Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju). Medtem bomo za zagotovitev nadaljnje podpore spletno mesto prikazali brez slogov in JavaScripta.
Večina presnovnih študij pri miših se izvaja pri sobni temperaturi, čeprav miši v teh pogojih, za razliko od ljudi, porabijo veliko energije za vzdrževanje notranje temperature. Tukaj opisujemo normalno težo in debelost, povzročeno z dieto (DIO), pri miših C57BL/6J, ki so se hranile s hrano chow chow oziroma s 45 % visoko vsebnostjo maščob. Miši so bile 33 dni nameščene pri 22, 25, 27,5 in 30 °C v sistemu indirektne kalorimetrije. Pokazali smo, da se poraba energije linearno povečuje od 30 °C do 22 °C in je pri obeh mišjih modelih približno 30 % višja pri 22 °C. Pri miših z normalno težo je vnos hrane preprečil EE. Nasprotno pa se pri miših DIO vnos hrane ni zmanjšal, ko se je EE zmanjšal. Tako so imele miši pri 30 °C na koncu študije višjo telesno težo, maščobno maso ter plazemski glicerol in trigliceride kot miši pri 22 °C. Neravnovesje pri miših DIO je lahko posledica povečane prehrane, ki temelji na užitku.
Miš je najpogosteje uporabljen živalski model za preučevanje človeške fiziologije in patofiziologije ter je pogosto privzeta žival, ki se uporablja v zgodnjih fazah odkrivanja in razvoja zdravil. Vendar se miši od ljudi razlikujejo na več pomembnih fizioloških načinov in čeprav se alometrično skaliranje do neke mere lahko uporabi za prenos na ljudi, so ogromne razlike med mišmi in ljudmi v termoregulaciji in energijski homeostazi. To kaže na temeljno nedoslednost. Povprečna telesna masa odraslih miši je vsaj tisočkrat manjša od telesne mase odraslih (50 g v primerjavi s 50 kg), razmerje med površino in maso pa se razlikuje za približno 400-krat zaradi nelinearne geometrijske transformacije, ki jo opisuje Mee. Enačba 2. Posledično miši izgubijo bistveno več toplote glede na svojo prostornino, zato so bolj občutljive na temperaturo, bolj nagnjene k hipotermiji in imajo povprečno bazalno presnovo desetkrat višjo kot pri ljudeh. Pri standardni sobni temperaturi (~22 °C) morajo miši povečati svojo skupno porabo energije (EE) za približno 30 %, da ohranijo telesno temperaturo jedra. Pri nižjih temperaturah se EE še bolj poveča za približno 50 % oziroma 100 % pri 15 in 7 °C v primerjavi z EE pri 22 °C. Tako standardni pogoji bivanja povzročijo odziv na hladni stres, kar bi lahko ogrozilo prenosljivost rezultatov miši na ljudi, saj ljudje, ki živijo v sodobnih družbah, večino časa preživijo v termonevtralnih pogojih (ker nas nižje razmerje med površino in prostornino naredi manj občutljive na temperaturo, saj okoli sebe ustvarimo termonevtralno območje (TNZ). EE nad bazalnim metabolizmom) se razteza od ~19 do 30 °C6, medtem ko imajo miši višji in ožji pas, ki sega le od 2 do 4 °C7,8 Pravzaprav je bil ta pomemben vidik v zadnjih letih deležen precejšnje pozornosti4, 7,8,9,10,11,12 in predlagano je bilo, da je mogoče nekatere »razlike med vrstami« ublažiti z zvišanjem temperature lupine9. Vendar pa ni soglasja o temperaturnem območju, ki predstavlja termonevtralnost pri miših. Torej, ali je spodnja kritična temperatura v termonevtralnem območju pri miših z enim kolenom bližje 25 °C ali bližje 30 °C4, 7, 8, 10, 12, ostaja sporno. EE in drugi presnovni parametri so bili omejeni na ure do dni, zato ni jasno, v kolikšni meri lahko dolgotrajna izpostavljenost različnim temperaturam vpliva na presnovne parametre, kot so telesna teža. poraba snovi, izkoriščanje substrata, toleranca za glukozo ter koncentracije lipidov in glukoze v plazmi ter hormoni, ki uravnavajo apetit. Poleg tega so potrebne nadaljnje raziskave, da bi ugotovili, v kolikšni meri lahko prehrana vpliva na te parametre (miši DIO na dieti z veliko maščobami so morda bolj usmerjene v prehrano, ki temelji na užitku (hedonistična prehrana). Da bi zagotovili več informacij o tej temi, smo preučili vpliv temperature reje na zgoraj omenjene presnovne parametre pri odraslih miših z normalno težo in miših z debelostjo, povzročeno s prehrano (DIO), na dieti s 45 % veliko maščobami. Miši so bile vsaj tri tedne pri 22, 25, 27,5 ali 30 °C. Temperature pod 22 °C niso bile preučene, ker so standardne nastanitve za živali redko pod sobno temperaturo. Ugotovili smo, da so se miši DIO z normalno težo in miši z enim krogom odzivale podobno na spremembe temperature v zaprtem prostoru glede EE in ne glede na pogoje v zaprtem prostoru (z zavetjem/materialom za gnezdo ali brez njega). Medtem ko so miši z normalno težo prilagajale vnos hrane glede na EE, je bil vnos hrane pri miših DIO v veliki meri neodvisen od EE, zaradi česar so miši pridobile več teže. Glede na podatke o telesni teži so plazemske koncentracije lipidov in ketonskih teles pokazale, da so imele miši DIO pri 30 °C bolj pozitivno energijsko bilanco kot miši pri 22 °C. Temeljni razlogi za razlike v ravnovesju vnosa energije in EE med mišmi z normalno težo in mišmi DIO zahtevajo nadaljnje raziskave, vendar so lahko povezani s patofiziološkimi spremembami pri miših DIO in učinkom diete, ki temelji na užitku, kot posledica debelosti.
EE se je linearno povečevala od 30 do 22 °C in je bila pri 22 °C približno 30 % višja v primerjavi s 30 °C (slika 1a,b). Hitrost dihalne izmenjave (RER) je bila neodvisna od temperature (slika 1c,d). Vnos hrane je bil skladen z dinamiko EE in se je povečeval z zniževanjem temperature (prav tako ~30 % višja pri 22 °C v primerjavi s 30 °C (slika 1e,f). Vnos vode. Volumen in raven aktivnosti nista bili odvisni od temperature (slika 1g).
Samci miši (C57BL/6J, stari 20 tednov, individualna namestitev, n=7) so bili en teden pred začetkom študije nameščeni v presnovnih kletkah pri 22 °C. Dva dni po zbiranju osnovnih podatkov se je temperatura zvišala v korakih po 2 °C ob 6.00 uri na dan (začetek svetle faze). Podatki so predstavljeni kot povprečje ± standardna napaka povprečja, temna faza (18.00–6.00 h) pa je predstavljena s sivim okvirjem. a Poraba energije (kcal/h), b Skupna poraba energije pri različnih temperaturah (kcal/24 h), c Hitrost dihanja (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d Povprečna RER v svetli in temni fazi (VCO2/VO2) (ničelna vrednost je definirana kot 0,7). e kumulativni vnos hrane (g), f skupni 24-urni vnos hrane, g skupni 24-urni vnos vode (ml), h skupni 24-urni vnos vode, i kumulativna raven aktivnosti (m) in j skupna raven aktivnosti (m/24h). Miši so bile pri navedeni temperaturi 48 ur. Podatki, prikazani za 24, 26, 28 in 30 °C, se nanašajo na zadnjih 24 ur vsakega cikla. Miši so ostale hranjene ves čas študije. Statistično značilnost smo preizkusili s ponavljajočimi se meritvami enosmerne ANOVA, ki ji je sledil Tukeyjev test večkratne primerjave. Zvezdice označujejo značilnost za začetno vrednost 22 °C, senčenje pa označuje značilnost med drugimi skupinami, kot je navedeno. *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.Povprečne vrednosti so bile izračunane za celotno poskusno obdobje (0–192 ur). n = 7.
Kot pri miših z normalno težo se je EE linearno povečevala z zniževanjem temperature, v tem primeru pa je bila EE pri 22 °C za približno 30 % višja v primerjavi s 30 °C (slika 2a, b). RER se pri različnih temperaturah ni spreminjal (slika 2c, d). Za razliko od miši z normalno težo vnos hrane ni bil skladen z EE kot funkcijo sobne temperature. Vnos hrane, vnos vode in raven aktivnosti so bili neodvisni od temperature (sliki 2e–j).
Samci miši DIO (C57BL/6J, 20 tednov) so bili pred začetkom študije posamično nameščeni v presnovnih kletkah pri 22 °C en teden. Miši lahko uporabljajo 45 % HFD ad libitum. Po dvodnevni aklimatizaciji so bili zbrani osnovni podatki. Nato se je temperatura zvišala v korakih po 2 °C vsak drugi dan ob 06:00 (začetek svetle faze). Podatki so predstavljeni kot povprečje ± standardna napaka povprečja, temna faza (18:00–06:00 h) pa je predstavljena s sivim okvirjem. a Poraba energije (kcal/h), b Skupna poraba energije pri različnih temperaturah (kcal/24 h), c Hitrost dihanja (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d Povprečna RER v svetli in temni fazi (VCO2/VO2) (ničelna vrednost je definirana kot 0,7). e kumulativni vnos hrane (g), f skupni vnos hrane v 24 urah, g skupni vnos vode v 24 urah (ml), h skupni vnos vode v 24 urah, i kumulativna raven aktivnosti (m) in j skupna raven aktivnosti (m/24h). Miši so bile pri navedeni temperaturi 48 ur. Podatki, prikazani za 24, 26, 28 in 30 °C, se nanašajo na zadnjih 24 ur vsakega cikla. Miši so bile do konca študije vzdrževane pri 45 % HFD. Statistična značilnost je bila preizkušena s ponavljajočimi se meritvami enosmerne ANOVA, ki ji je sledil Tukeyjev test večkratne primerjave. Zvezdice označujejo značilnost za začetno vrednost 22 °C, senčenje pa označuje značilnost med drugimi skupinami, kot je navedeno. *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.Povprečne vrednosti so bile izračunane za celotno poskusno obdobje (0–192 ur). n = 7.
V drugi seriji poskusov smo preučili vpliv temperature okolice na iste parametre, tokrat pa med skupinami miši, ki so bile nenehno pri določeni temperaturi. Miši so bile razdeljene v štiri skupine, da bi čim bolj zmanjšali statistične spremembe povprečja in standardnega odklona telesne teže, maščobe in normalne telesne teže (slika 3a–c). Po 7 dneh aklimatizacije so zabeležili 4,5 dni EE. Na EE pomembno vpliva temperatura okolice tako podnevi kot ponoči (slika 3d) in se linearno povečuje z zniževanjem temperature od 27,5 °C do 22 °C (slika 3e). V primerjavi z drugimi skupinami se je RER skupine s 25 °C nekoliko zmanjšal, med preostalimi skupinami pa ni bilo razlik (slika 3f,g). Vnos hrane vzporedno z vzorcem EE a se je pri 22 °C povečal za približno 30 % v primerjavi s 30 °C (slika 3h,i). Poraba vode in raven aktivnosti se med skupinami nista bistveno razlikovali (slika 3j,k). Izpostavljenost različnim temperaturam do 33 dni ni povzročila razlik v telesni teži, pusti masi in maščobni masi med skupinama (slika 3n-s), je pa povzročila zmanjšanje pusti telesne mase za približno 15 % v primerjavi z rezultati, ki so jih ocenili sami (slika 3n-s). 3b, r, c)), maščobna masa pa se je povečala za več kot 2-krat (z ~1 g na 2–3 g, slika 3c, t, c). Žal ima 30 °C komora kalibracijske napake in ne more zagotoviti natančnih podatkov o EE in RER.
- Telesna teža (a), pusta masa (b) in maščobna masa (c) po 8 dneh (en dan pred prenosom v sistem SABLE). d Poraba energije (kcal/h). e Povprečna poraba energije (0–108 ur) pri različnih temperaturah (kcal/24 ur). f Razmerje dihalne izmenjave (RER) (VCO2/VO2). g Povprečni RER (VCO2/VO2). h Skupni vnos hrane (g). i Povprečni vnos hrane (g/24 ur). j Skupna poraba vode (ml). k Povprečna poraba vode (ml/24 h). l Kumulativna raven aktivnosti (m). m Povprečna raven aktivnosti (m/24 h). n telesna teža 18. dan, o sprememba telesne teže (od -8. do 18. dne), p pusta masa 18. dan, q sprememba puste mase (od -8. do 18. dne), r maščobna masa 18. dan in sprememba maščobne mase (od -8. do 18. dne). Statistično značilnost ponovljenih meritev smo preizkusili z Oneway-ANOVA, ki ji je sledil Tukeyjev test večkratne primerjave. *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.Podatki so predstavljeni kot povprečje + standardna napaka povprečja, temna faza (18:00–06:00) je predstavljena s sivimi okvirji. Pike na histogramih predstavljajo posamezne miši. Povprečne vrednosti so bile izračunane za celotno poskusno obdobje (0–108 ur). n = 7.
Miši so bile na začetku primerjane po telesni teži, pusti masi in maščobni masi (sliki 4a–c) in vzdrževane pri 22, 25, 27,5 in 30 °C kot v študijah z mišmi z normalno težo. Pri primerjavi skupin miši je razmerje med EE in temperaturo pokazalo podobno linearno razmerje s temperaturo skozi čas pri istih miših. Tako so miši, ki so jih gojili pri 22 °C, porabile približno 30 % več energije kot miši, ki so jih gojili pri 30 °C (slika 4d, e). Pri preučevanju učinkov na živalih temperatura ni vedno vplivala na RER (slika 4f, g). Temperatura ni bistveno vplivala na vnos hrane, vnos vode in aktivnost (sliki 4h–m). Po 33 dneh reje so imele miši pri 30 °C bistveno večjo telesno težo kot miši pri 22 °C (slika 4n). V primerjavi z njihovimi izhodiščnimi točkami so imele miši, vzrejene pri 30 °C, bistveno višjo telesno težo kot miši, vzrejene pri 22 °C (povprečje ± standardna napaka povprečja: slika 4o). Relativno večje pridobivanje teže je bilo posledica povečanja maščobne mase (slika 4p, q) in ne povečanja puste mase (slika 4r, s). V skladu z nižjo vrednostjo EE pri 30 °C se je izražanje več genov BAT, ki povečujejo funkcijo/aktivnost BAT, pri 30 °C zmanjšalo v primerjavi z 22 °C: Adra1a, Adrb3 in Prdm16. Drugi ključni geni, ki prav tako povečujejo funkcijo/aktivnost BAT, niso bili prizadeti: Sema3a (regulacija rasti nevritov), Tfam (mitohondrijska biogeneza), Adrb1, Adra2a, Pck1 (glukoneogeneza) in Cpt1a. Presenetljivo se Ucp1 in Vegf-a, povezana s povečano termogeno aktivnostjo, v skupini s 30 °C nista zmanjšala. Pravzaprav so bile ravni Ucp1 pri treh miših višje kot v skupini z 22 °C, Vegf-a in Adrb2 pa sta bila znatno povišana. V primerjavi s skupino z 22 °C miši, ki so jih vzdrževali pri 25 °C in 27,5 °C, niso pokazale sprememb (dodatna slika 1).
- Telesna teža (a), pusta masa (b) in maščobna masa (c) po 9 dneh (en dan pred prenosom v sistem SABLE). d Poraba energije (EE, kcal/h). e Povprečna poraba energije (0–96 ur) pri različnih temperaturah (kcal/24 ur). f Razmerje dihalne izmenjave (RER, VCO2/VO2). g Povprečni RER (VCO2/VO2). h Skupni vnos hrane (g). i Povprečni vnos hrane (g/24 ur). j Skupna poraba vode (ml). k Povprečna poraba vode (ml/24 h). l Kumulativna raven aktivnosti (m). m Povprečna raven aktivnosti (m/24 h). n Telesna teža 23. dan (g), o Sprememba telesne teže, p Pusta masa, q Sprememba puste mase (g) 23. dan v primerjavi z 9. dnem, Sprememba maščobne mase (g) 23. dan, maščobna masa (g) v primerjavi z 8. dnem, 23. dan v primerjavi z 8. dnem. Statistično značilnost ponovljenih meritev smo preizkusili z Oneway-ANOVA, ki ji je sledil Tukeyjev test večkratne primerjave. *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.Podatki so predstavljeni kot povprečje + standardna napaka povprečja, temna faza (18:00–06:00) je predstavljena s sivimi okvirji. Pike na histogramih predstavljajo posamezne miši. Povprečne vrednosti so bile izračunane za celotno poskusno obdobje (0–96 ur). n = 7.
Tako kot ljudje tudi miši pogosto ustvarjajo mikrookolja za zmanjšanje izgube toplote v okolje. Da bi količinsko opredelili pomen tega okolja za EE, smo ocenili EE pri 22, 25, 27,5 in 30 °C, z usnjenimi ščitniki in materialom za gnezdo ali brez njih. Pri 22 °C dodatek standardnih kož zmanjša EE za približno 4 %. Kasnejši dodatek materiala za gnezdo je zmanjšal EE za 3–4 % (slika 5a, b). Z dodatkom hišic ali kož + posteljnine nismo opazili pomembnih sprememb v RER, vnosu hrane, vnosu vode ali ravni aktivnosti (slika 5i–p). Dodatek kože in materiala za gnezdo je prav tako znatno zmanjšal EE pri 25 in 30 °C, vendar so bili odzivi kvantitativno manjši. Pri 27,5 °C ni bilo opaziti nobene razlike. Omeniti velja, da se je v teh poskusih EE zmanjševala z naraščajočo temperaturo, v tem primeru za približno 57 % nižja kot EE pri 30 °C v primerjavi z 22 °C (slika 5c–h). Ista analiza je bila izvedena le za svetlobno fazo, kjer je bila EE bližje bazalnemu metabolizmu, saj so v tem primeru miši večinoma počivale v koži, kar je povzročilo primerljive velikosti učinkov pri različnih temperaturah (dodatna slika 2a-h).
Podatki za miši iz zavetišča in materiala za gnezdo (temno modra), doma, vendar brez materiala za gnezdo (svetlo modra), ter doma in materiala za gnezdo (oranžna). Poraba energije (EE, kcal/h) za prostore a, c, e in g pri 22, 25, 27,5 in 30 °C, b, d, f in h pomenijo EE (kcal/h). ip Podatki za miši, nastanjene pri 22 °C: i hitrost dihanja (RER, VCO2/VO2), j povprečna RER (VCO2/VO2), k kumulativni vnos hrane (g), l povprečni vnos hrane (g/24 h), m skupni vnos vode (ml), n povprečna AUC vnosa vode (ml/24 h), o skupna aktivnost (m), p povprečna raven aktivnosti (m/24 h). Podatki so predstavljeni kot povprečje + standardna napaka povprečja, temna faza (18:00–06:00 h) je predstavljena s sivimi okvirji. Pike na histogramih predstavljajo posamezne miši. Statistično značilnost ponovljenih meritev smo preizkusili z Oneway-ANOVA, ki ji je sledil Tukeyjev test večkratne primerjave. *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.Povprečne vrednosti so bile izračunane za celotno poskusno obdobje (0–72 ur). n = 7.
Pri miših z normalno težo (2–3 ure posta) vzreja pri različnih temperaturah ni povzročila pomembnih razlik v plazemskih koncentracijah TG, 3-HB, holesterola, ALT in AST, vendar je HDL deloval kot funkcija temperature. Slika 6a–e). Plazemske koncentracije leptina, insulina, C-peptida in glukagona na tešče se prav tako niso razlikovale med skupinami (sliki 6g–j). Na dan testa tolerance za glukozo (po 31 dneh pri različnih temperaturah) je bila izhodiščna raven glukoze v krvi (5–6 ur posta) približno 6,5 mM, brez razlike med skupinama. Peroralna uporaba glukoze je v vseh skupinah znatno zvišala koncentracijo glukoze v krvi, vendar sta bili tako najvišja koncentracija kot tudi inkrementalna površina pod krivuljo (iAUC) (15–120 min) nižji v skupini miši, nastanjenih pri 30 °C (posamezne časovne točke: P < 0,05–P < 0,0001, slika 6k, l), v primerjavi z mišmi, nastanjenimi pri 22, 25 in 27,5 °C (ki se med seboj niso razlikovale). Peroralna uporaba glukoze je v vseh skupinah znatno zvišala koncentracijo glukoze v krvi, vendar sta bili tako najvišja koncentracija kot tudi inkrementalna površina pod krivuljo (iAUC) (15–120 min) nižji v skupini miši, nastanjenih pri 30 °C (posamezne časovne točke: P < 0,05–P < 0,0001, slika 6k, l), v primerjavi z mišmi, nastanjenimi pri 22, 25 in 27,5 °C (ki se med seboj niso razlikovale). Peroralni vnos glukoze je znatno povečal koncentracijo glukoze v krvi v vseh skupinah, vendar kot pikova koncentracija, tako in velikost napolnjenosti pod krivimi (iAUC) (15–120 min), je bila nižja v skupini mišičja, vsebovanih pri 30 °C (ločne časovne točke: P < 0,05–P < 0,0001, slika 6k, l) v primerjavi z mišmi, ki vsebujejo imisije pri 22, 25 in 27,5 ° C (kot se med seboj ne razlikujejo). Peroralno dajanje glukoze je v vseh skupinah znatno povečalo koncentracijo glukoze v krvi, vendar sta bili tako najvišja koncentracija kot tudi inkrementalna površina pod krivuljo (iAUC) (15–120 min) nižji v skupini miši s 30 °C (ločene časovne točke: P < 0,05–P < 0,0001, slika 6k, l) v primerjavi z mišmi, ki so jih gojili pri 22, 25 in 27,5 °C (ki se med seboj niso razlikovale).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（各个时间点：P < 0,05–P < 0,0001，图6k，l）与饲养在22、25 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 饲养 小鼠组 中 ，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: 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。Peroralna uporaba glukoze je v vseh skupinah znatno povečala koncentracijo glukoze v krvi, vendar sta bili tako najvišja koncentracija kot površina pod krivuljo (iAUC) (15–120 min) nižji v skupini miši, ki so prejemale temperaturo 30 °C (vse časovne točke).: P < 0,05–P < 0,0001, ris. : P < 0,05–P < 0,0001, slika.6l, l) v primerjavi z mišmi, ki so jih gojili pri 22, 25 in 27,5 °C (med seboj ni bilo razlike).
Plazemske koncentracije TG, 3-HB, holesterola, HDL, ALT, AST, FFA, glicerola, leptina, insulina, C-peptida in glukagona so prikazane pri odraslih samcih miši DIO(al) po 33 dneh hranjenja pri navedeni temperaturi. Miši niso bile hranjene 2–3 ure pred odvzemom krvi. Izjema je bil peroralni test tolerance za glukozo, ki je bil opravljen dva dni pred koncem študije na miših, ki so postile 5–6 ur in so bile 31 dni pri ustrezni temperaturi. Miši so bile izpostavljene z odmerkom 2 g/kg telesne teže. Površina pod krivuljo (L) je izražena kot inkrementalni podatki (iAUC). Podatki so predstavljeni kot povprečje ± SEM. Pike predstavljajo posamezne vzorce. *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.
Pri miših DIO (ki so bile prav tako postene 2–3 ure) se koncentracije holesterola, HDL, ALT, AST in FFA v plazmi med skupinami niso razlikovale. Tako TG kot glicerol sta bila v skupini s 30 °C znatno povišana v primerjavi s skupino z 22 °C (sliki 7a–h). Nasprotno pa je bil 3-GB pri 30 °C približno 25 % nižji v primerjavi z 22 °C (slika 7b). Čeprav so imele miši, ki so bile vzdrževane pri 22 °C, splošno pozitivno energijsko bilanco, kar kaže na povečanje telesne teže, razlike v plazemskih koncentracijah TG, glicerola in 3-HB kažejo, da so bile miši pri 22 °C, ko je bilo vzorčenje manjše, kot pri 22 °C. Miši, vzrejene pri 30 °C, so bile v relativno bolj energetsko negativnem stanju. V skladu s tem so bile koncentracije ekstrahiranega glicerola in TG v jetrih, ne pa glikogena in holesterola, višje v skupini s 30 °C (dodatna slika 3a–d). Da bi raziskali, ali so temperaturno odvisne razlike v lipolizi (merjene s plazemskim triglicerinom in glicerolom) posledica notranjih sprememb v epididimalni ali dimeljski maščobi, smo na koncu študije iz teh zalog ekstrahirali maščobno tkivo in ex vivo kvantificirali proste maščobne kisline ter sproščanje glicerola. V vseh poskusnih skupinah so vzorci maščobnega tkiva iz epididimalnih in dimeljskih depojev pokazali vsaj dvakratno povečanje proizvodnje glicerola in prostih maščobnih kislin kot odziv na stimulacijo z izoproterenolom (dodatna slika 4a–d). Vendar pa ni bilo ugotovljenega vpliva temperature lupine na bazalno ali z izoproterenolom stimulirano lipolizo. Skladno z večjo telesno težo in maščobno maso so bile ravni leptina v plazmi v skupini s 30 °C bistveno višje kot v skupini z 22 °C (slika 7i). Nasprotno pa se ravni insulina in C-peptida v plazmi med temperaturnimi skupinami niso razlikovale (slika 7k, k), vendar je plazemski glukagon pokazal odvisnost od temperature, vendar je bila v tem primeru skoraj 22 °C v nasprotni skupini dvakrat višja v primerjavi s 30 °C. OD. Skupina C (slika 7l). FGF21 se ni razlikoval med različnimi temperaturnimi skupinami (slika 7m). Na dan OGTT je bila izhodiščna raven glukoze v krvi približno 10 mM in se ni razlikovala med mišmi, nastanjenimi pri različnih temperaturah (slika 7n). Peroralno dajanje glukoze je zvišalo raven glukoze v krvi in v vseh skupinah doseglo vrh pri koncentraciji približno 18 mM 15 minut po odmerjanju. Ni bilo pomembnih razlik v iAUC (15–120 min) in koncentracijah v različnih časovnih točkah po odmerku (15, 30, 60, 90 in 120 min) (slika 7n, o).
Plazemske koncentracije TG, 3-HB, holesterola, HDL, ALT, AST, FFA, glicerola, leptina, insulina, C-peptida, glukagona in FGF21 so bile prikazane pri odraslih samcih miši DIO (ao) po 33 dneh hranjenja pri določeni temperaturi. Miši niso bile hranjene 2–3 ure pred odvzemom krvi. Peroralni test tolerance za glukozo je bil izjema, saj je bil izveden v odmerku 2 g/kg telesne teže dva dni pred koncem študije pri miših, ki so bile 5–6 ur postene in 31 dni vzdrževane pri ustrezni temperaturi. Podatki o površini pod krivuljo (o) so prikazani kot inkrementalni podatki (iAUC). Podatki so predstavljeni kot povprečje ± SEM. Pike predstavljajo posamezne vzorce. *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.
Prenosljivost podatkov o glodavcih na ljudi je kompleksno vprašanje, ki igra osrednjo vlogo pri razlagi pomena opazovanj v kontekstu fizioloških in farmakoloških raziskav. Zaradi ekonomskih razlogov in za lažje raziskovanje miši pogosto hranimo pri sobni temperaturi pod njihovo termonevtralno cono, kar povzroči aktivacijo različnih kompenzacijskih fizioloških sistemov, ki povečajo hitrost presnove in potencialno poslabšajo prenosljivost9. Izpostavljenost miši mrazu lahko tako povzroči odpornost miši na debelost, povzročeno z dieto, in prepreči hiperglikemijo pri podganah, zdravljenih s streptozotocinom, zaradi povečanega transporta glukoze, ki ni odvisen od insulina. Vendar ni jasno, v kolikšni meri dolgotrajna izpostavljenost različnim ustreznim temperaturam (od sobne do termonevtralne) vpliva na različno energijsko homeostazo miši z normalno težo (na hrani) in miši z neinvazivno telesno težo (na HFD) ter na presnovne parametre, pa tudi na to, v kolikšni meri so bile sposobne uravnotežiti povečanje EE s povečanim vnosom hrane. Študija, predstavljena v tem članku, želi vnesti nekaj jasnosti v to temo.
Pokazali smo, da je pri odraslih miših z normalno težo in samcih miši DIO EE obratno sorazmerna s sobno temperaturo med 22 in 30 °C. Tako je bila EE pri 22 °C približno 30 % višja kot pri 30 °C v obeh mišjih modelih. Vendar pa je pomembna razlika med mišmi z normalno težo in mišmi DIO ta, da medtem ko so miši z normalno težo dosegle EE pri nižjih temperaturah s prilagoditvijo vnosa hrane, se je vnos hrane pri miših DIO razlikoval na različnih ravneh. Temperature v študiji so bile podobne. Po enem mesecu so miši DIO, ki so jih gojili pri 30 °C, pridobile več telesne teže in maščobne mase kot miši, ki so jih gojili pri 22 °C, medtem ko pri normalnih ljudeh, ki so jih gojili pri isti temperaturi in enako časovno obdobje, ni prišlo do vročine. Razlika v telesni teži, odvisna od telesne teže. miši z normalno težo. V primerjavi s temperaturami blizu termonevtralne ali sobne temperature je rast pri sobni temperaturi povzročila, da so miši DIO ali miši z normalno težo na dieti z veliko maščobami, ne pa tudi na dieti miši z normalno težo, pridobile relativno manj teže. Podprto z drugimi študijami17,18,19,20,21, vendar ne z vsemi22,23.
Zmožnost ustvarjanja mikrookolja za zmanjšanje toplotnih izgub naj bi premaknila toplotno nevtralnost v levo8, 12. V naši študiji sta tako dodajanje materiala za gnezdo kot skrivanje zmanjšala EE, vendar nista povzročila toplotne nevtralnosti do 28 °C. Zato naši podatki ne podpirajo trditve, da bi morala biti najnižja točka termonevtralnosti pri odraslih miših z enim kolenom, z okoljsko obogatenimi hišicami ali brez njih, 26–28 °C, kot je prikazano8,12, vendar podpirajo druge študije, ki kažejo termonevtralnost. temperature 30 °C pri miših z nizko temperaturo7, 10, 24. Zadevo še bolj zaplete dejstvo, da se je pokazalo, da termonevtralna točka pri miših podnevi ni statična, saj je nižja med fazo počitka (svetlobo), verjetno zaradi manjše proizvodnje kalorij kot posledice aktivnosti in termogeneze, ki jo povzroča prehrana. Tako se v svetli fazi izkaže, da je spodnja točka toplotne nevtralnosti ~29 °C, v temni fazi pa ~33 °C25.
Konec koncev je razmerje med temperaturo okolice in skupno porabo energije določeno z odvajanjem toplote. V tem kontekstu je razmerje med površino in prostornino pomemben dejavnik toplotne občutljivosti, ki vpliva tako na odvajanje toplote (površina) kot na proizvodnjo toplote (prostornina). Poleg površine prenos toplote določa tudi izolacija (hitrost prenosa toplote). Pri ljudeh lahko maščobna masa zmanjša izgubo toplote z ustvarjanjem izolacijske pregrade okoli telesne lupine, domneva pa se, da je maščobna masa pomembna tudi za toplotno izolacijo pri miših, saj znižuje termonevtralno točko in zmanjšuje temperaturno občutljivost pod toplotno nevtralno točko (naklon krivulje). Naša študija ni bila zasnovana za neposredno oceno te domnevne povezave, ker so bili podatki o telesni sestavi zbrani 9 dni pred zbiranjem podatkov o porabi energije in ker maščobna masa ni bila stabilna skozi celotno študijo. Ker pa imajo miši z normalno težo in miši z neinvazivnim ogljem (DIO) pri 30 °C 30 % nižjo EE kot pri 22 °C kljub vsaj 5-kratni razliki v maščobni masi, naši podatki ne podpirajo trditve, da bi debelost morala zagotavljati osnovno izolacijo. vsaj ne v preiskovanem temperaturnem območju. To je v skladu z drugimi študijami, ki so bolje zasnovane za raziskovanje tega4,24. V teh študijah je bil izolacijski učinek debelosti majhen, vendar so ugotovili, da krzno zagotavlja 30–50 % celotne toplotne izolacije4,24. Vendar pa se je pri mrtvih miših toplotna prevodnost takoj po smrti povečala za približno 450 %, kar kaže na to, da je izolacijski učinek krzna nujen za delovanje fizioloških mehanizmov, vključno z vazokonstrikcijo. Poleg vrstnih razlik v krznu med mišmi in ljudmi lahko na slab izolacijski učinek debelosti pri miših vplivajo tudi naslednji dejavniki: Izolacijski faktor človeške maščobne mase v glavnem posreduje podkožna maščobna masa (debelina)26,27. Pri glodavcih je običajno manj kot 20 % celotne živalske maščobe28. Poleg tega skupna maščobna masa morda sploh ni neoptimalna mera toplotne izolacije posameznika, saj se trdi, da izboljšano toplotno izolacijo izravna neizogibno povečanje površine (in s tem povečana izguba toplote) z naraščanjem maščobne mase.
Pri miših z normalno težo se koncentracije TG, 3-HB, holesterola, HDL, ALT in AST v plazmi na tešče skoraj 5 tednov niso spreminjale pri različnih temperaturah, verjetno zato, ker so bile miši v enakem stanju energijskega ravnovesja. Teža in telesna sestava sta bili enaki kot na koncu študije. Skladno s podobnostjo v maščobni masi ni bilo razlik tudi v ravneh leptina v plazmi, niti v insulinu, C-peptidu in glukagonu na tešče. Pri miših DIO so našli več signalov. Čeprav miši pri 22 °C tudi v tem stanju niso imele splošne negativne energijske bilance (saj so pridobivale na teži), so imele na koncu študije relativno večje pomanjkanje energije v primerjavi z mišmi, vzrejenimi pri 30 °C, v pogojih, kot so visoka proizvodnja ketonov v telesu (3-GB) in zmanjšanje koncentracije glicerola in TG v plazmi. Vendar pa se zdi, da temperaturno odvisne razlike v lipolizi niso posledica intrinzičnih sprememb v epididimalni ali dimeljski maščobi, kot so spremembe v izražanju lipaze, ki se odziva na adipohormon, saj so FFA in glicerol, sproščeni iz maščobe, ekstrahirane iz teh depojev, med temperaturnimi skupinami, ki so si podobne. Čeprav v tej študiji nismo raziskovali simpatičnega tonusa, so drugi ugotovili, da je (na podlagi srčnega utripa in povprečnega arterijskega tlaka) linearno povezan s temperaturo okolice pri miših in je pri 30 °C približno nižji kot pri 22 °C (20 % C). Torej lahko temperaturno odvisne razlike v simpatičnem tonusu v naši študiji igrajo vlogo pri lipolizi, ker pa povečanje simpatičnega tonusa spodbuja in ne zavira lipolizo, lahko drugi mehanizmi preprečijo to zmanjšanje pri gojenih miših. Potencialna vloga pri razgradnji telesne maščobe. Sobna temperatura. Poleg tega del stimulativnega učinka simpatičnega tonusa na lipolizo posredno posreduje močno zaviranje izločanja insulina, kar poudarja učinek prekinitve insulina na lipolizo30, vendar v naši študiji plazemski insulin na tešče in simpatični tonus C-peptida pri različnih temperaturah nista bila dovolj za spremembo lipolize. Namesto tega smo ugotovili, da so razlike v energijskem stanju najverjetneje glavni dejavnik teh razlik pri miših DIO. Temeljni razlogi, ki vodijo do boljše regulacije vnosa hrane z EE pri miših z normalno težo, zahtevajo nadaljnje raziskave. Na splošno pa vnos hrane nadzorujejo homeostatski in hedonski signali31,32,33. Čeprav obstaja razprava o tem, kateri od obeh signalov je kvantitativno pomembnejši,31,32,33 je dobro znano, da dolgotrajno uživanje hrane z visoko vsebnostjo maščob vodi do bolj na užitku temelječega prehranjevalnega vedenja, ki do neke mere ni povezano s homeostazo. . – reguliran vnos hrane34,35,36. Zato je lahko povečano hedonistično prehranjevalno vedenje miši DIO, zdravljenih s 45 % HFD, eden od razlogov, zakaj te miši niso uravnotežile vnosa hrane z EE. Zanimivo je, da so bile razlike v apetitu in hormonih, ki uravnavajo glukozo v krvi, opažene tudi pri miših DIO, ki so bile zdravljene s temperaturno nadzorovano temperaturo, ne pa tudi pri miših z normalno težo. Pri miših DIO se je raven leptina v plazmi povečevala s temperaturo, raven glukagona pa se je zmanjševala. Obseg, v katerem lahko temperatura neposredno vpliva na te razlike, si zasluži nadaljnje raziskave, vendar je v primeru leptina relativno negativno energijsko ravnovesje in s tem nižja masa maščobe pri miših pri 22 °C zagotovo igrala pomembno vlogo, saj sta masa maščobe in leptin v plazmi močno povezana37. Vendar pa je interpretacija signala glukagona bolj zagonetna. Tako kot pri insulinu je bilo izločanje glukagona močno zavirano s povečanjem simpatičnega tonusa, vendar je bil najvišji simpatični tonus predviden v skupini z 22 °C, ki je imela najvišje koncentracije glukagona v plazmi. Inzulin je še en močan regulator glukagona v plazmi, inzulinska rezistenca in sladkorna bolezen tipa 2 pa sta močno povezana s hiperglukagonemijo na tešče in po obroku 38,39. Vendar pa so bile miši DIO v naši študiji tudi neobčutljive na inzulin, zato to tudi ni mogel biti glavni dejavnik za povečanje signalizacije glukagona v skupini z 22 °C. Vsebnost maščobe v jetrih je prav tako pozitivno povezana s povečanjem koncentracije glukagona v plazmi, mehanizmi tega pa lahko vključujejo rezistenco na glukagon v jetrih, zmanjšano proizvodnjo sečnine, povečane koncentracije aminokislin v krvnem obtoku in povečano izločanje glukagona, stimulirano z aminokislinami 40,41,42. Ker pa se koncentracije glicerola in TG, ki jih je mogoče ekstrahirati, med temperaturnimi skupinami v naši študiji niso razlikovale, tudi to ni mogel biti potencialni dejavnik za povečanje koncentracij v plazmi v skupini z 22 °C. Trijodotironin (T3) igra ključno vlogo pri celotni presnovi in začetku presnovne obrambe pred hipotermijo 43,44. Tako se koncentracija T3 v plazmi, ki jo verjetno nadzirajo centralno posredovani mehanizmi,45,46 poveča tako pri miših kot pri ljudeh v manj kot termonevtralnih pogojih47, čeprav je povečanje pri ljudeh manjše, kar je pri miših bolj nagnjeno. To je skladno z izgubo toplote v okolje. V trenutni študiji nismo merili koncentracij T3 v plazmi, vendar so bile koncentracije morda nižje v skupini s 30 °C, kar lahko pojasni učinek te skupine na raven glukagona v plazmi, saj smo mi (posodobljena slika 5a) in drugi pokazali, da T3 povečuje glukagon v plazmi na način, ki je odvisen od odmerka. Poročali so, da ščitnični hormoni inducirajo izražanje FGF21 v jetrih. Tako kot glukagon so se tudi koncentracije FGF21 v plazmi povečale s koncentracijami T3 v plazmi (dodatna slika 5b in ref. 48), vendar v primerjavi z glukagonom na koncentracije FGF21 v plazmi v naši študiji temperatura ni vplivala. Temeljni razlogi za to neskladje zahtevajo nadaljnje raziskave, vendar bi se morala indukcija FGF21, ki jo povzroča T3, pojaviti pri višjih ravneh izpostavljenosti T3 v primerjavi z opaženim odzivom glukagona, ki ga povzroča T3 (dodatna slika 5b).
Dokazano je, da je HFD močno povezan z oslabljeno toleranco za glukozo in inzulinsko rezistenco (markerji) pri miših, vzrejenih pri 22 °C. Vendar pa HFD ni bil povezan niti z oslabljeno toleranco za glukozo niti z inzulinsko rezistenco, ko so jih gojili v termonevtralnem okolju (tukaj opredeljenem kot 28 °C)19. V naši študiji se ta povezava pri miših DIO ni ponovila, vendar so miši z normalno telesno težo, vzdrževane pri 30 °C, znatno izboljšale toleranco za glukozo. Razlog za to razliko zahteva nadaljnje raziskave, vendar je nanj lahko vplivalo dejstvo, da so bile miši DIO v naši študiji odporne na inzulin, s koncentracijami C-peptida v plazmi na tešče in koncentracijami inzulina 12–20-krat višjimi kot pri miših z normalno telesno težo in v krvi na tešče. koncentracije glukoze približno 10 mM (približno 6 mM pri normalni telesni teži), kar očitno pušča majhno okno za morebitne koristne učinke izpostavljenosti termonevtralnim pogojem za izboljšanje tolerance za glukozo. Možen dejavnik zmede je, da se iz praktičnih razlogov OGTT izvaja pri sobni temperaturi. Tako so miši, vzrejene pri višjih temperaturah, doživele blag hladni šok, ki lahko vpliva na absorpcijo/očistek glukoze. Vendar pa glede na podobne koncentracije glukoze v krvi na tešče v različnih temperaturnih skupinah spremembe temperature okolja morda niso bistveno vplivale na rezultate.
Kot smo že omenili, je bilo nedavno poudarjeno, da lahko zvišanje sobne temperature oslabi nekatere reakcije na hladni stres, kar lahko postavi pod vprašaj prenosljivost podatkov o miših na ljudi. Vendar ni jasno, kakšna je optimalna temperatura za gojenje miši, ki posnema človeško fiziologijo. Na odgovor na to vprašanje lahko vplivata tudi področje študije in preučevana končna točka. Primer tega je vpliv prehrane na kopičenje maščob v jetrih, toleranco za glukozo in inzulinsko rezistenco19. Kar zadeva porabo energije, nekateri raziskovalci menijo, da je termonevtralnost optimalna temperatura za vzrejo, saj ljudje potrebujejo malo dodatne energije za vzdrževanje telesne temperature, in temperaturo enega kroga za odrasle miši opredeljujejo kot 30 °C7,10. Drugi raziskovalci menijo, da je temperatura, primerljiva s tisto, ki jo ljudje običajno doživljajo pri odraslih miših na enem kolenu, 23–25 °C, saj so ugotovili, da je termonevtralnost 26–28 °C in da je pri ljudeh temperatura približno 3 °C nižja. Njihova spodnja kritična temperatura, tukaj opredeljena kot 23 °C, je nekoliko višja od 8,12. Naša študija je skladna z več drugimi študijami, ki navajajo, da toplotna nevtralnost ni dosežena pri 26–28 °C4, 7, 10, 11, 24, 25, kar kaže, da je 23–25 °C prenizko. Drug pomemben dejavnik, ki ga je treba upoštevati glede sobne temperature in termonevtralnosti pri miših, je posamična ali skupinska namestitev. Ko so bile miši nameščene v skupinah in ne posamično, kot v naši študiji, se je temperaturna občutljivost zmanjšala, verjetno zaradi gneče živali. Vendar pa je bila sobna temperatura še vedno pod LTL 25, ko so bile uporabljene tri skupine. Morda najpomembnejša medvrstna razlika v tem pogledu je kvantitativni pomen aktivnosti BAT kot obrambe pred hipotermijo. Medtem ko so miši torej v veliki meri kompenzirale večjo izgubo kalorij s povečanjem aktivnosti BAT, ki je samo pri 5 °C več kot 60 % EE,51,52 je bil prispevek človeške aktivnosti BAT k EE bistveno večji, veliko manjši. Zato je lahko zmanjšanje aktivnosti BAT pomemben način za povečanje človeškega prevajanja. Regulacija aktivnosti BAT je kompleksna, vendar jo pogosto posredujejo kombinirani učinki adrenergične stimulacije, ščitničnih hormonov in izražanja UCP114,54,55,56,57. Naši podatki kažejo, da je treba temperaturo pri miših pri 22 °C zvišati nad 27,5 °C v primerjavi z mišmi pri 22 °C, da bi odkrili razlike v izražanju genov BAT, odgovornih za delovanje/aktivacijo. Vendar pa razlike, ugotovljene med skupinama pri 30 in 22 °C, niso vedno kazale na povečanje aktivnosti BAT v skupini z 22 °C, ker so bili Ucp1, Adrb2 in Vegf-a v skupini z 22 °C zmanjšano izraženi. Osnovni vzrok teh nepričakovanih rezultatov še ni določen. Ena od možnosti je, da njihovo povečano izražanje morda ne odraža signala povišane sobne temperature, temveč akutni učinek premikanja s 30 °C na 22 °C na dan odstranitve (miši so to doživele 5–10 minut pred vzletom).
Splošna omejitev naše študije je, da smo preučevali le samce miši. Druge raziskave kažejo, da je spol lahko pomemben dejavnik pri naših primarnih indikacijah, saj so samice miši z enim kolenom bolj občutljive na temperaturo zaradi večje toplotne prevodnosti in vzdrževanja strožje nadzorovane temperature jedra. Poleg tega so samice miši (na HFD) pokazale večjo povezavo med vnosom energije in EE pri 30 °C v primerjavi z mišjimi samci, ki so zaužili več miši istega spola (v tem primeru 20 °C)20. Tako je pri samicah miši učinek subtermonetralne vsebnosti večji, vendar ima enak vzorec kot pri samcih miši. V naši študiji smo se osredotočili na samce miši z enim kolenom, saj so to pogoji, v katerih se izvaja večina presnovnih študij, ki preučujejo EE. Druga omejitev naše študije je bila, da so bile miši ves čas študije na isti prehrani, kar je preprečilo preučevanje pomena sobne temperature za presnovno fleksibilnost (merjeno s spremembami RER za prehranske spremembe v različnih sestavah makrohranil).
Skratka, naša študija kaže, da so miši z normalno težo v 1. krogu, tako kot v drugih študijah, termonevtralne nad predvidenih 27,5 °C. Poleg tega naša študija kaže, da debelost ni glavni izolacijski dejavnik pri miših z normalno težo ali DIO, kar ima za posledico podobno razmerje temperatura:EE pri miših z DIO in normalno težo. Medtem ko je bil vnos hrane pri miših z normalno težo skladen z EE in je tako ohranjal stabilno telesno težo v celotnem temperaturnem območju, je bil vnos hrane pri miših z DIO enak pri različnih temperaturah, kar je povzročilo večje razmerje med miši pri 30 °C in 22 °C, ki so pridobile več telesne teže. Na splošno so sistematične študije, ki preučujejo potencialni pomen življenja pod termonevtralnimi temperaturami, upravičene zaradi pogosto opažene slabe prenašalnosti med študijami na miših in ljudeh. Na primer, v študijah debelosti je delna razlaga za splošno slabšo prenosljivost lahko posledica dejstva, da se študije izgube teže pri miših običajno izvajajo na zmerno hladno stresnih živalih, ki se hranijo pri sobni temperaturi zaradi njihove povečane EE. Pretirana izguba teže v primerjavi s pričakovano telesno težo osebe, zlasti če je mehanizem delovanja odvisen od povečanja EE s povečanjem aktivnosti BAP, ki je bolj aktiven in aktiviran pri sobni temperaturi kot pri 30 °C.
V skladu z danskim zakonom o poskusih na živalih (1987) in Nacionalnimi inštituti za zdravje (publikacija št. 85-23) ter Evropsko konvencijo o varstvu vretenčarjev, ki se uporabljajo v poskusne in druge znanstvene namene (Svet Evrope št. 123, Strasbourg, 1985).
Dvajset tednov stare samce miši C57BL/6J smo dobili od dobavitelja Janvier Saint Berthevin Cedex v Franciji in jim po 12-urnem ciklu svetlobe in teme dajali standardno hrano (Altromin 1324) in vodo (~22 °C) ad libitum pri sobni temperaturi. Samce miši DIO (20 tednov) smo dobili od istega dobavitelja in jim v pogojih reje ad libitum omogočili dostop do prehrane z visoko vsebnostjo maščob 45 % (kat. št. D12451, Research Diet Inc., NJ, ZDA) in vode. Miši smo prilagodili okolju teden dni pred začetkom študije. Dva dni pred prenosom v sistem indirektne kalorimetrije smo miši stehtali, jih slikali z magnetno resonanco (EchoMRI™, Teksas, ZDA) in razdelili v štiri skupine, ki ustrezajo telesni teži, maščobi in normalni telesni teži.
Grafični diagram zasnove študije je prikazan na sliki 8. Miši so bile prenesene v zaprt in temperaturno nadzorovan sistem indirektne kalorimetrije pri podjetju Sable Systems Internationals (Nevada, ZDA), ki je vključeval monitorje kakovosti hrane in vode ter okvir Promethion BZ1, ki je beležil ravni aktivnosti z merjenjem prelomov žarka. XYZ. Miši (n = 8) so bile nameščene posamično pri 22, 25, 27,5 ali 30 °C z uporabo stelje, vendar brez zavetja in materiala za gnezdo, v 12:12-urnem ciklu svetloba:tema (svetloba: 06:00–18:00). 2500 ml/min. Miši so se aklimatizirale 7 dni pred registracijo. Posnetki so bili zbrani štiri dni zapored. Nato so bile miši še 12 dni pri ustreznih temperaturah 25, 27,5 in 30 °C, nakar so bili dodani celični koncentrati, kot je opisano spodaj. Medtem so skupine miši, ki so jih hranili pri 22 °C, pri tej temperaturi hranili še dva dni (za zbiranje novih izhodiščnih podatkov), nato pa so temperaturo na začetku svetlobne faze (06:00) vsak drugi dan zvišali v korakih po 2 °C, dokler ni dosegla 30 °C. Po tem so temperaturo znižali na 22 °C in podatke zbirali še dva dni. Po dveh dodatnih dneh snemanja pri 22 °C so vsem celicam pri vseh temperaturah dodali kože, zbiranje podatkov pa se je začelo drugi dan (17. dan) in nato še tri dni. Po tem (20. dan) so vsem celicam na začetku svetlobnega cikla (06:00) dodali material za gnezdenje (8–10 g) in podatke zbirali še tri dni. Tako so bile miši, ki so jih hranili pri 22 °C, na koncu študije pri tej temperaturi hranili 21/33 dni in pri 22 °C zadnjih 8 dni, medtem ko so bile miši pri drugih temperaturah pri tej temperaturi hranili 33 dni / 33 dni. Miši so bile med študijskim obdobjem hranjene.
Miši z normalno težo in miši z DIO so bile podvržene enakim študijskim postopkom. Na dan -9 so miši stehtali, opravili MRI preiskavo in razdelili v skupine, primerljive po telesni teži in telesni sestavi. Na dan -7 so miši premestili v zaprt sistem za indirektno kalorimetrijo z nadzorovano temperaturo, ki ga je izdelal SABLE Systems International (Nevada, ZDA). Miši so bile nameščene posamično z nastiljko, vendar brez materialov za gnezda ali zavetje. Temperatura je nastavljena na 22, 25, 27,5 ali 30 °C. Po enem tednu aklimatizacije (od dneva -7 do 0, živali niso bile motene) so bili podatki zbrani štiri zaporedne dni (dnevi 0-4, podatki prikazani na slikah 1, 2, 5). Nato so miši, ki so jih gojili pri 25, 27,5 in 30 °C, do 17. dne vzdrževali v konstantnih pogojih. Hkrati se je temperatura v skupini z 22 °C vsak drugi dan zvišala v intervalih po 2 °C s prilagajanjem temperaturnega cikla (06:00) na začetku izpostavljenosti svetlobi (podatki so prikazani na sliki 1). 15. dan se je temperatura znižala na 22 °C in zbrali so se podatki za dva dni, da bi zagotovili izhodiščne podatke za nadaljnje tretmaje. 17. dan so vsem mišim dodali kože, 20. dan pa material za gnezda (slika 5). 23. dan so miši stehtali in opravili MRI skeniranje, nato pa so jih pustili pri miru 24 ur. 24. dan so miši od začetka fotoperiode (06:00) postili in ob 12:00 prejeli OGTT (2 g/kg) (6–7 ur posta). Nato so miši drugi dan (25. dan) vrnili v ustrezne pogoje SABLE in jih evtanazirali.
Miši DIO (n = 8) so sledile istemu protokolu kot miši z normalno težo (kot je opisano zgoraj in na sliki 8). Miši so ves čas poskusa porabe energije ohranjale 45 % HFD.
VO2 in VCO2 ter tlak vodne pare so bili zabeleženi s frekvenco 1 Hz s časovno konstanto celice 2,5 min. Vnos hrane in vode je bil zabeležen z neprekinjenim beleženjem (1 Hz) teže veder s hrano in vodo. Uporabljeni monitor kakovosti je poročal o ločljivosti 0,002 g. Stopnje aktivnosti so bile zabeležene z uporabo 3D XYZ monitorja z žarkovnim nizom, podatki so bili zbrani z notranjo ločljivostjo 240 Hz in poročani vsako sekundo, da se je količinsko opredelila skupna prevožena razdalja (m) z efektivno prostorsko ločljivostjo 0,25 cm. Podatki so bili obdelani s programom Sable Systems Macro Interpreter v.2.41, pri čemer so bili izračunani EE in RER ter izločeni izstopajoči podatki (npr. lažni obroki). Interpreter makrov je konfiguriran tako, da podatke za vse parametre izpisuje vsakih pet minut.
Poleg uravnavanja EE lahko temperatura okolja uravnava tudi druge vidike presnove, vključno s postprandialno presnovo glukoze, z uravnavanjem izločanja hormonov, ki presnavljajo glukozo. Da bi preizkusili to hipotezo, smo končno zaključili študijo telesne temperature tako, da smo miši z normalno težo provokirali z oralno obremenitvijo z glukozo DIO (2 g/kg). Metode so podrobno opisane v dodatnih gradivih.
Ob koncu študije (25. dan) so miši postili 2–3 ure (začenši ob 6.00), anestezirali z izofluranom in jim z retroorbitalno venepunkcijo odvzeli vso kri. Kvantifikacija plazemskih lipidov ter hormonov in lipidov v jetrih je opisana v dodatnih gradivih.
Da bi raziskali, ali temperatura lupine povzroča intrinzične spremembe v maščobnem tkivu, ki vplivajo na lipolizo, so mišim po zadnji fazi krvavitve neposredno odvzeli dimeljsko in epididimalno maščobno tkivo. Tkiva so obdelali z novo razvitim testom lipolize ex vivo, opisanim v dodatnih metodah.
Rjavo maščobno tkivo (BAT) je bilo zbrano na dan konca študije in obdelano, kot je opisano v dodatnih metodah.
Podatki so predstavljeni kot povprečje ± SEM. Grafi so bili ustvarjeni v programu GraphPad Prism 9 (La Jolla, Kalifornija), grafike pa urejene v programu Adobe Illustrator (Adobe Systems Incorporated, San Jose, Kalifornija). Statistična značilnost je bila ocenjena v programu GraphPad Prism in preizkušena s parnim t-testom, enosmerno/dvosmerno ANOVA s ponavljajočimi se meritvami, ki ji je sledil Tukeyjev test večkratnih primerjav, ali neparno enosmerno ANOVA, ki ji je po potrebi sledil Tukeyjev test večkratnih primerjav. Gaussova porazdelitev podatkov je bila pred testiranjem potrjena z D'Agostino-Pearsonovim testom normalnosti. Velikost vzorca je navedena v ustreznem razdelku razdelka »Rezultati« in v legendi. Ponavljanje je opredeljeno kot vsaka meritev, opravljena na isti živali (in vivo ali na vzorcu tkiva). Kar zadeva ponovljivost podatkov, je bila v štirih neodvisnih študijah z različnimi miši s podobno zasnovo študije dokazana povezava med porabo energije in temperaturo ohišja.
Podrobni eksperimentalni protokoli, materiali in surovi podatki so na voljo na razumno zahtevo pri vodilnem avtorju Runeju E. Kuhreju. Ta študija ni ustvarila novih edinstvenih reagentov, transgenih živalskih/celičnih linij ali podatkov o sekvenciranju.
Za več informacij o zasnovi študije glejte povzetek poročila o raziskavah narave, ki je povezan s tem člankom.
Vsi podatki tvorijo graf. Slike 1–7 so bile shranjene v repozitoriju zbirke podatkov Science, dostopna številka: 1253.11.sciencedb.02284 ali https://doi.org/10.57760/sciencedb.02284. Podatki, prikazani v ESM, se lahko po ustreznem testiranju pošljejo Runeju E. Kuhreju.
Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO in Tang-Christensen, M. Laboratorijske živali kot nadomestni modeli človeške debelosti. Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO in Tang-Christensen, M. Laboratorijske živali kot nadomestni modeli človeške debelosti.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. in Tang-Christensen M. Laboratorijske živali kot nadomestni modeli človeške debelosti. Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO & 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 in Tang-Christensen, M. Poskusne živali kot nadomestni model za ljudi.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. in Tang-Christensen M. Laboratorijske živali kot nadomestni modeli debelosti pri ljudeh.Acta Pharmacology, kriminal 33, 173–181 (2012).
Gilpin, DA Izračun nove Miejeve konstante in eksperimentalna določitev velikosti opekline. Burns 22, 607–611 (1996).
Gordon, SJ Mišji termoregulacijski sistem: njegove posledice za prenos biomedicinskih podatkov na ljudi. Fiziologija. Vedenje. 179, 55–66 (2017).
Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Brez izolacijskega učinka debelosti. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Brez izolacijskega učinka debelosti.Fischer AW, Chikash RI, von Essen G., Cannon B. in Nedergaard J. Brez izolacijskega učinka debelosti. 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. & Nedergaard, J. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Ožirenje nima izolacijskega učinka. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Debelost nima izolacijskega učinka.Da. J. Physiology. Endokrini. Presnova. 311, E202–E213 (2016).
Lee, P. et al. Temperaturno prilagojeno rjavo maščobno tkivo modulira občutljivost na inzulin. Diabetes 63, 3686–3698 (2014).
Nakhon, KJ et al. Nižja kritična temperatura in termogeneza, povzročena s hladno reakcijo, sta bili obratno sorazmerni s telesno težo in bazalnim metabolizmom pri vitkih in prekomerno težkih posameznikih. J. Warmly. biology. 69, 238–248 (2017).
Fischer, AW, Cannon, B. in Nedergaard, J. Optimalne temperature bivališč za miši, ki posnemajo toplotno okolje ljudi: Eksperimentalna študija. Fischer, AW, Cannon, B. in Nedergaard, J. Optimalne temperature bivališč za miši, ki posnemajo toplotno okolje ljudi: Eksperimentalna študija.Fischer, AW, Cannon, B. in Nedergaard, J. Optimalne temperature v hiši za miši, ki posnemajo človeško toplotno okolje: Eksperimentalna študija. Fischer, AW, Cannon, B. & 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. in Nedergaard, J.Fisher AW, Cannon B. in Nedergaard J. Optimalna temperatura bivališča za miši, ki simulira človeško toplotno okolje: Eksperimentalna študija.Moore, metabolizem, 7, 161–170 (2018).
Keijer, J., Li, M. in Speakman, JR Kakšna je najboljša temperatura bivališča za prenos poskusov na miših na ljudi? Keijer, J., Li, M. in Speakman, JR Kakšna je najboljša temperatura bivališča za prenos poskusov na miših na ljudi?Keyer J, Lee M in Speakman JR Kakšna je najboljša sobna temperatura za prenos poskusov z mišmi na ljudi? 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. in Speakman, JRKeyer J, Lee M in Speakman JR Kakšna je optimalna temperatura lupine za prenos poskusov z miši na ljudi?Moore, metabolizem, 25, 168–176 (2019).
Seeley, RJ in MacDougald, OA Miši kot eksperimentalni modeli za človeško fiziologijo: ko je pomembnih več stopinj temperature v stanovanju. Seeley, RJ in MacDougald, OA Miši kot eksperimentalni modeli za človeško fiziologijo: ko je pomembnih več stopinj temperature v stanovanju. Seeley, RJ & MacDougald, OA Miši kot eksperimentalni modeli za fiziologijo človeka: kdaj imajo gradovi v stanovanju pomen. Seeley, RJ in MacDougald, OA Miši kot eksperimentalni modeli za človeško fiziologijo: ko nekaj stopinj v bivalnem prostoru naredi razliko. 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 in MacDougald, OA Miši Seeley, RJ & MacDougald, OA kot eksperimentalni fiziološki model človeka: ko ima nekaj stopinj temperature v prostoru pomen. Seeley, RJ in MacDougald, OA Miši kot eksperimentalni model človeške fiziologije: ko je nekaj stopinj sobne temperature pomembnih.Nacionalni metabolizem. 3, 443–445 (2021).
Fischer, AW, Cannon, B. in Nedergaard, J. Odgovor na vprašanje »Kakšna je najboljša temperatura bivališča za prenos poskusov na miših na ljudi?« Fischer, AW, Cannon, B. in Nedergaard, J. Odgovor na vprašanje »Kakšna je najboljša temperatura bivališča za prenos poskusov na miših na ljudi?« Fischer, AW, Cannon, B. in Nedergaard, J. Odgovor na vprašanje »Kakšna je najboljša sobna temperatura za prenos poskusov z miši na ljudi?« 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. in Nedergaard, J.Fisher AW, Cannon B. in Nedergaard J. Odgovori na vprašanje »Kakšna je optimalna temperatura lupine za prenos poskusov z miši na ljudi?«Da: termonevtralno. Moore. metabolizem. 26, 1–3 (2019).
Čas objave: 28. oktober 2022
