Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro dosažení nejlepšího zážitku doporučujeme používat aktualizovaný prohlížeč (nebo v aplikaci Internet Explorer vypnout režim kompatibility). Mezitím budeme web vykreslovat bez stylů a JavaScriptu, abychom zajistili jeho nepřetržitou podporu.
Většina metabolických studií na myších se provádí při pokojové teplotě, ačkoli za těchto podmínek, na rozdíl od lidí, myši vynakládají velké množství energie na udržení vnitřní teploty. Zde popisujeme normální hmotnost a obezitu vyvolanou dietou (DIO) u myší C57BL/6J krmených čau-čau, respektive dietou s vysokým obsahem tuku o 45 %. Myši byly umístěny na 33 dní do systému nepřímé kalorimetrie při teplotě 22, 25, 27,5 a 30 °C. Ukazujeme, že energetický výdej se lineárně zvyšuje od 30 °C do 22 °C a je přibližně o 30 % vyšší při 22 °C u obou myších modelů. U myší s normální hmotností příjem potravy působil proti EE. Naopak, myši DIO nesnížily příjem potravy, když EE klesla. Na konci studie tedy měly myši při 30 °C vyšší tělesnou hmotnost, tukovou hmotu a plazmatický glycerol a triglyceridy než myši při 22 °C. Tato nerovnováha u myší DIO může být způsobena zvýšenou dietou založenou na potěšení.
Myš je nejčastěji používaným zvířecím modelem pro studium lidské fyziologie a patofyziologie a často je výchozím zvířetem používaným v raných fázích objevování a vývoje léků. Myši se však od lidí liší v několika důležitých fyziologických ohledech a zatímco alometrické škálování lze do určité míry použít k přenesení na člověka, obrovské rozdíly mezi myšmi a lidmi spočívají v termoregulaci a energetické homeostáze. To ukazuje na zásadní nesrovnalost. Průměrná tělesná hmotnost dospělých myší je nejméně tisíckrát menší než u dospělých (50 g vs. 50 kg) a poměr povrchu k hmotnosti se liší přibližně 400krát v důsledku nelineární geometrické transformace popsané Meeem. Rovnice 2. V důsledku toho myši ztrácejí výrazně více tepla v poměru k jejich objemu, takže jsou citlivější na teplotu, náchylnější k podchlazení a mají průměrnou bazální metabolickou rychlost desetkrát vyšší než u lidí. Při standardní pokojové teplotě (~22 °C) musí myši zvýšit svůj celkový energetický výdej (EE) přibližně o 30 %, aby si udržely teplotu tělesného jádra. Při nižších teplotách se EE zvyšuje ještě více, a to přibližně o 50 % a 100 % při 15 a 7 °C ve srovnání s EE při 22 °C. Standardní podmínky chovu tedy vyvolávají reakci na chladový stres, což by mohlo ohrozit přenositelnost výsledků u myší na člověka, protože lidé žijící v moderních společnostech tráví většinu času v termoneutrálních podmínkách (protože náš nižší poměr plochy povrchu k objemu nás činí méně citlivými na teplotu, protože kolem sebe vytváříme termoneutrální zónu (TNZ). EE nad bazální metabolickou rychlostí) se rozprostírá v rozmezí ~19 až 30 °C6, zatímco myši mají vyšší a užší pásmo, které se rozprostírá pouze v rozmezí 2–4 °C7,8. Ve skutečnosti se tomuto důležitému aspektu v posledních letech věnuje značná pozornost4, 7,8,9,10,11,12 a bylo navrženo, že některé „druhové rozdíly“ lze zmírnit zvýšením teploty skořápky9. Neexistuje však shoda ohledně teplotního rozsahu, který u myší představuje termoneutralitu. Zda je dolní kritická teplota v termoneutrálním rozsahu u myší s jedním kolenem blíže 25 °C nebo blíže 30 °C4, 7, 8, 10, 12, zůstává kontroverzní. EE a další metabolické parametry byly omezeny na hodiny až dny, takže rozsah, v jakém může dlouhodobé vystavení různým teplotám ovlivnit metabolické parametry, jako je tělesná hmotnost, není jasný. spotřeba, využití substrátu, glukózová tolerance a koncentrace lipidů a glukózy v plazmě a hormony regulující chuť k jídlu. Kromě toho je zapotřebí dalšího výzkumu, aby se zjistilo, do jaké míry může strava tyto parametry ovlivnit (myši DIO na dietě s vysokým obsahem tuku mohou být více orientovány na stravu založenou na potěšení (hédonickou). Abychom poskytli více informací o tomto tématu, zkoumali jsme vliv teploty odchovu na výše uvedené metabolické parametry u dospělých samců myší s normální hmotností a samců myší s dietou indukovanou obezitou (DIO) na dietě s 45 % vysokým obsahem tuku. Myši byly chovány při teplotě 22, 25, 27,5 nebo 30 °C po dobu alespoň tří týdnů. Teploty pod 22 °C nebyly studovány, protože standardní ustájení zvířat je zřídka pod pokojovou teplotou. Zjistili jsme, že myši s normální hmotností a myši s jedním kruhem typu DIO reagovaly podobně na změny teploty v prostoru, pokud jde o EE, a bez ohledu na podmínky v prostoru (s přístřeškem/hnízdním materiálem nebo bez něj). Zatímco myši s normální hmotností upravovaly svůj příjem potravy podle EE, příjem potravy myší DIO byl do značné míry nezávislý na EE, což vedlo k většímu přibírání na váze. Podle údajů o tělesné hmotnosti ukázaly plazmatické koncentrace lipidů a ketonových tělísek, že myši DIO při 30 °C měly pozitivnější energetickou bilanci než myši při 22 °C. Základní důvody rozdílů v bilanci příjmu energie a EE mezi myšmi s normální hmotností a myšmi DIO vyžadují další studium, ale mohou souviset s patofyziologickými změnami u myší DIO a s účinkem diety založené na potěšení v důsledku obézní diety.
EE se lineárně zvyšovala od 30 do 22 °C a byla při 22 °C přibližně o 30 % vyšší ve srovnání s 30 °C (obr. 1a,b). Rychlost respirační výměny (RER) byla nezávislá na teplotě (obr. 1c,d). Příjem potravy byl v souladu s dynamikou EE a zvyšoval se s klesající teplotou (také o ~30 % vyšší při 22 °C ve srovnání s 30 °C (obr. 1e,f). Příjem vody. Objem a úroveň aktivity nezávisely na teplotě (obr. 1g).
Samci myší (C57BL/6J, 20 týdnů staré, individuální ustájení, n=7) byli chováni v metabolických klecích při teplotě 22 °C po dobu jednoho týdne před zahájením studie. Dva dny po shromáždění základních dat byla teplota zvyšována v krocích po 2 °C v 6:00 hodin denně (začátek světelné fáze). Data jsou prezentována jako průměr ± standardní chyba průměru a fáze tmy (18:00–6:00 h) je znázorněna šedým rámečkem. a Energetický výdej (kcal/h), b Celkový energetický výdej při různých teplotách (kcal/24 h), c Rychlost respirační výměny (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d Průměrná RER ve světelné a tmavé fázi (VCO2/VO2) (nulová hodnota je definována jako 0,7). e kumulativní příjem potravy (g), f celkový příjem potravy za 24 hodin, g celkový příjem vody za 24 hodin (ml), h celkový příjem vody za 24 hodin, i kumulativní úroveň aktivity (m) a j celková úroveň aktivity (m/24h). Myši byly uchovávány při uvedené teplotě po dobu 48 hodin. Data uvedená pro 24, 26, 28 a 30 °C se vztahují k posledních 24 hodinám každého cyklu. Myši zůstaly krmeny po celou dobu studie. Statistická významnost byla testována opakovanými měřeními jednofaktorové ANOVA následovanou Tukeyho testem vícenásobného srovnání. Hvězdičky označují významnost pro počáteční hodnotu 22 °C, stínování označuje významnost mezi ostatními skupinami, jak je uvedeno. *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.Průměrné hodnoty byly vypočítány pro celé experimentální období (0–192 hodin). n = 7.
Stejně jako u myší s normální hmotností se EE lineárně zvyšovala s klesající teplotou a v tomto případě byla EE také přibližně o 30 % vyšší při 22 °C ve srovnání s 30 °C (obr. 2a,b). RER se při různých teplotách neměnila (obr. 2c,d). Na rozdíl od myší s normální hmotností nebyl příjem potravy konzistentní s EE jako funkcí pokojové teploty. Příjem potravy, příjem vody a úroveň aktivity byly nezávislé na teplotě (obr. 2e–j).
Samci myší kmene DIO (C57BL/6J, 20 týdnů) byli jednotlivě chováni v metabolických klecích při teplotě 22 °C po dobu jednoho týdne před zahájením studie. Myši mohly užívat 45% HFD ad libitum. Po dvoudenní aklimatizaci byla shromážděna základní data. Následně byla teplota zvyšována v krocích po 2 °C každý druhý den v 6:00 (začátek světelné fáze). Data jsou prezentována jako průměr ± standardní chyba průměru a fáze tmy (18:00–6:00 h) je znázorněna šedým rámečkem. a Energetický výdej (kcal/h), b Celkový energetický výdej při různých teplotách (kcal/24 h), c Rychlost respirační výměny (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d Průměrná RER ve světelné a tmavé fázi (VCO2/VO2) (nulová hodnota je definována jako 0,7). e kumulativní příjem potravy (g), f celkový příjem potravy za 24 hodin, g celkový příjem vody za 24 hodin (ml), h celkový příjem vody za 24 hodin, i kumulativní úroveň aktivity (m) a j celková úroveň aktivity (m/24h). Myši byly udržovány při uvedené teplotě po dobu 48 hodin. Data uvedená pro 24, 26, 28 a 30 °C se vztahují k posledních 24 hodinám každého cyklu. Myši byly udržovány při 45% HFD až do konce studie. Statistická významnost byla testována opakovanými měřeními jednofaktorové ANOVA následovanou Tukeyho testem vícenásobného srovnání. Hvězdičky označují významnost pro počáteční hodnotu 22 °C, stínování označuje významnost mezi ostatními skupinami, jak je uvedeno. *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.Průměrné hodnoty byly vypočítány pro celé experimentální období (0–192 hodin). n = 7.
V další sérii experimentů jsme zkoumali vliv teploty okolí na stejné parametry, tentokrát však mezi skupinami myší, které byly neustále udržovány při určité teplotě. Myši byly rozděleny do čtyř skupin, aby se minimalizovaly statistické změny v průměru a směrodatné odchylce tělesné hmotnosti, tuku a normální tělesné hmotnosti (obr. 3a–c). Po 7 dnech aklimatizace bylo zaznamenáno 4,5 dne EE. EE je významně ovlivněna teplotou okolí jak během denních hodin, tak i v noci (obr. 3d) a lineárně se zvyšuje s klesající teplotou z 27,5 °C na 22 °C (obr. 3e). Ve srovnání s ostatními skupinami byla RER skupiny s 25 °C poněkud snížena a mezi zbývajícími skupinami nebyly žádné rozdíly (obr. 3f,g). Příjem potravy paralelně s EE vzorcem a se při 22 °C zvýšil přibližně o 30 % ve srovnání s 30 °C (obr. 3h,i). Spotřeba vody a úroveň aktivity se mezi skupinami významně nelišily (obr. 3j,k). Vystavení různým teplotám po dobu až 33 dnů nevedlo k rozdílům v tělesné hmotnosti, libové hmotě a tukové hmotě mezi skupinami (obr. 3n-s), ale vedlo k poklesu libové tělesné hmotnosti přibližně o 15 % ve srovnání se subjektivně hlášenými skóre (obr. 3n-s). 3b, r, c)) a tuková hmota se zvýšila více než 2krát (z ~1 g na 2–3 g, obr. 3c, t, c). 30°C kabinet má bohužel kalibrační chyby a nemůže poskytovat přesná data EE a RER.
- Tělesná hmotnost (a), libová hmota (b) a tuková hmota (c) po 8 dnech (jeden den před přechodem do systému SABLE). d Spotřeba energie (kcal/h). e Průměrná spotřeba energie (0–108 hodin) při různých teplotách (kcal/24 hodin). f Poměr respirační výměny (RER) (VCO2/VO2). g Průměrná RER (VCO2/VO2). h Celkový příjem potravy (g). i Průměrný příjem potravy (g/24 hodin). j Celková spotřeba vody (ml). k Průměrná spotřeba vody (ml/24 h). l Kumulativní úroveň aktivity (m). m Průměrná úroveň aktivity (m/24 h). n tělesná hmotnost 18. den, o změna tělesné hmotnosti (od -8. do 18. dne), p libová hmota 18. den, q změna libové hmoty (od -8. do 18. dne), r tuková hmota 18. den a změna tukové hmoty (od -8. do 18. dne). Statistická významnost opakovaných měření byla testována pomocí Oneway-ANOVA a následně Tukeyho testu vícenásobného srovnání. *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.Data jsou prezentována jako průměr + směrodatná chyba průměru, temná fáze (18:00-06:00 h) je znázorněna šedými čtverečky. Tečky na histogramech představují jednotlivé myši. Průměrné hodnoty byly vypočítány pro celé experimentální období (0-108 hodin). n = 7.
Myši byly na začátku studie srovnatelné v tělesné hmotnosti, libové hmotě a tukové hmotě (obr. 4a–c) a udržovány při teplotě 22, 25, 27,5 a 30 °C stejně jako ve studiích s myšmi s normální hmotností. . Při porovnávání skupin myší vykazoval vztah mezi EE a teplotou podobný lineární vztah s teplotou v čase u stejných myší. Myši chované při 22 °C tedy spotřebovaly přibližně o 30 % více energie než myši chované při 30 °C (obr. 4d, e). Při studiu účinků na zvířatech teplota ne vždy ovlivňovala RER (obr. 4f,g). Příjem potravy, příjem vody a aktivita nebyly teplotou významně ovlivněny (obr. 4h–m). Po 33 dnech odchovu měly myši při 30 °C významně vyšší tělesnou hmotnost než myši při 22 °C (obr. 4n). Ve srovnání s jejich příslušnými výchozími hodnotami měly myši chované při 30 °C významně vyšší tělesnou hmotnost než myši chované při 22 °C (průměr ± standardní chyba průměru: Obr. 4o). Relativně vyšší přírůstek hmotnosti byl způsoben spíše nárůstem tukové hmoty (Obr. 4p, q) než nárůstem libové hmoty (Obr. 4r, s). V souladu s nižší hodnotou EE při 30 °C byla exprese několika genů BAT, které zvyšují funkci/aktivitu BAT, při 30 °C snížena ve srovnání s 22 °C: Adra1a, Adrb3 a Prdm16. Další klíčové geny, které také zvyšují funkci/aktivitu BAT, nebyly ovlivněny: Sema3a (regulace růstu neuritů), Tfam (mitochondriální biogeneze), Adrb1, Adra2a, Pck1 (glukoneogeneze) a Cpt1a. Překvapivě se Ucp1 a Vegf-a, spojené se zvýšenou termogenní aktivitou, ve skupině chované při 30 °C nesnížily. Hladiny Ucp1 byly u tří myší ve skutečnosti vyšší než ve skupině s teplotou 22 °C a hladiny Vegf-a a Adrb2 byly významně zvýšené. Ve srovnání se skupinou s teplotou 22 °C nevykazovaly myši chované při teplotách 25 °C a 27,5 °C žádnou změnu (doplňkový obrázek 1).
- Tělesná hmotnost (a), libová hmota (b) a tuková hmota (c) po 9 dnech (jeden den před přechodem do systému SABLE). d Spotřeba energie (EE, kcal/h). e Průměrná spotřeba energie (0–96 hodin) při různých teplotách (kcal/24 hodin). f Poměr respirační výměny (RER, VCO2/VO2). g Průměrný RER (VCO2/VO2). h Celkový příjem potravy (g). i Průměrný příjem potravy (g/24 hodin). j Celková spotřeba vody (ml). k Průměrná spotřeba vody (ml/24 h). l Kumulativní úroveň aktivity (m). m Průměrná úroveň aktivity (m/24 h). n Tělesná hmotnost 23. den (g), o Změna tělesné hmotnosti, p Libová hmota, q Změna libové hmoty (g) 23. den ve srovnání s 9. dnem, změna tukové hmoty (g) 23. den, tuková hmota (g) ve srovnání s 8. dnem, 23. den ve srovnání s 8. dnem. Statistická významnost opakovaných měření byla testována pomocí Oneway-ANOVA a následně Tukeyho testu vícenásobného srovnání. *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.Data jsou prezentována jako průměr + směrodatná chyba průměru, temná fáze (18:00-06:00 h) je znázorněna šedými čtverečky. Tečky na histogramech představují jednotlivé myši. Průměrné hodnoty byly vypočítány pro celé experimentální období (0-96 hodin). n = 7.
Stejně jako lidé, i myši si často vytvářejí mikroprostředí, aby snížily tepelné ztráty do okolí. Abychom kvantifikovali význam tohoto prostředí pro EE, vyhodnotili jsme EE při teplotách 22, 25, 27,5 a 30 °C, s koženými kryty a materiálem na hnízdo nebo bez nich. Při 22 °C přidání standardních kůží snižuje EE přibližně o 4 %. Následné přidání materiálu na hnízdo snížilo EE o 3–4 % (obr. 5a,b). Po přidání domečků nebo kůží + podestýlky nebyly pozorovány žádné významné změny v RER, příjmu potravy, příjmu vody ani úrovni aktivity (obrázek 5i–p). Přidání kůže a materiálu na hnízdo také významně snížilo EE při 25 a 30 °C, ale odezvy byly kvantitativně menší. Při 27,5 °C nebyl pozorován žádný rozdíl. Je pozoruhodné, že v těchto experimentech EE klesala se zvyšující se teplotou, v tomto případě přibližně o 57 % nižší než EE při 30 °C ve srovnání s 22 °C (obr. 5c–h). Stejná analýza byla provedena pouze pro světelnou fázi, kde se EE blížila bazálnímu metabolismu, protože v tomto případě myši většinou odpočívaly v kůži, což vedlo ke srovnatelným velikostem účinků při různých teplotách (doplňkový obrázek 2a–h).
Data pro myši z úkrytu a hnízdního materiálu (tmavě modrá), z domova bez hnízdního materiálu (světle modrá) a z domova a hnízda (oranžová). Spotřeba energie (EE, kcal/h) pro místnosti a, c, e a g při 22, 25, 27,5 a 30 °C, b, d, f a h znamenají EE (kcal/h). ip Data pro myši chované při 22 °C: i dechová frekvence (RER, VCO2/VO2), j průměrná RER (VCO2/VO2), k kumulativní příjem potravy (g), l průměrný příjem potravy (g/24 h), m celkový příjem vody (ml), n průměrná hodnota AUC příjmu vody (ml/24 h), o celková aktivita (m), p průměrná úroveň aktivity (m/24 h). Data jsou prezentována jako průměr + standardní chyba průměru, fáze tmy (18:00-06:00 h) je znázorněna šedými rámečky. Tečky na histogramech představují jednotlivé myši. Statistická významnost opakovaných měření byla testována pomocí Oneway-ANOVA a následně Tukeyho testu vícenásobného srovnání. *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.Průměrné hodnoty byly vypočítány pro celé experimentální období (0-72 hodin). n = 7.
U myší s normální hmotností (2-3 hodiny hladovění) nevedl chov při různých teplotách k významným rozdílům v plazmatických koncentracích TG, 3-HB, cholesterolu, ALT a AST, ale HDL jako funkce teploty. Obrázek 6a-e). Plazmatické koncentrace leptinu, inzulínu, C-peptidu a glukagonu nalačno se mezi skupinami také nelišily (obrázky 6g–j). V den testu glukózové tolerance (po 31 dnech při různých teplotách) byla výchozí hladina glukózy v krvi (5-6 hodin hladovění) přibližně 6,5 mM, bez rozdílu mezi skupinami. Podání perorální glukózy významně zvýšilo koncentraci glukózy v krvi ve všech skupinách, ale jak maximální koncentrace, tak i nárůst plochy pod křivkami (iAUC) (15–120 min) byly nižší ve skupině myší chovaných při teplotě 30 °C (jednotlivé časové body: P < 0,05–P < 0,0001, obr. 6k, l) ve srovnání s myšmi chovanými při teplotě 22, 25 a 27,5 °C (které se mezi sebou nelišily). Podání perorální glukózy významně zvýšilo koncentraci glukózy v krvi ve všech skupinách, ale jak maximální koncentrace, tak i nárůst plochy pod křivkami (iAUC) (15–120 min) byly nižší ve skupině myší chovaných při teplotě 30 °C (jednotlivé časové body: P < 0,05–P < 0,0001, obr. 6k, l) ve srovnání s myšmi chovanými při teplotě 22, 25 a 27,5 °C (které se mezi sebou nelišily). Пероральное введение глюкозы значительно повышало концентрацию глюкозгы в кровсе вовсе вовсе но как пиковая концентрация, так и площадь приращения под кривыми (iAUC) (15–120 билын) группе мышей, содержащихся при 30 °C (oddělené od toku: P < 0,05–P < 0,0001, 0,0001, 6001 сравнению с мышами, содержащимися при 22, 25 a 27,5 ° C (которые не различались межождузу). Perorální podání glukózy významně zvýšilo koncentraci glukózy v krvi ve všech skupinách, ale jak maximální koncentrace, tak i nárůst plochy pod křivkami (iAUC) (15–120 min) byly nižší ve skupině myší chovaných při 30 °C (samostatné časové body: P < 0,05–P < 0,0001, obr. 6k, l) ve srovnání s myšmi chovanými při 22, 25 a 27,5 °C (které se od sebe navzájem nelišily).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) 均较低众涃低（涃低（和曲线下增加面积(iAUC) 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 在 孻 丰 饲兼 丠浓度 和 曲线 下 增加 面积 面积 (IAUC) (15-120 分钟) 均 较 低 各 个 点 点 点 < 05 < P 点 点 点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）炛毯）炛毯Perorální podání glukózy významně zvýšilo koncentraci glukózy v krvi ve všech skupinách, ale jak maximální koncentrace, tak plocha pod křivkou (iAUC) (15–120 min) byly nižší ve skupině myší krmených při 30 °C (všechny časové body).: P < 0,05–P < 0,0001, рис. P < 0,05–P < 0,0001, obr.6l, l) ve srovnání s myšmi chovanými při teplotě 22, 25 a 27,5 °C (bez rozdílu).
Plazmatické koncentrace TG, 3-HB, cholesterolu, HDL, ALT, AST, FFA, glycerolu, leptinu, inzulínu, C-peptidu a glukagonu jsou uvedeny u dospělých samců myší DIO(al) po 33 dnech krmení při uvedené teplotě. Myši nebyly krmeny 2–3 hodiny před odběrem krve. Výjimkou byl orální glukózový toleranční test, který byl proveden dva dny před koncem studie na myších, které byly 5–6 hodin nalačno a udržovány při vhodné teplotě po dobu 31 dnů. Myším byla podána dávka 2 g/kg tělesné hmotnosti. Plocha pod křivkou (L) je vyjádřena jako přírůstková data (iAUC). Data jsou prezentována jako průměr ± SEM. Tečky představují jednotlivé vzorky. *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.
U myší DIO (také 2-3 hodiny hladovějících) se koncentrace plazmatického cholesterolu, HDL, ALT, AST a FFA mezi skupinami nelišily. TG i glycerol byly ve skupině s teplotou 30 °C významně zvýšené ve srovnání se skupinou s teplotou 22 °C (obrázky 7a–h). Naproti tomu 3-GB byl při 30 °C přibližně o 25 % nižší ve srovnání s 22 °C (obrázek 7b). Ačkoli tedy myši udržované při 22 °C měly celkově pozitivní energetickou bilanci, jak naznačuje přírůstek hmotnosti, rozdíly v plazmatických koncentracích TG, glycerolu a 3-HB naznačují, že u myší chovaných při 22 °C byl odběr menší než při 22 °C. Myši chované při 30 °C byly v relativně energeticky negativnějším stavu. V souladu s tím byly koncentrace extrahovatelného glycerolu a TG v játrech, nikoli však glykogenu a cholesterolu, vyšší ve skupině chované při 30 °C (doplňkový obrázek 3a-d). Abychom zjistili, zda teplotně závislé rozdíly v lipolýze (měřené plazmatickými hladinami TG a glycerolu) jsou výsledkem vnitřních změn v nadvarleti nebo tříselném tuku, extrahovali jsme na konci studie tukovou tkáň z těchto zásob a ex vivo kvantifikovali množství volných mastných kyselin a uvolňování glycerolu. Ve všech experimentálních skupinách vzorky tukové tkáně z nadvarleti a tříselných depot vykazovaly alespoň dvojnásobné zvýšení produkce glycerolu a volných mastných kyselin v reakci na stimulaci isoproterenolem (doplňkový obr. 4a–d). Nebyl však zjištěn žádný vliv teploty skořápky na bazální nebo isoproterenolem stimulovanou lipolýzu. V souladu s vyšší tělesnou hmotností a tukovou hmotou byly hladiny plazmatického leptinu významně vyšší ve skupině s teplotou 30 °C než ve skupině s teplotou 22 °C (obrázek 7i). Naopak plazmatické hladiny inzulínu a C-peptidu se mezi teplotními skupinami nelišily (obr. 7k, k), ale plazmatický glukagon vykazoval závislost na teplotě, ale v tomto případě byla teplota v opačné skupině téměř 22 °C dvojnásobná ve srovnání s 30 °C. OD. Skupina C (obr. 7l). FGF21 se nelišil mezi různými teplotními skupinami (obr. 7m). V den OGTT byla výchozí hladina glukózy v krvi přibližně 10 mM a nelišila se mezi myšmi chovanými při různých teplotách (obr. 7n). Perorální podání glukózy zvýšilo hladiny glukózy v krvi a vrcholu ve všech skupinách dosáhlo při koncentraci přibližně 18 mM 15 minut po podání dávky. Nebyly zjištěny žádné významné rozdíly v iAUC (15–120 min) a koncentracích v různých časových bodech po podání dávky (15, 30, 60, 90 a 120 min) (obrázek 7n, o).
Plazmatické koncentrace TG, 3-HB, cholesterolu, HDL, ALT, AST, FFA, glycerolu, leptinu, inzulínu, C-peptidu, glukagonu a FGF21 byly zjištěny u dospělých samců myší DIO (ao) po 33 dnech krmení při specifikované teplotě. Myši nebyly krmeny 2–3 hodiny před odběrem krve. Výjimkou byl orální glukózový toleranční test, který byl proveden v dávce 2 g/kg tělesné hmotnosti dva dny před koncem studie u myší, které byly 5–6 hodin nalačno a udržovány při vhodné teplotě po dobu 31 dnů. Plocha pod křivkou (o) je zobrazena jako přírůstková data (iAUC). Data jsou prezentována jako průměr ± SEM. Tečky představují jednotlivé vzorky. *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.
Přenositelnost dat z hlodavců na člověka je složitá otázka, která hraje ústřední roli při interpretaci významu pozorování v kontextu fyziologického a farmakologického výzkumu. Z ekonomických důvodů a pro usnadnění výzkumu jsou myši často chovány při pokojové teplotě pod jejich termoneutrální zónou, což vede k aktivaci různých kompenzačních fyziologických systémů, které zvyšují rychlost metabolismu a potenciálně zhoršují přenositelnost9. Vystavení myší chladu tak může myší učinit odolnými vůči obezitě vyvolané dietou a může zabránit hyperglykémii u krys léčených streptozotocinem v důsledku zvýšeného transportu glukózy nezávislého na inzulínu. Není však jasné, do jaké míry dlouhodobé vystavení různým relevantním teplotám (od pokojové po termoneutrální) ovlivňuje rozdílnou energetickou homeostázu myší s normální hmotností (na potravě) a myší s diétou v ohrožení (na HFD) a metabolické parametry, ani do jaké míry byly schopny vyvážit zvýšení EE se zvýšením příjmu potravy. Studie prezentovaná v tomto článku si klade za cíl vnést do tohoto tématu určité objasnění.
Ukazujeme, že u dospělých myší s normální hmotností a samců myší DIO je EE nepřímo úměrná pokojové teplotě mezi 22 a 30 °C. EE při 22 °C byla tedy v obou myších modelech přibližně o 30 % vyšší než při 30 °C. Důležitý rozdíl mezi myšmi s normální hmotností a myšmi DIO však spočívá v tom, že zatímco myši s normální hmotností dosáhly EE při nižších teplotách odpovídající úpravou příjmu potravy, příjem potravy myší DIO se na různých úrovních lišil. Teploty ve studii byly podobné. Po jednom měsíci myši DIO chované při 30 °C přibraly více tělesné hmotnosti a tukové hmoty než myši chované při 22 °C, zatímco u normálních lidí chovaných při stejné teplotě a po stejnou dobu nedošlo k horečce. Rozdíl v tělesné hmotnosti u myší s normální hmotností je závislý na teplotě. Ve srovnání s teplotami blízkými termoneutrální teplotě nebo pokojové teplotě vedl růst při pokojové teplotě u myší DIO nebo myší s normální hmotností na dietě s vysokým obsahem tuku, ale ne u myší s normální hmotností, k relativně menšímu nárůstu hmotnosti. Podpořeno dalšími studiemi17,18,19,20,21, ale ne všemi22,23.
Schopnost vytvořit mikroprostředí pro snížení tepelných ztrát pravděpodobně posouvá tepelnou neutralitu doleva8, 12. V naší studii jak přidání materiálu pro hnízdo, tak i ukrytí snížily EE, ale nevedly k tepelné neutralitě až do 28 °C. Naše data tedy nepodporují tvrzení, že by nízký bod termoneutrality u dospělých myší s jedním kolenem, s domky s obohaceným prostředím nebo bez nich, měl být 26–28 °C, jak je ukázáno8,12, ale podporují jiné studie prokazující termoneutralitu. 7, 10, 24. Aby toho nebylo málo, ukázalo se, že termoneutrální bod u myší není během dne statický, protože je nižší během klidové (světlé) fáze, pravděpodobně kvůli nižší produkci kalorií v důsledku aktivity a termogeneze indukované stravou. Ve světelné fázi se tedy nízký bod tepelné neutrality ukáže být ~29 °C a ve fázi tmy ~33 °C25.
Vztah mezi okolní teplotou a celkovou spotřebou energie je nakonec určen odvodem tepla. V této souvislosti je poměr povrchu k objemu důležitým determinantem tepelné citlivosti, který ovlivňuje jak odvod tepla (povrch), tak tvorbu tepla (objem). Kromě povrchu je přenos tepla určen také izolací (rychlost přenosu tepla). U lidí může tuková hmota snižovat tepelné ztráty vytvořením izolační bariéry kolem tělesné skořápky a bylo navrženo, že tuková hmota je důležitá i pro tepelnou izolaci u myší, snižuje termoneutrální bod a snižuje teplotní citlivost pod teplotní neutrální bod (sklon křivky). Naše studie nebyla navržena tak, aby přímo posoudila tento domnělý vztah, protože údaje o složení těla byly shromážděny 9 dní před shromážděním údajů o energetickém výdeji a protože tuková hmota nebyla po celou dobu studie stabilní. Vzhledem k tomu, že myši s normální hmotností a DIO mají o 30 % nižší EE při 30 °C než při 22 °C, a to i přes alespoň 5násobný rozdíl v tukové hmotě, naše data nepodporují tvrzení, že by obezita měla poskytovat základní izolaci. alespoň ne ve zkoumaném teplotním rozsahu. To je v souladu s jinými studiemi, které se k tomuto tématu lépe věnují4,24. V těchto studiích byl izolační účinek obezity malý, ale bylo zjištěno, že srst poskytuje 30–50 % celkové tepelné izolace4,24. U uhynulých myší se však tepelná vodivost bezprostředně po smrti zvýšila přibližně o 450 %, což naznačuje, že izolační účinek srsti je nezbytný pro fungování fyziologických mechanismů, včetně vazokonstrikce. Kromě druhových rozdílů v srsti mezi myšmi a lidmi může být špatný izolační účinek obezity u myší ovlivněn také následujícími faktory: Izolační faktor lidské tukové hmoty je zprostředkován hlavně podkožní tukovou hmotou (tloušťkou)26,27. U hlodavců je to obvykle méně než 20 % celkového živočišného tuku28. Celková tuková hmota navíc nemusí být ani suboptimálním měřítkem tepelné izolace jedince, protože se tvrdí, že zlepšená tepelná izolace je kompenzována nevyhnutelným zvětšením povrchové plochy (a tedy zvýšenými tepelnými ztrátami) s rostoucí tukovou hmotou.
U myší s normální hmotností se plazmatické koncentrace TG, 3-HB, cholesterolu, HDL, ALT a AST nalačno při různých teplotách po dobu téměř 5 týdnů nezměnily, pravděpodobně proto, že myši byly ve stejném stavu energetické bilance. V souladu s podobností v tukové hmotě nebyly zjištěny žádné rozdíly ani v plazmatických hladinách leptinu, ani v hladinách inzulínu, C-peptidu a glukagonu nalačno. U myší DIO bylo zjištěno více signálů. Ačkoli myši při 22 °C také neměly v tomto stavu celkově negativní energetickou bilanci (protože přibývaly na váze), na konci studie měly relativně větší energetický deficit ve srovnání s myšmi chovanými při 30 °C, a to v podmínkách, jako je vysoká produkce ketonů tělem (3-GB) a snížení koncentrace glycerolu a TG v plazmě. Zdá se však, že teplotně závislé rozdíly v lipolýze nejsou výsledkem vnitřních změn v nadvarleti nebo tříselném tuku, jako jsou změny v expresi lipázy reagující na adipohormon, protože FFA a glycerol uvolněný z tuku extrahovaného z těchto depotů jsou mezi... Teplotní skupiny jsou si navzájem podobné. Ačkoli jsme v této studii nezkoumali sympatický tonus, jiní zjistili, že (na základě srdeční frekvence a průměrného arteriálního tlaku) je lineárně úměrný okolní teplotě u myší a je přibližně nižší při 30 °C než při 22 °C (20 % C). Teplotně závislé rozdíly v sympatickém tonu tedy mohou v naší studii hrát roli v lipolýze, ale protože zvýšení sympatického tonu spíše stimuluje než inhibuje lipolýzu, mohou proti tomuto poklesu u kultivovaných myší působit jiné mechanismy. Potenciální role v odbourávání tělesného tuku. Pokojová teplota. Část stimulačního účinku sympatického tonu na lipolýzu je navíc nepřímo zprostředkována silnou inhibicí sekrece inzulínu, což zdůrazňuje vliv suplementace inzulínem přerušující lipolýzu30, ale v naší studii plazmatický inzulín nalačno a sympatický tonus C-peptidu při různých teplotách nestačily ke změně lipolýzy. Místo toho jsme zjistili, že rozdíly v energetickém stavu byly s největší pravděpodobností hlavním přispěvatelem k těmto rozdílům u myší s DIO. Základní důvody, které vedou k lepší regulaci příjmu potravy pomocí EE u myší s normální hmotností, vyžadují další studium. Obecně je však příjem potravy řízen homeostatickými a hedonickými signály31,32,33. Ačkoli se diskutuje o tom, který z těchto dvou signálů je kvantitativně důležitější,31,32,33 je dobře známo, že dlouhodobá konzumace potravin s vysokým obsahem tuku vede k stravovacímu chování založenému spíše na potěšení, které do jisté míry nesouvisí s homeostázou. . – regulovaný příjem potravy34,35,36. Zvýšené hédonistické chování při krmení u myší DIO léčených 45% HFD proto může být jedním z důvodů, proč tyto myši nevyvážily příjem potravy s EE. Je zajímavé, že rozdíly v chuti k jídlu a hormonech regulujících hladinu glukózy v krvi byly pozorovány také u myší DIO s kontrolovanou teplotou, ale ne u myší s normální hmotností. U myší DIO se hladiny leptinu v plazmě zvyšovaly s teplotou a hladiny glukagonu snižovaly. Rozsah, v jakém může teplota tyto rozdíly přímo ovlivnit, si zaslouží další studium, ale v případě leptinu hrála důležitou roli relativně negativní energetická bilance, a tedy nižší tuková hmota u myší při 22 °C, protože tuková hmota a plazmatický leptin spolu silně korelují37. Interpretace signálu glukagonu je však záhadnější. Stejně jako u inzulínu byla sekrece glukagonu silně inhibována zvýšením sympatického tonu, ale nejvyšší sympatický tonus byl předpokládán ve skupině s 22 °C, která měla nejvyšší koncentrace glukagonu v plazmě. Inzulín je dalším silným regulátorem plazmatického glukagonu a inzulínová rezistence a diabetes 2. typu silně souvisejí s hyperglukagonémií nalačno a po jídle 38,39. Myši DIO v naší studii však byly také necitlivé na inzulín, takže to také nemohl být hlavní faktor zvýšení glukagonové signalizace ve skupině s teplotou 22 °C. Obsah tuku v játrech je také pozitivně spojen se zvýšením plazmatické koncentrace glukagonu, jehož mechanismy mohou zase zahrnovat jaterní glukagonovou rezistenci, sníženou produkci močoviny, zvýšené koncentrace aminokyselin v oběhu a zvýšenou sekreci glukagonu stimulovanou aminokyselinami 40,41,42. Vzhledem k tomu, že se však extrahovatelné koncentrace glycerolu a TG mezi teplotními skupinami v naší studii nelišily, nemohlo to být ani potenciálním faktorem zvýšení plazmatických koncentrací ve skupině s teplotou 22 °C. Trijodthyronin (T3) hraje klíčovou roli v celkové rychlosti metabolismu a zahájení metabolické obrany proti hypotermii 43,44. Plazmatická koncentrace T3, pravděpodobně řízená centrálně zprostředkovanými mechanismy,45,46 se tedy zvyšuje jak u myší, tak u lidí za méně než termoneutrálních podmínek47, ačkoli u lidí je toto zvýšení menší, což je u myší náchylnější. To je v souladu se ztrátou tepla do prostředí. V této studii jsme neměřili plazmatické koncentrace T3, ale koncentrace mohly být nižší ve skupině s teplotou 30 °C, což může vysvětlovat vliv této skupiny na plazmatické hladiny glukagonu, protože my (aktualizovaný obrázek 5a) a další jsme prokázali, že T3 zvyšuje plazmatický glukagon v závislosti na dávce. Bylo popsáno, že hormony štítné žlázy indukují expresi FGF21 v játrech. Stejně jako glukagon se plazmatické koncentrace FGF21 také zvyšovaly s plazmatickými koncentracemi T3 (doplňkový obrázek 5b a odkaz 48), ale ve srovnání s glukagonem nebyly plazmatické koncentrace FGF21 v naší studii ovlivněny teplotou. Základní důvody tohoto rozporu vyžadují další studium, ale indukce FGF21 vyvolaná T3 by se měla objevit při vyšších úrovních expozice T3 ve srovnání s pozorovanou odpovědí glukagonu vyvolanou T3 (doplňkový obrázek 5b).
Bylo prokázáno, že HFD je silně spojena se zhoršenou glukózovou tolerancí a inzulínovou rezistencí (markery) u myší chovaných při teplotě 22 °C. HFD však nebyla spojena ani se zhoršenou glukózovou tolerancí, ani s inzulínovou rezistencí při chovu v termoneutrálním prostředí (zde definovaném jako 28 °C)19. V naší studii se tento vztah u myší DIO neprokázal, ale myši s normální hmotností chované při 30 °C významně zlepšily glukózovou toleranci. Důvod tohoto rozdílu vyžaduje další studium, ale může být ovlivněn skutečností, že myši DIO v naší studii byly rezistentní na inzulín, s plazmatickými koncentracemi C-peptidu nalačno a inzulínu 12–20krát vyššími než u myší s normální hmotností a v krvi nalačno. Koncentrace glukózy v krvi nalačno byly přibližně 10 mM (přibližně 6 mM při normální tělesné hmotnosti), což zřejmě ponechává malé okno pro jakékoli potenciální příznivé účinky vystavení termoneutrálním podmínkám na zlepšení glukózové tolerance. Možným matoucím faktorem je, že z praktických důvodů se OGTT provádí při pokojové teplotě. Myši chované při vyšších teplotách tak zažily mírný chladový šok, který může ovlivnit absorpci/clearance glukózy. Avšak na základě podobných koncentrací glukózy v krvi nalačno v různých teplotních skupinách nemusely změny okolní teploty výsledky významně ovlivnit.
Jak již bylo zmíněno, nedávno bylo zdůrazněno, že zvýšení pokojové teploty může zmírnit některé reakce na chladový stres, což může zpochybnit přenositelnost dat z myší na člověka. Není však jasné, jaká je optimální teplota pro chov myší, aby napodobovaly lidskou fyziologii. Odpověď na tuto otázku může být také ovlivněna oblastí studia a studovaným sledovaným parametrem. Příkladem je vliv stravy na akumulaci tuku v játrech, glukózovou toleranci a inzulínovou rezistenci19. Pokud jde o energetický výdej, někteří vědci se domnívají, že optimální teplotou pro odchov je termoneutralita, protože lidé potřebují k udržení teploty tělesného jádra jen málo energie navíc, a definují teplotu jednoho kolena pro dospělé myši jako 30 °C7,10. Jiní vědci se domnívají, že teplota srovnatelná s teplotou, kterou lidé obvykle zažívají u dospělých myší na jednom koleni, je 23–25 °C, protože zjistili, že termoneutralita je 26–28 °C a u lidí je tato teplota o 3 °C nižší. Jejich spodní kritická teplota, zde definovaná jako 23 °C, je mírně vyšší než 8,12. Naše studie je v souladu s několika dalšími studiemi, které uvádějí, že tepelné neutrality není dosaženo při teplotě 26–28 °C4, 7, 10, 11, 24, 25, což naznačuje, že teplota 23–25 °C je příliš nízká. Dalším důležitým faktorem, který je třeba zvážit ohledně pokojové teploty a termoneutrality u myší, je individuální nebo skupinové chov. Pokud byly myši chovány ve skupinách, nikoli jednotlivě, jako v naší studii, byla teplotní citlivost snížena, pravděpodobně v důsledku přeplněnosti zvířat. Pokojová teplota však byla stále pod LTL 25, i když byly použity tři skupiny. Snad nejdůležitějším mezidruhovým rozdílem v tomto ohledu je kvantitativní význam aktivity BAT jako obrany proti hypotermii. Zatímco myši tedy do značné míry kompenzovaly vyšší kalorickou ztrátu zvýšením aktivity BAT, která je při samotné teplotě 5 °C přes 60 % EE,51,52 příspěvek lidské aktivity BAT k EE byl významně vyšší, mnohem menší. Snížení aktivity BAT proto může být důležitým způsobem, jak zvýšit lidskou translaci. Regulace aktivity BAT je složitá, ale často je zprostředkována kombinovanými účinky adrenergní stimulace, hormonů štítné žlázy a exprese UCP114,54,55,56,57. Naše data naznačují, že pro detekci rozdílů v expresi genů BAT zodpovědných za funkci/aktivaci je nutné zvýšit teplotu nad 27,5 °C ve srovnání s myšmi při 22 °C. Rozdíly zjištěné mezi skupinami při 30 a 22 °C však ne vždy naznačovaly zvýšení aktivity BAT ve skupině s 22 °C, protože Ucp1, Adrb2 a Vegf-a byly ve skupině s 22 °C downregulovány. Hlavní příčina těchto neočekávaných výsledků je stále třeba zjistit. Jednou z možností je, že jejich zvýšená exprese nemusí odrážet signál zvýšené pokojové teploty, ale spíše akutní účinek jejich přesunu z 30 °C na 22 °C v den odebrání (myši to pocítily 5–10 minut před odletem).
Obecným omezením naší studie je, že jsme studovali pouze samce myší. Jiný výzkum naznačuje, že pohlaví může být důležitým faktorem v našich primárních indikacích, protože samice myší s jedním kolenem jsou citlivější na teplotu díky vyšší tepelné vodivosti a udržování přesněji kontrolované teploty jádra. Kromě toho samice myší (na HFD) vykazovaly větší souvislost mezi příjmem energie a EE při 30 °C ve srovnání se samci myší, kteří konzumovali více myší stejného pohlaví (v tomto případě 20 °C)20. U samic myší je tedy účinek subtermonetrálního obsahu vyšší, ale má stejný vzorec jako u samců myší. V naší studii jsme se zaměřili na samce myší s jedním kolenem, protože to jsou podmínky, za kterých se provádí většina metabolických studií zkoumajících EE. Dalším omezením naší studie bylo, že myši byly po celou dobu studie na stejné dietě, což znemožňovalo studium významu pokojové teploty pro metabolickou flexibilitu (měřeno změnami RER pro změny ve stravě v různých makronutrientních složení).
Závěrem lze říci, že naše studie ukazuje, že stejně jako v jiných studiích jsou myši s normální hmotností v 1. kole termoneutrální nad předpokládanou teplotou 27,5 °C. Naše studie navíc ukazuje, že obezita není hlavním izolačním faktorem u myší s normální hmotností nebo DIO, což vede k podobným poměrům teplota:EE u myší s DIO a normální hmotností. Zatímco příjem potravy u myší s normální hmotností byl konzistentní s EE, a proto si udržovaly stabilní tělesnou hmotnost v celém teplotním rozsahu, příjem potravy u myší s DIO byl stejný při různých teplotách, což vedlo k vyššímu poměru myší při 30 °C a při 22 °C k vyššímu nárůstu tělesné hmotnosti. Celkově jsou systematické studie zkoumající potenciální význam života pod termoneutrálními teplotami opodstatněné kvůli často pozorované špatné snášenlivosti mezi studiemi na myších a lidech. Například ve studiích obezity může být částečné vysvětlení obecně horší přenositelnosti způsobeno skutečností, že studie úbytku hmotnosti u myší se obvykle provádějí na zvířatech vystavených mírnému chladu, která jsou chována při pokojové teplotě kvůli jejich zvýšené EE. Přehnaný úbytek hmotnosti v porovnání s očekávanou tělesnou hmotností osoby, zejména pokud mechanismus účinku závisí na zvýšení EE zvýšením aktivity BAP, který je aktivnější a aktivovanější při pokojové teplotě než při 30 °C.
V souladu s dánským zákonem o pokusech na zvířatech (1987) a Národními ústavy zdraví (publikace č. 85-23) a Evropskou úmluvou o ochraně obratlovců používaných pro pokusné a jiné vědecké účely (Rada Evropy č. 123, Štrasburk, 1985).
Dvacetitýdenní samci myší kmene C57BL/6J byli získáni od dodavatele Janvier Saint Berthevin Cedex ve Francii a po 12:12hodinovém cyklu světlo:tma jim bylo podáváno standardní krmivo ad libitum (Altromin 1324) a voda (~22 °C) při pokojové teplotě. Samci myší kmene DIO (20 týdnů) byli získáni od stejného dodavatele a měli ad libitum přístup ke stravě s vysokým obsahem tuku 45 % (kat. č. D12451, Research Diet Inc., NJ, USA) a vodě za podmínek chovu. Myši byly adaptovány na prostředí týden před zahájením studie. Dva dny před převedením na systém nepřímé kalorimetrie byly myši zváženy, podrobeny MRI vyšetření (EchoMRI™, TX, USA) a rozděleny do čtyř skupin odpovídajících tělesné hmotnosti, obsahu tuku a normální tělesné hmotnosti.
Grafické znázornění designu studie je znázorněno na obrázku 8. Myši byly přeneseny do uzavřeného a teplotně kontrolovaného systému nepřímé kalorimetrie ve společnosti Sable Systems Internationals (Nevada, USA), který zahrnoval monitory kvality potravy a vody a rám Promethion BZ1, který zaznamenával úrovně aktivity měřením zlomů paprsku. XYZ. Myši (n = 8) byly chovány jednotlivě při teplotě 22, 25, 27,5 nebo 30 °C s použitím podestýlky, ale bez přístřešku a materiálu pro hnízdo, v 12:12hodinovém cyklu světlo:tma (světlo: 06:00–18:00). Průtok 2500 ml/min. Myši byly aklimatizovány 7 dní před registrací. Záznamy byly shromažďovány čtyři dny po sobě. Poté byly myši uchovávány při příslušných teplotách 25, 27,5 a 30 °C po dobu dalších 12 dnů, načež byly přidány buněčné koncentráty, jak je popsáno níže. Mezitím byly skupiny myší chovaných při teplotě 22 °C udržovány při této teplotě další dva dny (pro sběr nových základních dat) a poté byla teplota zvyšována v krocích o 2 °C obden na začátku světelné fáze (06:00) až do dosažení 30 °C. Poté byla teplota snížena na 22 °C a data byla sbírána další dva dny. Po dalších dvou dnech záznamu při 22 °C byly do všech buněk při všech teplotách přidány kůže a sběr dat začal druhý den (den 17) a po dobu tří dnů. Poté (den 20) byl do všech buněk na začátku světelného cyklu (06:00) přidán hnízdní materiál (8-10 g) a data byla sbírána další tři dny. Na konci studie tedy byly myši chované při 22 °C udržovány při této teplotě po dobu 21/33 dnů a při 22 °C po dobu posledních 8 dnů, zatímco myši při jiných teplotách byly při této teplotě udržovány po dobu 33 dnů / 33 dnů. Myši byly během studijního období krmeny.
Myši s normální hmotností a myši s difúzí v 10 % (DIO) byly podrobeny stejnému studijnímu postupu. V den -9 byly myši zváženy, provedena magnetická rezonance a rozděleny do skupin srovnatelných z hlediska tělesné hmotnosti a složení těla. V den -7 byly myši převedeny do uzavřeného teplotně řízeného systému nepřímé kalorimetrie vyrobeného společností SABLE Systems International (Nevada, USA). Myši byly chovány jednotlivě s podestýlkou, ale bez hnízd nebo přístřešků. Teplota byla nastavena na 22, 25, 27,5 nebo 30 °C. Po jednom týdnu aklimatizace (dny -7 až 0, zvířata nebyla rušena) byla data sbírána čtyři po sobě jdoucí dny (dny 0-4, data uvedena na obr. 1, 2, 5). Poté byly myši chovány při teplotě 25, 27,5 a 30 °C za konstantních podmínek až do 17. dne. Současně byla teplota ve skupině s teplotou 22 °C zvyšována v intervalech 2 °C obden úpravou teplotního cyklu (06:00 h) na začátku expozice světlu (data jsou uvedena na obr. 1). 15. den teplota klesla na 22 °C a byla shromážděna dvoudenní data, která poskytla výchozí údaje pro následné ošetření. 17. den byly všem myším přidány kůže a 20. den byl přidán materiál na hnízdo (obr. 5). 23. den byly myši zváženy a podrobeny MRI vyšetření a poté ponechány 24 hodin o samotě. 24. den byly myši od začátku fotoperiody (06:00) nalačno a ve 12:00 dostávaly OGTT (2 g/kg) (6-7 hodin hladovění). Poté byly myši vráceny do příslušných podmínek SABLE a druhý den (den 25) utraceny.
Myši DIO (n = 8) dodržovaly stejný protokol jako myši s normální hmotností (jak je popsáno výše a na obrázku 8). Myši si během experimentu s energetickým výdejem udržely 45% HFD.
VO2 a VCO2, stejně jako tlak vodní páry, byly zaznamenávány s frekvencí 1 Hz s časovou konstantou článku 2,5 minuty. Příjem potravy a vody byl shromažďován kontinuálním záznamem (1 Hz) hmotnosti kbelíků s potravou a vodou. Použitý monitor kvality hlásil rozlišení 0,002 g. Úrovně aktivity byly zaznamenávány pomocí 3D XYZ monitoru s paprskovým polem, data byla shromažďována s vnitřním rozlišením 240 Hz a hlášena každou sekundu, aby se kvantifikovala celková ujetá vzdálenost (m) s efektivním prostorovým rozlišením 0,25 cm. Data byla zpracována pomocí Sable Systems Macro Interpreter v.2.41, s výpočtem EE a RER a filtrováním odlehlých hodnot (např. falešných událostí jídla). Makro interpret je nakonfigurován tak, aby výstup dat pro všechny parametry probíhal každých pět minut.
Kromě regulace EE může okolní teplota regulovat i další aspekty metabolismu, včetně postprandiálního metabolismu glukózy, a to regulací sekrece hormonů metabolizujících glukózu. Pro ověření této hypotézy jsme nakonec provedli studii tělesné teploty provokací myší s normální hmotností perorální dávkou glukózy v diionizovaném roztoku (DIO) (2 g/kg). Metody jsou podrobně popsány v dalších materiálech.
Na konci studie (25. den) byly myši po dobu 2–3 hodin (počínaje 6:00) ponechány na lačňáku, anestetizovány isofluranem a kompletně vykrváceny retroorbitální venepunkcí. Kvantifikace plazmatických lipidů a hormonů a lipidů v játrech je popsána v doplňkových materiálech.
Aby se zjistilo, zda teplota skořápky způsobuje vnitřní změny v tukové tkáni ovlivňující lipolýzu, byla myším po poslední fázi krvácení přímo odebrána inguinální a epididymální tuková tkáň. Tkáně byly zpracovány pomocí nově vyvinutého ex vivo testu lipolýzy popsaného v doplňkových metodách.
Hnědá tuková tkáň (BAT) byla odebrána v den ukončení studie a zpracována dle doplňkových metod.
Data jsou prezentována jako průměr ± SEM. Grafy byly vytvořeny v programu GraphPad Prism 9 (La Jolla, CA) a grafiky byly upraveny v programu Adobe Illustrator (Adobe Systems Incorporated, San Jose, CA). Statistická významnost byla posouzena v programu GraphPad Prism a testována párovým t-testem, jednocestnou/dvoucestnou ANOVA s opakovanými měřeními následovanou Tukeyho testem vícenásobného srovnání nebo nepárovou jednocestnou ANOVA následovanou Tukeyho testem vícenásobného srovnání dle potřeby. Gaussovo rozdělení dat bylo před testováním validováno D'Agostino-Pearsonovým testem normality. Velikost vzorku je uvedena v odpovídající části části „Výsledky“ a také v legendě. Opakování je definováno jako jakékoli měření provedené na stejném zvířeti (in vivo nebo na vzorku tkáně). Z hlediska reprodukovatelnosti dat byla ve čtyřech nezávislých studiích s použitím různých myší s podobným designem studie prokázána souvislost mezi energetickým výdejem a teplotou pouzdra.
Podrobné experimentální protokoly, materiály a nezpracovaná data jsou k dispozici na základě přiměřené žádosti od hlavního autora Rune E. Kuhreho. Tato studie negenerovala nová unikátní činidla, transgenní zvířecí/buněčné linie ani sekvenční data.
Více informací o designu studie naleznete v abstraktu Nature Research Report, na který odkazuje tento článek.
Všechna data tvoří graf. 1-7 byla uložena v repozitáři databáze Science, evidenční číslo: 1253.11.sciencedb.02284 nebo https://doi.org/10.57760/sciencedb.02284. Data zobrazená v ESM mohou být po přiměřeném testování zaslána Rune E Kuhre.
Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO a Tang-Christensen, M. Laboratorní zvířata jako náhradní modely lidské obezity. Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO a Tang-Christensen, M. Laboratorní zvířata jako náhradní modely lidské obezity.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. a Tang-Christensen M. Laboratorní zvířata jako náhradní modely lidské obezity. 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 a Tang-Christensen, M. Experimentální zvířata jako náhradní model pro lidi.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. a Tang-Christensen M. Laboratorní zvířata jako náhradní modely obezity u lidí.Acta Pharmacology, kriminalita 33, 173–181 (2012).
Gilpin, DA Výpočet nové Mieovy konstanty a experimentální stanovení velikosti hoření. Burns 22, 607–611 (1996).
Gordon, SJ. Termoregulační systém myší: jeho důsledky pro přenos biomedicínských dat na člověka. fyziologie. chování. 179, 55-66 (2017).
Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Žádný izolační účinek obezity. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Žádný izolační účinek obezity.Fischer AW, Chikash RI, von Essen G., Cannon B. a Nedergaard J. Žádný izolační účinek 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. & 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. Obezita nemá žádný izolační účinek.Ano. J. Fyziologie. endokrinní. metabolismus. 311, E202–E213 (2016).
Lee, P. a kol. Teplotně adaptovaná hnědá tuková tkáň moduluje citlivost na inzulín. Diabetes 63, 3686–3698 (2014).
Nakhon, KJ a kol. Nižší kritická teplota a termogeneze indukovaná chladem byly nepřímo úměrné tělesné hmotnosti a bazálnímu metabolismu u štíhlých a nadváhových jedinců. J. Warmly. biology. 69, 238–248 (2017).
Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Optimální teploty chovu myší pro napodobení tepelného prostředí lidí: Experimentální studie. Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Optimální teploty chovu myší pro napodobení tepelného prostředí lidí: Experimentální studie.Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Optimální teploty v domě pro myši, které napodobují lidské tepelné prostředí: Experimentální studie. 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. & Nedergaard, J.Fisher AW, Cannon B. a Nedergaard J. Optimální teplota ustájení myší simulující lidské tepelné prostředí: Experimentální studie.Moore, metabolismus. 7, 161–170 (2018).
Keijer, J., Li, M. a Speakman, JR Jaká je nejlepší teplota v boxech pro přenos experimentů na myších na lidi? Keijer, J., Li, M. a Speakman, JR Jaká je nejlepší teplota v boxech pro přenos experimentů na myších na lidi?Keyer J, Lee M a Speakman JR Jaká je nejlepší pokojová teplota pro přenos experimentů z myší na lidi? 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. & Speakman, JRKeyer J, Lee M a Speakman JR Jaká je optimální teplota skořápky pro přenos experimentů z myší na lidi?Moore, metabolismus. 25, 168–176 (2019).
Seeley, RJ a MacDougald, OA Myši jako experimentální modely lidské fyziologie: když záleží na teplotě o několik stupňů. Seeley, RJ a MacDougald, OA Myši jako experimentální modely lidské fyziologie: když záleží na teplotě o několik stupňů. Seeley, RJ & MacDougald, OA Мыши как экспериментальные модели для физиологии человека: коголодоа v жилище имеют значение. Seeley, RJ a MacDougald, OA Myši jako experimentální modely lidské fyziologie: když několik stupňů v obydlí má vliv. 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 a MacDougald, OA Мыши Seeley, RJ & MacDougald, OA как экспериментальная модель физиологии человека: когдаьковесковая температуры в помещении имеют значение. Seeley, RJ a MacDougald, OA Myši jako experimentální model lidské fyziologie: když záleží na několika stupních pokojové teploty.Národní metabolismus. 3, 443–445 (2021).
Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Odpověď na otázku „Jaká je nejlepší teplota v boxech pro převedení experimentů na myši na lidi?“ Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Odpověď na otázku „Jaká je nejlepší teplota v boxech pro převedení experimentů na myši na lidi?“ Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Odpověď na otázku „Jaká je nejlepší pokojová teplota pro přenos experimentů na myších na lidi?“ 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. & Nedergaard, J.Fisher AW, Cannon B. a Nedergaard J. Odpovědi na otázku „Jaká je optimální teplota skořápky pro přenos experimentů z myší na lidi?“Ano: termoneutrální. Moore. metabolismus. 26, 1-3 (2019).
Čas zveřejnění: 28. října 2022
