 28 și 30°C se referă la ultimele 24 de ore ale fiecărui ciclu. Șoarecii au rămas hrăniți pe tot parcursul studiului. Semnificația statistică a fost testată prin măsurători repetate ale ANOVA cu o singură direcție, urmate de testul de comparație multiplă Tukey. Asteriscurile indică semnificația pentru valoarea inițială de 22°C, iar umbrirea indică semnificația între alte grupuri, așa cum este indicat. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001.Valorile medii au fost calculate pentru întreaga perioadă experimentală (0-192 ore). n = 7.
Ca și în cazul șoarecilor cu greutate normală, EE a crescut liniar odată cu scăderea temperaturii, iar în acest caz, EE a fost, de asemenea, cu aproximativ 30% mai mare la 22°C comparativ cu 30°C (Fig. 2a, b). RER nu s-a modificat la temperaturi diferite (Fig. 2c, d). Spre deosebire de șoarecii cu greutate normală, aportul alimentar nu a fost în concordanță cu EE în funcție de temperatura camerei. Aportul alimentar, aportul de apă și nivelul de activitate au fost independente de temperatură (Fig. 2e-j).
Șoareci masculi (C57BL/6J, 20 săptămâni) DIO au fost adăpostiți individual în cuști metabolice la 22°C timp de o săptămână înainte de începerea studiului. Șoarecii pot utiliza 45% HFD ad libitum. După aclimatizarea timp de două zile, au fost colectate datele de referință. Ulterior, temperatura a fost crescută în trepte de 2°C o dată la două zile la ora 06:00 (începutul fazei luminoase). Datele sunt prezentate ca medie ± eroare standard a mediei, iar faza întunecată (18:00–06:00 h) este reprezentată de o casetă gri. a Cheltuieli energetice (kcal/h), b Cheltuieli energetice totale la diferite temperaturi (kcal/24 h), c Rată de schimb respirator (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d RER mediu în faza luminoasă și întunecată (VCO2/VO2) (valoarea zero este definită ca 0,7). e aport alimentar cumulativ (g), f aport alimentar total pe 24h, g aport total de apă pe 24h (ml), h aport total de apă pe 24h, i nivel de activitate cumulativă (m) și j nivel de activitate totală (m/24h). Șoarecii au fost ținuți la temperatura indicată timp de 48 de ore. Datele prezentate pentru 24, 26, 28 și 30°C se referă la ultimele 24 de ore ale fiecărui ciclu. Șoarecii au fost menținuți la 45% HFD până la sfârșitul studiului. Semnificația statistică a fost testată prin măsurători repetate ale ANOVA cu o singură direcție, urmate de testul de comparație multiplă Tukey. Asteriscurile indică semnificația pentru valoarea inițială de 22°C, iar umbrirea indică semnificația între alte grupuri, așa cum este indicat. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *Р<0,05, ***Р<0,001, ****Р<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001. *P < 0,05,***P < 0,001,****P < 0,0001. *P < 0,05,***P < 0,001,****P < 0,0001. *Р<0,05, ***Р<0,001, ****Р<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001.Valorile medii au fost calculate pentru întreaga perioadă experimentală (0-192 ore). n = 7.
Într-o altă serie de experimente, am examinat efectul temperaturii ambientale asupra acelorași parametri, dar de data aceasta între grupuri de șoareci care au fost ținuți constant la o anumită temperatură. Șoarecii au fost împărțiți în patru grupuri pentru a minimiza modificările statistice ale mediei și deviației standard a greutății corporale, grăsimii și greutății corporale normale (Fig. 3a-c). După 7 zile de aclimatizare, au fost înregistrate 4,5 zile de EE. EE este afectată semnificativ de temperatura ambientală atât în timpul zilei, cât și noaptea (Fig. 3d) și crește liniar pe măsură ce temperatura scade de la 27,5°C la 22°C (Fig. 3e). Comparativ cu alte grupuri, RER-ul grupului de 25°C a fost oarecum redus și nu au existat diferențe între grupurile rămase (Fig. 3f,g). Aportul alimentar paralel cu modelul EE a a crescut cu aproximativ 30% la 22°C comparativ cu 30°C (Fig. 3h,i). Consumul de apă și nivelurile de activitate nu au diferit semnificativ între grupuri (Fig. 3j,k). Expunerea la temperaturi diferite timp de până la 33 de zile nu a dus la diferențe în ceea ce privește greutatea corporală, masa slabă și masa de grăsime între grupuri (Fig. 3n-s), dar a dus la o scădere a masei corporale slabe de aproximativ 15% față de scorurile auto-raportate (Fig. 3n-s). 3b, r, c)) și masa de grăsime a crescut de peste 2 ori (de la ~1 g la 2-3 g, Fig. 3c, t, c). Din păcate, hota la 30°C are erori de calibrare și nu poate furniza date precise privind EE și RER.
- Greutatea corporală (a), masa slabă (b) și masa de grăsime (c) după 8 zile (cu o zi înainte de transferul în sistemul SABLE). d Consumul de energie (kcal/h). e Consumul mediu de energie (0–108 ore) la diferite temperaturi (kcal/24 ore). f Raportul de schimb respirator (RER) (VCO2/VO2). g RER mediu (VCO2/VO2). h Aportul alimentar total (g). i Aportul alimentar mediu (g/24 ore). j Consumul total de apă (ml). k Consumul mediu de apă (ml/24 h). l Nivelul de activitate cumulativă (m). m Nivelul de activitate mediu (m/24 h). n greutatea corporală în ziua a 18-a, o modificarea greutății corporale (de la -8 la ziua a 18-a), p masa slabă în ziua a 18-a, q modificarea masei slabe (de la -8 la ziua a 18-a), r masa de grăsime în ziua a 18-a și modificarea masei de grăsime (de la -8 la 18 zile). Semnificația statistică a măsurătorilor repetate a fost testată prin Oneway-ANOVA, urmată de testul de comparații multiple Tukey. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P <0,05, **P <0,01, ***P <0,001, ****P <0,0001. *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001, ****P<0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P <0,05, **P <0,01, ***P <0,001, ****P <0,0001. *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001, ****P<0,0001.Datele sunt prezentate ca medie + eroarea standard a mediei, faza întunecată (18:00-06:00) fiind reprezentată prin casete gri. Punctele de pe histograme reprezintă șoarecii individuali. Valorile medii au fost calculate pentru întreaga perioadă experimentală (0-108 ore). n = 7.
Șoarecii au fost corelați în ceea ce privește greutatea corporală, masa slabă și masa de grăsime la momentul inițial (Fig. 4a-c) și au fost menținuți la 22, 25, 27,5 și 30°C, ca în studiile cu șoareci cu greutate normală. La compararea grupurilor de șoareci, relația dintre EE și temperatură a arătat o relație liniară similară cu temperatura în timp la aceiași șoareci. Astfel, șoarecii ținuți la 22°C au consumat cu aproximativ 30% mai multă energie decât șoarecii ținuți la 30°C (Fig. 4d, e). La studierea efectelor la animale, temperatura nu a afectat întotdeauna RER (Fig. 4f, g). Aportul de alimente, aportul de apă și activitatea nu au fost afectate semnificativ de temperatură (Fig. 4h-m). După 33 de zile de creștere, șoarecii la 30°C au avut o greutate corporală semnificativ mai mare decât șoarecii la 22°C (Fig. 4n). Comparativ cu valorile lor inițiale respective, șoarecii crescuți la 30°C au avut greutăți corporale semnificativ mai mari decât șoarecii crescuți la 22°C (medie ± eroarea standard a mediei: Fig. 4o). Creșterea în greutate relativ mai mare s-a datorat unei creșteri a masei de grăsime (Fig. 4p, q) mai degrabă decât unei creșteri a masei slabe (Fig. 4r, s). În concordanță cu valoarea EE mai mică la 30°C, expresia mai multor gene BAT care cresc funcția/activitatea BAT a fost redusă la 30°C comparativ cu 22°C: Adra1a, Adrb3 și Prdm16. Alte gene cheie care cresc, de asemenea, funcția/activitatea BAT nu au fost afectate: Sema3a (reglarea creșterii neuriților), Tfam (biogeneza mitocondrială), Adrb1, Adra2a, Pck1 (gluconeogeneză) și Cpt1a. În mod surprinzător, Ucp1 și Vegf-a, asociate cu o activitate termogenică crescută, nu au scăzut în grupul de 30°C. De fapt, nivelurile de Ucp1 la trei șoareci au fost mai mari decât în grupul de 22°C, iar Vegf-a și Adrb2 au fost semnificativ crescute. Comparativ cu grupul de 22°C, șoarecii menținuți la 25°C și 27,5°C nu au prezentat nicio modificare (Figura suplimentară 1).
- Greutatea corporală (a), masa slabă (b) și masa de grăsime (c) după 9 zile (cu o zi înainte de transferul în sistemul SABLE). d Consumul de energie (EE, kcal/h). e Consumul mediu de energie (0–96 ore) la diferite temperaturi (kcal/24 ore). f Raportul de schimb respirator (RER, VCO2/VO2). g RER mediu (VCO2/VO2). h Aportul alimentar total (g). i Aportul alimentar mediu (g/24 ore). j Consumul total de apă (ml). k Consumul mediu de apă (ml/24 h). l Nivelul de activitate cumulativă (m). m Nivelul de activitate mediu (m/24 h). n Greutatea corporală în ziua 23 (g), o Modificarea greutății corporale, p Masa slabă, q Modificarea masei slabe (g) în ziua 23 comparativ cu ziua 9, Modificarea masei de grăsime (g) în ziua 23, masa de grăsime (g) comparativ cu ziua 8, ziua 23 comparativ cu ziua a 8-a. Semnificația statistică a măsurătorilor repetate a fost testată prin Oneway-ANOVA, urmată de testul de comparații multiple Tukey. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *Р<0,05, ***Р<0,001, ****Р<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001. *P < 0,05,***P < 0,001,****P < 0,0001. *P < 0,05,***P < 0,001,****P < 0,0001. *Р<0,05, ***Р<0,001, ****Р<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001.Datele sunt prezentate ca medie + eroarea standard a mediei, faza întunecată (18:00-06:00) fiind reprezentată prin casete gri. Punctele de pe histograme reprezintă șoarecii individuali. Valorile medii au fost calculate pentru întreaga perioadă experimentală (0-96 ore). n = 7.
La fel ca oamenii, șoarecii creează adesea micromedii pentru a reduce pierderile de căldură către mediu. Pentru a cuantifica importanța acestui mediu pentru EE, am evaluat EE la 22, 25, 27,5 și 30°C, cu sau fără apărători de piele și materiale pentru cuibărit. La 22°C, adăugarea de piei standard reduce EE cu aproximativ 4%. Adăugarea ulterioară de materiale pentru cuibărit a redus EE cu 3-4% (Fig. 5a,b). Nu s-au observat modificări semnificative ale RER, aportului de hrană, aportului de apă sau nivelurilor de activitate odată cu adăugarea de adăposturi sau piei + așternut (Figura 5i-p). Adăugarea de piele și materiale pentru cuibărit a redus, de asemenea, semnificativ EE la 25 și 30°C, dar răspunsurile au fost cantitativ mai mici. La 27,5°C nu s-a observat nicio diferență. În mod notabil, în aceste experimente, EE a scăzut odată cu creșterea temperaturii, în acest caz cu aproximativ 57% mai mică decât EE la 30°C comparativ cu 22°C (Fig. 5c-h). Aceeași analiză a fost efectuată doar pentru faza luminoasă, unde EE a fost mai aproape de rata metabolică bazală, deoarece în acest caz șoarecii s-au odihnit în mare parte pe piele, rezultând dimensiuni ale efectului comparabile la temperaturi diferite (Fig. suplimentară 2a-h).
Date pentru șoareci din adăpost și material de cuibărit (albastru închis), acasă, dar fără material de cuibărit (albastru deschis) și acasă și material de cuibărit (portocaliu). Consumul de energie (EE, kcal/h) pentru camerele a, c, e și g la 22, 25, 27,5 și 30 °C, b, d, f și h reprezintă EE (kcal/h). ip Date pentru șoareci adăpostiți la 22°C: i frecvență respiratorie (RER, VCO2/VO2), j RER mediu (VCO2/VO2), k aport alimentar cumulativ (g), l aport alimentar mediu (g/24 h), m aport total de apă (mL), n aport mediu de apă AUC (mL/24 h), o activitate totală (m), p nivel mediu de activitate (m/24 h). Datele sunt prezentate ca medie + eroare standard a mediei, faza întunecată (18:00-06:00 h) este reprezentată prin casete gri. Punctele de pe histograme reprezintă șoareci individuali. Semnificația statistică a măsurătorilor repetate a fost testată prin Oneway-ANOVA, urmată de testul de comparații multiple Tukey. *P < 0,05, **P < 0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P<0,05, **P<0,01.Valorile medii au fost calculate pentru întreaga perioadă experimentală (0-72 ore). n = 7.
La șoarecii cu greutate normală (2-3 ore de repaus alimentar), creșterea la temperaturi diferite nu a dus la diferențe semnificative în concentrațiile plasmatice de TG, 3-HB, colesterol, ALT și AST, ci și la HDL în funcție de temperatură. Figura 6a-e). Concentrațiile plasmatice de leptină, insulină, peptidă C și glucagon à jeun nu au diferit nici între grupuri (Figurile 6g-j). În ziua testului de toleranță la glucoză (după 31 de zile la temperaturi diferite), nivelul inițial al glicemiei (5-6 ore de repaus alimentar) a fost de aproximativ 6,5 mM, fără nicio diferență între grupuri. Administrarea orală de glucoză a crescut semnificativ concentrațiile de glucoză din sânge în toate grupurile, dar atât concentrația maximă, cât și aria incrementală de sub curbă (iAUC) (15–120 min) au fost mai mici în grupul de șoareci adăpostiți la 30 °C (puncte de timp individuale: P < 0,05–P < 0,0001, Fig. 6k, l) comparativ cu șoarecii adăpostiți la 22, 25 și 27,5 °C (care nu au diferit între ei). Administrarea orală de glucoză a crescut semnificativ concentrațiile de glucoză din sânge în toate grupurile, dar atât concentrația maximă, cât și aria incrementală de sub curbă (iAUC) (15–120 min) au fost mai mici în grupul de șoareci adăpostiți la 30 °C (puncte de timp individuale: P < 0,05–P < 0,0001, Fig. 6k, l) comparativ cu șoarecii adăpostiți la 22, 25 și 27,5 °C (care nu au diferit între ei). Пероральное ведение глюкозы значительно повышало концентрацию глюкозы в крови ва пог, врови во глюкозы как пиковая концентрация, так и площадь приращения под кривыми (iAUC) (15–120 мин) были нижпуй нижпе содержащихся при 30 °C (отдельные временные точки: P < 0,05–P < 0,0001, рис. 6k, l) по сравнению с мышами, содержащимися при 22, 25 și 27,5 ° C (которые не различались мсожуй мсожуй месожуй). Administrarea orală de glucoză a crescut semnificativ concentrațiile de glucoză din sânge în toate grupurile, dar atât concentrația maximă, cât și aria incrementală de sub curbă (iAUC) (15–120 min) au fost mai mici în grupul de șoareci la 30°C (puncte de timp separate: P < 0,05–P < 0,0001, Fig. 6k, l) comparativ cu șoarecii ținuți la 22, 25 și 27,5°C (care nu au diferit unul de celălalt).口服葡萄糖的给药显着增加了所有组的血糖浓度，但在30 °C饲养的小鼠组中，峰值浓度和曲线下增加面积(iAUC) (15-120 分钟) 均较低（吶低（吹：P 0,05–P < 0,0001，图6k，l）与饲养在22、25 和27,5°C 的小鼠（彼此之间没有差异）相比。口服 葡萄糖 的 给 药 显着 了 所有组 的 血糖 浓度 但 在 在 在 30 ° C 饰 饲 兼 中度浓度 和 曲线 下 增加 面积 面积 (IAUC) (15-120 分钟) 均 较 低 各 个 点 点 点 点 点 点 ： <0. 0,0001，图6k，l）与饲养在22、25和27,5°C 的小鼠（彼此之间没有差异）相比。Administrarea orală de glucoză a crescut semnificativ concentrațiile de glucoză din sânge în toate grupurile, dar atât concentrația maximă, cât și aria de sub curbă (iAUC) (15–120 min) au fost mai mici în grupul de șoareci hrăniți la 30°C (toate momentele).: P < 0,05–P < 0,0001, рис. P < 0,05–P < 0,0001, Fig.6l, l) comparativ cu șoarecii ținuți la 22, 25 și 27,5°C (fără diferențe între ei).
Concentrațiile plasmatice de TG, 3-HB, colesterol, HDL, ALT, AST, FFA, glicerol, leptină, insulină, peptidă C și glucagon sunt prezentate la șoarecii masculi adulți DIO(al) după 33 de zile de hrănire la temperatura indicată. Șoarecii nu au fost hrăniți cu 2-3 ore înainte de recoltarea probelor de sânge. Excepția a fost un test oral de toleranță la glucoză, care a fost efectuat cu două zile înainte de sfârșitul studiului pe șoareci care au fost ținuți în repaus alimentar timp de 5-6 ore și la temperatura corespunzătoare timp de 31 de zile. Șoarecii au fost expuși la 2 g/kg greutate corporală. Datele privind aria de sub curbă (L) sunt exprimate ca date incrementale (iAUC). Datele sunt prezentate ca medie ± SEM. Punctele reprezintă probe individuale. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001, n = 7. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001, n=7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001, n = 7. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001, n=7.
La șoarecii DIO (de asemenea, ținuți în repaus alimentar timp de 2-3 ore), concentrațiile plasmatice de colesterol, HDL, ALT, AST și FFA nu au diferit între grupuri. Atât TG, cât și glicerolul au fost semnificativ crescute în grupul de 30°C comparativ cu grupul de 22°C (Figurile 7a-h). În schimb, 3-GB a fost cu aproximativ 25% mai mic la 30°C comparativ cu 22°C (Figura 7b). Astfel, deși șoarecii menținuți la 22°C au avut un bilanț energetic general pozitiv, așa cum sugerează creșterea în greutate, diferențele în concentrațiile plasmatice de TG, glicerol și 3-HB sugerează că șoarecii la 22°C atunci când prelevarea de probe a fost mai mică decât la 22°C. °C. Șoarecii crescuți la 30°C se aflau într-o stare relativ mai negativă din punct de vedere energetic. În concordanță cu aceasta, concentrațiile hepatice de glicerol și TG extractibile, dar nu și de glicogen și colesterol, au fost mai mari în grupul de 30°C (Fig. suplimentară 3a-d). Pentru a investiga dacă diferențele de lipoliză dependente de temperatură (măsurate prin TG și glicerol plasmatic) sunt rezultatul modificărilor interne ale grăsimii epididimale sau inghinale, am extras țesut adipos din aceste depozite la sfârșitul studiului și am cuantificat ex vivo acidul gras liber și eliberarea de glicerol. În toate grupurile experimentale, probele de țesut adipos din depozitele epididimale și inghinale au arătat o creștere de cel puțin două ori a producției de glicerol și FFA ca răspuns la stimularea cu izoproterenol (Fig. suplimentară 4a-d). Cu toate acestea, nu s-a constatat niciun efect al temperaturii cojii asupra lipolizei bazale sau stimulate de izoproterenol. În concordanță cu o greutate corporală și o masă de grăsime mai mari, nivelurile plasmatice de leptină au fost semnificativ mai mari în grupul de 30°C decât în grupul de 22°C (Figura 7i). Dimpotrivă, nivelurile plasmatice de insulină și peptidă C nu au diferit între grupurile de temperatură (Fig. 7k, k), dar glucagonul plasmatic a prezentat o dependență de temperatură, însă în acest caz, aproape 22°C în grupul opus a fost de două ori mai mare decât 30°C în Grupul C (Fig. 7l). FGF21 nu a diferit între diferitele grupuri de temperatură (Fig. 7m). În ziua testului de testare orală a glicemiei (OGTT), glicemia inițială a fost de aproximativ 10 mM și nu a diferit între șoarecii adăpostiți la temperaturi diferite (Fig. 7n). Administrarea orală de glucoză a crescut nivelurile de glucoză din sânge și a atins un vârf în toate grupurile la o concentrație de aproximativ 18 mM la 15 minute după administrare. Nu au existat diferențe semnificative în ceea ce privește iAUC (15-120 min) și concentrațiile la diferite momente de timp după administrare (15, 30, 60, 90 și 120 min) (Figura 7n, o).
Concentrațiile plasmatice de TG, 3-HB, colesterol, HDL, ALT, AST, FFA, glicerol, leptină, insulină, peptid C, glucagon și FGF21 au fost demonstrate la șoarecii masculi adulți DIO (ao) după 33 de zile de hrănire. Șoarecii nu au fost hrăniți cu 2-3 ore înainte de recoltarea probelor de sânge. Testul oral de toleranță la glucoză a fost o excepție, deoarece a fost efectuat la o doză de 2 g/kg greutate corporală cu două zile înainte de sfârșitul studiului, la șoareci care au fost ținuți în repaus alimentar timp de 5-6 ore și ținuți la temperatura adecvată timp de 31 de zile. Aria de sub curbă (o) este prezentată ca date incrementale (iAUC). Datele sunt prezentate ca medie ± SEM. Punctele reprezintă probe individuale. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001, n = 7. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001, n=7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001, n = 7. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001, n=7.
Transferabilitatea datelor provenite de la rozătoare la oameni este o problemă complexă care joacă un rol central în interpretarea importanței observațiilor în contextul cercetării fiziologice și farmacologice. Din motive economice și pentru a facilita cercetarea, șoarecii sunt adesea ținuți la temperatura camerei, sub zona lor termoneutră, ceea ce duce la activarea diferitelor sisteme fiziologice compensatorii care cresc rata metabolică și pot afecta traductabilitatea9. Astfel, expunerea șoarecilor la frig poate face șoarecii rezistenți la obezitatea indusă de dietă și poate preveni hiperglicemia la șobolanii tratați cu streptozotocină din cauza creșterii transportului de glucoză non-insulinodependent. Cu toate acestea, nu este clar în ce măsură expunerea prelungită la diferite temperaturi relevante (de la temperatura camerei la temperatura termoneutră) afectează homeostazia energetică diferită a șoarecilor cu greutate normală (cu hrană) și a șoarecilor DIO (cu HFD) și parametrii metabolici, precum și măsura în care aceștia au reușit să echilibreze o creștere a EE cu o creștere a aportului alimentar. Studiul prezentat în acest articol își propune să aducă o oarecare claritate asupra acestui subiect.
Am demonstrat că la șoarecii adulți cu greutate normală și la șoarecii DIO masculi, EE este invers proporțională cu temperatura camerei între 22 și 30°C. Astfel, EE la 22°C a fost cu aproximativ 30% mai mare decât la 30°C, în ambele modele de șoareci. Cu toate acestea, o diferență importantă între șoarecii cu greutate normală și șoarecii DIO este că, în timp ce șoarecii cu greutate normală au corespuns EE la temperaturi mai scăzute prin ajustarea corespunzătoare a aportului alimentar, aportul alimentar al șoarecilor DIO a variat la diferite niveluri. Temperaturile studiate au fost similare. După o lună, șoarecii DIO ținuți la 30°C au câștigat în greutate corporală și masă grasă mai mult decât șoarecii ținuți la 22°C, în timp ce oamenii normali ținuți la aceeași temperatură și pentru aceeași perioadă de timp nu au dus la febră, diferență dependentă de greutatea corporală a șoarecilor cu greutate normală. Comparativ cu temperaturile apropiate de termoneutru sau la temperatura camerei, creșterea la temperatura camerei a dus la șoareci DIO sau cu greutate normală care au urmat o dietă bogată în grăsimi, dar nu și o dietă pentru șoareci cu greutate normală, să câștige relativ mai puțină greutate corporală. Susținut de alte studii17,18,19,20,21, dar nu de toate22,23.
Se presupune că capacitatea de a crea un micromediu pentru a reduce pierderile de căldură deplasă neutralitatea termică spre stânga8, 12. În studiul nostru, atât adăugarea de material de cuibărit, cât și ascunderea au redus EE, dar nu au dus la neutralitate termică până la 28°C. Prin urmare, datele noastre nu susțin ideea că punctul inferior de termoneutralitate la șoarecii adulți cu un singur genunchi, cu sau fără adăposturi îmbogățite cu mediu, ar trebui să fie de 26-28°C, așa cum s-a arătat8,12, dar susțin alte studii care arată temperaturi de termoneutralitate de 30°C la șoarecii cu punct inferior7, 10, 24. Pentru a complica lucrurile, s-a demonstrat că punctul termoneutral la șoareci nu este static în timpul zilei, deoarece este mai scăzut în timpul fazei de repaus (lumină), posibil datorită producției mai mici de calorii ca urmare a activității și a termogenezei induse de dietă. Astfel, în faza luminoasă, punctul inferior de neutralitate termică se dovedește a fi ~29°С, iar în faza întunecată, ~33°С25.
În cele din urmă, relația dintre temperatura ambiantă și consumul total de energie este determinată de disiparea căldurii. În acest context, raportul dintre suprafață și volum este un factor determinant important al sensibilității termice, afectând atât disiparea căldurii (suprafață), cât și generarea de căldură (volum). Pe lângă suprafață, transferul de căldură este determinat și de izolație (rata de transfer de căldură). La om, masa de grăsime poate reduce pierderea de căldură prin crearea unei bariere izolatoare în jurul corpului și s-a sugerat că masa de grăsime este importantă și pentru izolația termică la șoareci, coborând punctul termoneutru și reducând sensibilitatea la temperatură sub punctul termic neutru (panta curbei). temperatura ambiantă comparativ cu EE)12. Studiul nostru nu a fost conceput pentru a evalua direct această presupusă relație, deoarece datele privind compoziția corporală au fost colectate cu 9 zile înainte de colectarea datelor privind cheltuielile energetice și deoarece masa de grăsime nu a fost stabilă pe tot parcursul studiului. Cu toate acestea, deoarece șoarecii cu greutate normală și cei DIO au un EE cu 30% mai mic la 30°C decât la 22°C, în ciuda unei diferențe de cel puțin 5 ori mai mari în ceea ce privește masa de grăsime, datele noastre nu susțin că obezitatea ar trebui să ofere un factor de izolație de bază, cel puțin nu în intervalul de temperatură investigat. Acest lucru este în concordanță cu alte studii mai bine concepute pentru a explora acest aspect4,24. În aceste studii, efectul izolator al obezității a fost mic, dar s-a constatat că blana oferă 30-50% din izolația termică totală4,24. Cu toate acestea, la șoarecii morți, conductivitatea termică a crescut cu aproximativ 450% imediat după moarte, ceea ce sugerează că efectul izolator al blănii este necesar pentru ca mecanismele fiziologice, inclusiv vasoconstricția, să funcționeze. Pe lângă diferențele de blană între șoareci și oameni, efectul izolator slab al obezității la șoareci poate fi influențat și de următoarele considerații: Factorul izolator al masei de grăsime umană este mediat în principal de masa de grăsime subcutanată (grosime)26,27. De obicei, la rozătoare, mai puțin de 20% din grăsimea animală totală28. În plus, masa totală de grăsime poate să nu fie nici măcar o măsură suboptimă a izolației termice a unui individ, deoarece s-a susținut că izolația termică îmbunătățită este compensată de creșterea inevitabilă a suprafeței (și, prin urmare, de creșterea pierderii de căldură) pe măsură ce masa de grăsime crește.
La șoarecii cu greutate normală, concentrațiile plasmatice de TG, 3-HB, colesterol, HDL, ALT și AST à jeun nu s-au modificat la diferite temperaturi timp de aproape 5 săptămâni, probabil pentru că șoarecii se aflau în aceeași stare de echilibru energetic, având aceeași greutate și compoziție corporală ca la sfârșitul studiului. În concordanță cu similaritatea masei de grăsime, nu au existat diferențe nici în ceea ce privește nivelurile plasmatice de leptină, nici în ceea ce privește insulina, peptida C și glucagonul à jeun. Mai multe semnale au fost găsite la șoarecii DIO. Deși șoarecii la 22°C nu au avut nici ei un echilibru energetic negativ general în această stare (pe măsură ce au luat în greutate), la sfârșitul studiului au avut un deficit energetic relativ mai mare în comparație cu șoarecii crescuți la 30°C, în condiții precum o producție ridicată de cetone de către organism (3-GB) și o scădere a concentrației de glicerol și TG în plasmă. Cu toate acestea, diferențele de lipoliză dependente de temperatură nu par a fi rezultatul unor modificări intrinseci ale grăsimii epididimale sau inghinale, cum ar fi modificările expresiei lipazei responsabile de adipohormoni, deoarece FFA și glicerolul eliberate din grăsimea extrasă din aceste depozite se află între ... Grupurile de temperatură sunt similare între ele. Deși nu am investigat tonusul simpatic în studiul actual, alții au descoperit că acesta (pe baza ritmului cardiac și a presiunii arteriale medii) este liniar legat de temperatura ambiantă la șoareci și este aproximativ mai mic la 30°C decât la 22°C (20% C). Astfel, diferențele de tonus simpatic dependente de temperatură pot juca un rol în lipoliză în studiul nostru, dar deoarece o creștere a tonusului simpatic stimulează mai degrabă decât inhibă lipoliza, alte mecanisme pot contracara această scădere la șoarecii de cultură. Rol potențial în descompunerea grăsimii corporale. Temperatura camerei. În plus, o parte din efectul stimulator al tonusului simpatic asupra lipolizei este mediat indirect de inhibarea puternică a secreției de insulină, evidențiind efectul suplimentării cu insulină prin întreruperea suplimentării asupra lipolizei30, însă în studiul nostru, insulina plasmatică à jeun și tonusul simpatic al peptidului C la diferite temperaturi nu au fost suficiente pentru a altera lipoliza. În schimb, am constatat că diferențele de stare energetică au fost cel mai probabil principalul factor care a contribuit la aceste diferențe la șoarecii DIO. Motivele care stau la baza unei mai bune reglări a aportului alimentar cu EE la șoarecii cu greutate normală necesită studii suplimentare. În general, însă, aportul alimentar este controlat de indicii homeostatici și hedonici31,32,33. Deși există o dezbatere cu privire la care dintre cele două semnale este cantitativ mai important,31,32,33 este bine cunoscut faptul că consumul pe termen lung de alimente bogate în grăsimi duce la un comportament alimentar bazat mai mult pe plăcere, care într-o oarecare măsură nu are legătură cu homeostazia. . – aport alimentar reglat34,35,36. Prin urmare, comportamentul alimentar hedonic crescut al șoarecilor DIO tratați cu HFD 45% ar putea fi unul dintre motivele pentru care acești șoareci nu au echilibrat aportul alimentar cu EE. Interesant este că diferențele în ceea ce privește apetitul și hormonii de reglare a glicemiei au fost observate și la șoarecii DIO cu temperatură controlată, dar nu și la șoarecii cu greutate normală. La șoarecii DIO, nivelurile plasmatice de leptină au crescut odată cu temperatura, iar nivelurile de glucagon au scăzut odată cu temperatura. Măsura în care temperatura poate influența direct aceste diferențe merită studii suplimentare, dar în cazul leptinei, bilanțul energetic relativ negativ și, prin urmare, masa de grăsime mai mică la șoareci la 22°C au jucat cu siguranță un rol important, deoarece masa de grăsime și leptina plasmatică sunt puternic corelate37. Cu toate acestea, interpretarea semnalului glucagonului este mai derutantă. Ca și în cazul insulinei, secreția de glucagon a fost puternic inhibată de o creștere a tonusului simpatic, dar cel mai mare tonus simpatic a fost prezis a fi în grupul de 22°C, care a avut cele mai mari concentrații plasmatice de glucagon. Insulina este un alt regulator puternic al glucagonului plasmatic, iar rezistența la insulină și diabetul de tip 2 sunt puternic asociate cu hiperglucagonemia à jeun și postprandială 38,39. Cu toate acestea, șoarecii DIO din studiul nostru au fost, de asemenea, insensibili la insulină, deci acesta nu ar putea fi principalul factor în creșterea semnalizării glucagonului în grupul de 22°C. Conținutul de grăsime hepatică este, de asemenea, asociat pozitiv cu o creștere a concentrației plasmatice de glucagon, mecanismele acesteia, la rândul lor, putând include rezistența hepatică la glucagon, scăderea producției de uree, creșterea concentrațiilor de aminoacizi circulanți și creșterea secreției de glucagon stimulată de aminoacizi 40,41,42. Cu toate acestea, deoarece concentrațiile extractibile de glicerol și TG nu au diferit între grupurile de temperatură din studiul nostru, acesta nu ar putea fi un factor potențial în creșterea concentrațiilor plasmatice în grupul de 22°C. Triiodotironina (T3) joacă un rol critic în rata metabolică generală și în inițierea apărării metabolice împotriva hipotermiei 43,44. Astfel, concentrația plasmatică de T3, posibil controlată de mecanisme mediate central,45,46 crește atât la șoareci, cât și la oameni în condiții mai puțin decât termoneutre47, deși creșterea la oameni este mai mică, ceea ce este mai predispus la șoareci. Acest lucru este în concordanță cu pierderea de căldură în mediu. Nu am măsurat concentrațiile plasmatice de T3 în studiul actual, dar este posibil ca nivelurile plasmatice de glucagon să fi fost mai mici în grupul de 30°C, ceea ce poate explica efectul acestui grup asupra nivelurilor plasmatice de glucagon, deoarece noi (Figura 5a actualizată) și alții am arătat că T3 crește glucagonul plasmatic într-un mod dependent de doză. S-a raportat că hormonii tiroidieni induc expresia FGF21 în ficat. La fel ca glucagonul, concentrațiile plasmatice de FGF21 au crescut, de asemenea, odată cu concentrațiile plasmatice de T3 (Figura suplimentară 5b și ref. 48), dar, în comparație cu glucagonul, concentrațiile plasmatice de FGF21 în studiul nostru nu au fost afectate de temperatură. Motivele care stau la baza acestei discrepanțe necesită studii suplimentare, dar inducerea FGF21 determinată de T3 ar trebui să aibă loc la niveluri mai ridicate de expunere la T3 comparativ cu răspunsul la glucagon determinat de T3 observat (Fig. suplimentară 5b).
S-a demonstrat că HFD este puternic asociată cu toleranță alterată la glucoză și rezistență la insulină (markeri) la șoarecii crescuți la 22°C. Cu toate acestea, HFD nu a fost asociată nici cu toleranță alterată la glucoză, nici cu rezistență la insulină atunci când a fost crescută într-un mediu termoneutru (definit aici ca 28°C) 19. În studiul nostru, această relație nu a fost reprodusă la șoarecii DIO, dar șoarecii cu greutate normală menținuți la 30°C au îmbunătățit semnificativ toleranța la glucoză. Motivul acestei diferențe necesită studii suplimentare, dar poate fi influențat de faptul că șoarecii DIO din studiul nostru au fost rezistenți la insulină, cu concentrații plasmatice de peptid C à jeun și concentrații de insulină de 12-20 de ori mai mari decât șoarecii cu greutate normală și în sânge pe stomacul gol. concentrații de glucoză de aproximativ 10 mM (aproximativ 6 mM la greutate corporală normală), ceea ce pare să lase o fereastră mică pentru orice efecte benefice potențiale ale expunerii la condiții termoneutre pentru îmbunătățirea toleranței la glucoză. Un posibil factor de confuzie este faptul că, din motive practice, OGTT se efectuează la temperatura camerei. Astfel, șoarecii adăpostiți la temperaturi mai ridicate au prezentat un șoc rece ușor, care poate afecta absorbția/clearance-ul glucozei. Cu toate acestea, pe baza unor concentrații similare de glucoză din sânge à jeun la diferite grupe de temperatură, este posibil ca modificările temperaturii ambiante să nu fi afectat semnificativ rezultatele.
Așa cum am menționat anterior, s-a evidențiat recent faptul că creșterea temperaturii camerei poate atenua unele reacții la stresul cauzat de frig, ceea ce poate pune sub semnul întrebării transferabilitatea datelor obținute de la șoareci la oameni. Cu toate acestea, nu este clar care este temperatura optimă pentru menținerea șoarecilor în scopul imitării fiziologiei umane. Răspunsul la această întrebare poate fi influențat și de domeniul de studiu și de criteriul de evaluare studiat. Un exemplu în acest sens este efectul dietei asupra acumulării de grăsime hepatică, toleranței la glucoză și rezistenței la insulină19. În ceea ce privește consumul de energie, unii cercetători consideră că termoneutralitatea este temperatura optimă pentru creștere, deoarece oamenii necesită puțină energie suplimentară pentru a-și menține temperatura corporală centrală și definesc o temperatură într-o singură poală pentru șoarecii adulți ca fiind de 30°C7,10. Alți cercetători consideră că o temperatură comparabilă cu cea pe care o experimentează de obicei oamenii cu șoarecii adulți într-un genunchi este de 23-25°C, deoarece au constatat că termoneutralitatea este de 26-28°C și, pe baza faptului că la oameni este mai scăzută cu aproximativ 3°C, temperatura lor critică inferioară, definită aici ca 23°C, este ușor 8,12. Studiul nostru este în concordanță cu alte câteva studii care afirmă că neutralitatea termică nu este atinsă la 26-28°C4, 7, 10, 11, 24, 25, indicând că 23-25°C este prea scăzut. Un alt factor important de luat în considerare în ceea ce privește temperatura camerei și termoneutralitatea la șoareci este adăpostirea individuală sau în grup. Atunci când șoarecii au fost adăpostiți în grupuri, mai degrabă decât individual, ca în studiul nostru, sensibilitatea la temperatură a fost redusă, posibil din cauza aglomerării animalelor. Cu toate acestea, temperatura camerei era încă sub LTL de 25 atunci când au fost utilizate trei grupuri. Poate cea mai importantă diferență interspecifică în această privință este semnificația cantitativă a activității BAT ca apărare împotriva hipotermiei. Astfel, în timp ce șoarecii au compensat în mare măsură pierderea mai mare de calorii prin creșterea activității BAT, care este peste 60% EE numai la 5°C,51,52 contribuția activității BAT umane la EE a fost semnificativ mai mare, mult mai mică. Prin urmare, reducerea activității BAT poate fi o modalitate importantă de a crește translația umană. Reglarea activității BAT este complexă, dar este adesea mediată de efectele combinate ale stimulării adrenergice, hormonilor tiroidieni și expresiei UCP114,54,55,56,57. Datele noastre indică faptul că temperatura trebuie crescută peste 27,5°C în comparație cu șoarecii la 22°C pentru a detecta diferențe în expresia genelor BAT responsabile de funcție/activare. Cu toate acestea, diferențele constatate între grupurile la 30 și 22°C nu au indicat întotdeauna o creștere a activității BAT în grupul de 22°C, deoarece Ucp1, Adrb2 și Vegf-a au fost reglate negativ în grupul de 22°C. Cauza principală a acestor rezultate neașteptate rămâne de determinat. O posibilitate este ca expresia lor crescută să nu reflecte un semnal de temperatură ambientală ridicată, ci mai degrabă un efect acut al mutării lor de la 30°C la 22°C în ziua îndepărtării (șoarecii au experimentat acest lucru cu 5-10 minute înainte de decolare).
O limitare generală a studiului nostru este că am studiat doar șoareci masculi. Alte cercetări sugerează că sexul ar putea fi o considerație importantă în indicațiile noastre principale, deoarece șoarecii femele cu un singur genunchi sunt mai sensibili la temperatură datorită conductivității termice mai mari și menținerii unor temperaturi centrale mai strict controlate. În plus, șoarecii femele (cu HFD) au arătat o asociere mai mare a aportului energetic cu EE la 30 °C, comparativ cu șoarecii masculi care au consumat mai mulți șoareci de același sex (20 °C în acest caz) 20. Astfel, la șoarecii femele, efectul conținutului subtermonetral este mai mare, dar are același model ca la șoarecii masculi. În studiul nostru, ne-am concentrat pe șoareci masculi cu un singur genunchi, deoarece acestea sunt condițiile în care se desfășoară majoritatea studiilor metabolice care examinează EE. O altă limitare a studiului nostru a fost că șoarecii au urmat aceeași dietă pe tot parcursul studiului, ceea ce a împiedicat studierea importanței temperaturii camerei pentru flexibilitatea metabolică (măsurată prin modificările RER pentru modificările dietetice în diverse compoziții de macronutrienți). la șoarecii femele și masculi ținuți la 20 °C, comparativ cu șoarecii corespunzători ținuți la 30 °C.
În concluzie, studiul nostru arată că, la fel ca în alte studii, șoarecii cu greutate normală din prima etapă sunt termoneutri peste temperatura prezisă de 27,5°C. În plus, studiul nostru arată că obezitatea nu este un factor izolator major la șoarecii cu greutate normală sau DIO, rezultând raporturi temperatură:EE similare la șoarecii DIO și cei cu greutate normală. În timp ce aportul alimentar al șoarecilor cu greutate normală a fost în concordanță cu EE și, prin urmare, a menținut o greutate corporală stabilă pe întregul interval de temperatură, aportul alimentar al șoarecilor DIO a fost același la temperaturi diferite, rezultând un raport mai mare de șoareci la 30°C sau la 22°C care au câștigat mai mult în greutate corporală. În general, studiile sistematice care examinează importanța potențială a vieții sub temperaturi termoneutre sunt justificate datorită tolerabilității slabe adesea observate între studiile pe șoareci și pe oameni. De exemplu, în studiile privind obezitatea, o explicație parțială pentru traducerea în general mai slabă poate fi datorată faptului că studiile privind pierderea în greutate pe murini sunt de obicei efectuate pe animale stresate moderat la frig, ținute la temperatura camerei, datorită EE-ului lor crescut. Pierdere exagerată în greutate în comparație cu greutatea corporală așteptată a unei persoane, în special dacă mecanismul de acțiune depinde de creșterea EE prin creșterea activității BAP, care este mai activă și activată la temperatura camerei decât la 30°C.
În conformitate cu Legea daneză privind experimentarea pe animale (1987) și Institutele Naționale de Sănătate (Publicația nr. 85-23) și Convenția europeană pentru protecția vertebratelor utilizate în scopuri experimentale și alte scopuri științifice (Consiliul Europei nr. 123, Strasbourg, 1985).
Șoareci masculi C57BL/6J în vârstă de douăzeci de săptămâni au fost obținuți de la Janvier Saint Berthevin Cedex, Franța, și li s-a administrat ad libitum hrană standard (Altromin 1324) și apă (~22°C) după un ciclu lumină:întuneric de 12:12 ore, la temperatura camerei. Șoarecii masculi DIO (20 de săptămâni) au fost obținuți de la același furnizor și li s-a oferit acces ad libitum la o dietă bogată în grăsimi de 45% (nr. cat. D12451, Research Diet Inc., NJ, SUA) și apă în condiții de creștere. Șoarecii au fost adaptați la mediu cu o săptămână înainte de începerea studiului. Cu două zile înainte de transferul în sistemul de calorimetrie indirectă, șoarecii au fost cântăriți, supuși scanării RMN (EchoMRITM, TX, SUA) și împărțiți în patru grupe corespunzătoare greutății corporale, grăsimii și greutății corporale normale.
O diagramă grafică a designului studiului este prezentată în Figura 8. Șoarecii au fost transferați într-un sistem de calorimetrie indirectă închis și cu temperatură controlată la Sable Systems Internationals (Nevada, SUA), care a inclus monitoare pentru calitatea hranei și a apei și un cadru Promethion BZ1 care a înregistrat nivelurile de activitate prin măsurarea întreruperilor fasciculului. XYZ. Șoarecii (n = 8) au fost adăpostiți individual la 22, 25, 27,5 sau 30°C folosind așternut, dar fără adăpost și materiale de cuibărit, pe un ciclu lumină:întuneric de 12:12 ore (lumină: 06:00–18:00). 2500 ml/min. Șoarecii au fost aclimatizați timp de 7 zile înainte de înregistrare. Înregistrările au fost colectate patru zile la rând. Ulterior, șoarecii au fost ținuți la temperaturile respective de 25, 27,5 și 30°C pentru încă 12 zile, după care concentratele celulare au fost adăugate așa cum este descris mai jos. Între timp, grupuri de șoareci ținuți la 22°C au fost ținuți la această temperatură timp de încă două zile (pentru a colecta noi date de referință), apoi temperatura a fost crescută în trepte de 2°C o dată la două zile la începutul fazei luminoase (06:00) până la atingerea valorii de 30°C. După aceea, temperatura a fost coborâtă la 22°C și s-au colectat date pentru încă două zile. După încă două zile de înregistrare la 22°C, s-au adăugat piei la toate celulele la toate temperaturile, iar colectarea datelor a început în a doua zi (ziua 17) și timp de trei zile. După aceea (ziua 20), s-a adăugat material de cuibărit (8-10 g) la toate celulele la începutul ciclului luminos (06:00) și s-au colectat date pentru încă trei zile. Astfel, la sfârșitul studiului, șoarecii ținuți la 22°C au fost ținuți la această temperatură timp de 21/33 de zile și la 22°C pentru ultimele 8 zile, în timp ce șoarecii la alte temperaturi au fost ținuți la această temperatură timp de 33/33 de zile. Șoarecii au fost hrăniți în perioada studiului.
Șoarecii cu greutate normală și cei DIO au urmat aceleași proceduri de studiu. În ziua -9, șoarecii au fost cântăriți, scanați prin RMN și împărțiți în grupuri comparabile în ceea ce privește greutatea corporală și compoziția corporală. În ziua -7, șoarecii au fost transferați într-un sistem de calorimetrie indirectă închis, cu temperatură controlată, fabricat de SABLE Systems International (Nevada, SUA). Șoarecii au fost adăpostiți individual, cu așternut, dar fără materiale de cuibărit sau adăpost. Temperatura este setată la 22, 25, 27,5 sau 30 °C. După o săptămână de aclimatizare (zilele -7 până la 0, animalele nu au fost deranjate), datele au fost colectate în patru zile consecutive (zilele 0-4, date prezentate în FIG. 1, 2, 5). Ulterior, șoarecii ținuți la 25, 27,5 și 30 °C au fost ținuți în condiții constante până în a 17-a zi. În același timp, temperatura în grupul de 22°C a fost crescută la intervale de 2°C o dată la două zile prin ajustarea ciclului de temperatură (06:00) la începutul expunerii la lumină (datele sunt prezentate în Fig. 1). În ziua 15, temperatura a scăzut la 22°C și au fost colectate date timp de două zile pentru a oferi date de referință pentru tratamentele ulterioare. Tuturor șoarecilor li s-a adăugat piei în ziua 17, iar materialul de cuibărit a fost adăugat în ziua 20 (Fig. 5). În ziua 23, șoarecii au fost cântăriți și supuși scanării RMN, apoi lăsați în pace timp de 24 de ore. În ziua 24, șoarecii au fost ținuți în pauză de la începutul fotoperioadei (06:00) și au primit OGTT (2 g/kg) la 12:00 (6-7 ore de post). Ulterior, șoarecii au fost readuși în condițiile lor SABLE respective și eutanasiați în a doua zi (ziua 25).
Șoarecii DIO (n = 8) au urmat același protocol ca și șoarecii cu greutate normală (așa cum este descris mai sus și în Figura 8). Șoarecii au menținut o densitate mare de energie (HFD) de 45% pe tot parcursul experimentului de consum energetic.
VO2 și VCO2, precum și presiunea vaporilor de apă, au fost înregistrate la o frecvență de 1 Hz cu o constantă de timp a celulei de 2,5 min. Consumul de alimente și apă a fost colectat prin înregistrarea continuă (1 Hz) a greutății găleților cu alimente și apă. Monitorul de calitate utilizat a raportat o rezoluție de 0,002 g. Nivelurile de activitate au fost înregistrate utilizând un monitor 3D XYZ cu fascicul, datele au fost colectate la o rezoluție internă de 240 Hz și raportate în fiecare secundă pentru a cuantifica distanța totală parcursă (m) cu o rezoluție spațială efectivă de 0,25 cm. Datele au fost procesate cu Sable Systems Macro Interpreter v.2.41, calculând EE și RER și filtrând valorile aberante (de exemplu, evenimente de masă false). Interpretorul de macro este configurat să genereze date pentru toți parametrii la fiecare cinci minute.
Pe lângă reglarea EE, temperatura ambiantă poate regla și alte aspecte ale metabolismului, inclusiv metabolismul postprandial al glucozei, prin reglarea secreției de hormoni care metabolizează glucoza. Pentru a testa această ipoteză, am finalizat în cele din urmă un studiu privind temperatura corporală prin provocarea unei încărcături orale de glucoză DIO (2 g/kg) la șoareci cu greutate normală. Metodele sunt descrise în detaliu în materiale suplimentare.
La sfârșitul studiului (ziua 25), șoarecii au fost ținuți în repaus alimentar timp de 2-3 ore (începând cu ora 06:00), anesteziați cu izofluran și li s-a efectuat o sângerare completă prin venipunctură retroorbitală. Cuantificarea lipidelor plasmatice, a hormonilor și lipidelor din ficat este descrisă în Materialele Suplimentare.
Pentru a investiga dacă temperatura învelișului provoacă modificări intrinseci ale țesutului adipos care afectează lipoliza, țesutul adipos inghinal și epididimal a fost excizat direct de la șoareci după ultima etapă de sângerare. Țesuturile au fost procesate utilizând testul de lipoliză ex vivo recent dezvoltat, descris în Metodele Suplimentare.
Țesutul adipos brun (BAT) a fost colectat în ziua încheierii studiului și procesat conform metodelor suplimentare.
Datele sunt prezentate ca medie ± SEM. Graficele au fost create în GraphPad Prism 9 (La Jolla, CA), iar graficele au fost editate în Adobe Illustrator (Adobe Systems Incorporated, San Jose, CA). Semnificația statistică a fost evaluată în GraphPad Prism și testată prin test t pereche, ANOVA unidirecțională/bidirecțională cu măsurători repetate, urmată de testul de comparații multiple Tukey sau ANOVA unidirecțională nepereche, urmată de testul de comparații multiple Tukey, după cum a fost necesar. Distribuția gaussiană a datelor a fost validată prin testul de normalitate D'Agostino-Pearson înainte de testare. Mărimea eșantionului este indicată în secțiunea corespunzătoare din secțiunea „Rezultate”, precum și în legendă. Repetiția este definită ca orice măsurătoare efectuată pe același animal (in vivo sau pe o probă de țesut). În ceea ce privește reproductibilitatea datelor, o asociere între consumul energetic și temperatura carcasei a fost demonstrată în patru studii independente care au utilizat șoareci diferiți cu un design similar al studiului.
Protocoalele experimentale detaliate, materialele și datele brute sunt disponibile la cerere rezonabilă din partea autorului principal, Rune E. Kuhre. Acest studiu nu a generat reactivi unici noi, linii celulare/animale transgenice sau date de secvențiere.
Pentru mai multe informații despre designul studiului, consultați rezumatul Raportului de Cercetare Naturală, care face trimitere la acest articol.
Toate datele formează un grafic. Datele 1-7 au fost depuse în depozitul bazei de date Science, numărul de acces: 1253.11.sciencedb.02284 sau https://doi.org/10.57760/sciencedb.02284. Datele afișate în ESM pot fi trimise către Rune E Kuhre după teste rezonabile.
Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO și Tang-Christensen, M. Animalele de laborator ca modele surogat ale obezității umane. Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO și Tang-Christensen, M. Animalele de laborator ca modele surogat ale obezității umane.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. și Tang-Christensen M. Animalele de laborator ca modele surogat ale obezității umane. Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO și Tang-Christensen, M. 实验动物作为人类肥胖的替代模型。 Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO și Tang-Christensen, M. Animalele experimentale ca model substitutiv pentru oameni.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. și Tang-Christensen M. Animalele de laborator ca modele surogat ale obezității la om.Acta Pharmacology. criminalitate 33, 173–181 (2012).
Gilpin, DA Calculul noii constante Mie și determinarea experimentală a dimensiunii arsurii. Burns 22, 607–611 (1996).
Gordon, SJ Sistemul de termoreglare al șoarecilor: implicațiile sale pentru transferul de date biomedicale la oameni. Fiziologie. Comportament. 179, 55-66 (2017).
Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Nici un efect de izolare a obezității. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Nici un efect de izolare a obezității.Fischer AW, Chikash RI, von Essen G., Cannon B. și Nedergaard J. No isolation effect of obezity. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. 肥胖没有绝缘作用。 Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. și Nedergaard, J. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Ожирение не имеет изолирующего эффекта. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Obezitatea nu are efect de izolare.Da. J. Fiziologie. Endocrin. Metabolism. 311, E202–E213 (2016).
Lee, P. și colab. Țesutul adipos brun adaptat la temperatură modulează sensibilitatea la insulină. Diabetes 63, 3686–3698 (2014).
Nakhon, KJ și colab. Temperatura critică mai scăzută și termogeneza indusă de frig au fost invers proporționale cu greutatea corporală și rata metabolică bazală la persoanele slabe și supraponderale. J. Warmly. biology. 69, 238–248 (2017).
Fischer, AW, Cannon, B. și Nedergaard, J. Temperaturi optime de adăpostire pentru șoareci pentru a imita mediul termic al oamenilor: Un studiu experimental. Fischer, AW, Cannon, B. și Nedergaard, J. Temperaturi optime de adăpostire pentru șoareci pentru a imita mediul termic al oamenilor: Un studiu experimental.Fischer, AW, Cannon, B. și Nedergaard, J. Temperaturi optime în locuințe pentru șoareci care să imite mediul termic uman: Un studiu experimental. Fischer, AW, Cannon, B. și Nedergaard, J. 小鼠模拟人类热环境的最佳住房温度：一项实验研究。 Fischer, AW, Cannon, B. și Nedergaard, J.Fisher AW, Cannon B. și Nedergaard J. Temperatura optimă de adăpostire pentru șoareci care simulează mediul termic uman: Un studiu experimental.Moore. Metabolism. 7, 161–170 (2018).
Keijer, J., Li, M. și Speakman, JR Care este cea mai bună temperatură a locuinței pentru a traduce experimentele pe șoareci la oameni? Keijer, J., Li, M. și Speakman, JR Care este cea mai bună temperatură a locuinței pentru a traduce experimentele pe șoareci la oameni?Keyer J, Lee M și Speakman JR Care este cea mai bună temperatură a camerei pentru transferul experimentelor pe șoareci la oameni? Keijer, J., Li, M. & Speakman, JR 将小鼠实验转化为人类的最佳外壳温度是多少？ Keijer, J., Li, M. și Speakman, JRKeyer J, Lee M și Speakman JR Care este temperatura optimă a cochiliei pentru transferul experimentelor pe șoareci la oameni?Moore. Metabolism. 25, 168–176 (2019).
Seeley, RJ și MacDougald, OA Șoarecii ca modele experimentale pentru fiziologia umană: când contează câteva grade în temperatura adăpostului. Seeley, RJ și MacDougald, OA Șoarecii ca modele experimentale pentru fiziologia umană: când contează câteva grade în temperatura adăpostului. Seeley, RJ & MacDougald, OA. имеют значение. Seeley, RJ și MacDougald, OA Șoarecii ca modele experimentale pentru fiziologia umană: când câteva grade într-o locuință fac diferența. Seeley, RJ & MacDougald, OA 小鼠作为人类生理学的实验模型：当几度的住房温度很重要时。 Seeley, RJ și MacDougald, OA Мыши Seeley, RJ & MacDougald, OA как экспериментальная модель физиологии человека: когда нескольная модель физиологии человека: когда нескольная нескольная модель физиологии помещении имеют значение. Seeley, RJ și MacDougald, OA Șoarecii ca model experimental al fiziologiei umane: când contează câteva grade de temperatura camerei.Metabolismul național. 3, 443–445 (2021).
Fischer, AW, Cannon, B. și Nedergaard, J. Răspunsul la întrebarea „Care este cea mai bună temperatură de locuit pentru a transfera experimentele pe șoareci la oameni?” Fischer, AW, Cannon, B. și Nedergaard, J. Răspunsul la întrebarea „Care este cea mai bună temperatură de locuit pentru a transfera experimentele pe șoareci la oameni?” Fischer, AW, Cannon, B. și Nedergaard, J. Răspuns la întrebarea „Care este cea mai bună temperatură a camerei pentru transferul experimentelor pe șoareci la oameni?” Fischer, AW, Cannon, B. & Nedergaard, J. 问题的答案“将小鼠实验转化为人类的最佳外壳温度是多”少 Fischer, AW, Cannon, B. și Nedergaard, J.Fisher AW, Cannon B. și Nedergaard J. Răspunsuri la întrebarea „Care este temperatura optimă a cochiliei pentru transferul experimentelor pe șoareci la oameni?”Da: termoneutru. Moore. Metabolism. 26, 1-3 (2019).
Data publicării: 28 oct. 2022
