Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazivat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Većina metaboličkih studija na miševima provodi se na sobnoj temperaturi, iako u tim uvjetima, za razliku od ljudi, miševi troše puno energije održavajući unutarnju temperaturu. Ovdje opisujemo normalnu težinu i pretilost uzrokovanu prehranom (DIO) kod miševa C57BL/6J hranjenih chow chow hranom ili prehranom s 45% visokog udjela masti. Miševi su 33 dana bili smješteni na 22, 25, 27,5 i 30 °C u indirektnom kalorimetrijskom sustavu. Pokazujemo da se potrošnja energije linearno povećava od 30 °C do 22 °C i da je oko 30% veća na 22 °C u oba mišja modela. Kod miševa normalne težine, unos hrane suzbio je EE. Suprotno tome, DIO miševi nisu smanjili unos hrane kada se EE smanjio. Dakle, na kraju studije, miševi na 30 °C imali su veću tjelesnu težinu, masu masti te glicerol i trigliceride u plazmi od miševa na 22 °C. Neravnoteža kod DIO miševa može biti posljedica povećane prehrane temeljene na užitku.
Miš je najčešće korišten životinjski model za proučavanje ljudske fiziologije i patofiziologije te je često zadana životinja koja se koristi u ranim fazama otkrivanja i razvoja lijekova. Međutim, miševi se razlikuju od ljudi na nekoliko važnih fizioloških načina i, iako se alometrijsko skaliranje donekle može koristiti za prevođenje na ljude, ogromne razlike između miševa i ljudi leže u termoregulaciji i energetskoj homeostazi. To pokazuje temeljnu nedosljednost. Prosječna tjelesna masa odraslih miševa je najmanje tisuću puta manja od one odraslih (50 g naspram 50 kg), a omjer površine i mase razlikuje se oko 400 puta zbog nelinearne geometrijske transformacije koju opisuje Mee. Jednadžba 2. Kao rezultat toga, miševi gube znatno više topline u odnosu na svoj volumen, pa su osjetljiviji na temperaturu, skloniji hipotermiji i imaju prosječnu bazalnu brzinu metabolizma deset puta veću od ljudske. Na standardnoj sobnoj temperaturi (~22°C), miševi moraju povećati svoju ukupnu potrošnju energije (EE) za oko 30% kako bi održali tjelesnu temperaturu. Na nižim temperaturama, EE se povećava još više za oko 50% i 100% na 15 i 7°C u usporedbi s EE na 22°C. Dakle, standardni uvjeti smještaja izazivaju reakciju na hladni stres, što bi moglo ugroziti prenosivost rezultata miševa na ljude, budući da ljudi koji žive u modernim društvima većinu vremena provode u termoneutralnim uvjetima (jer nas niži omjer površine i volumena čini manje osjetljivima na temperaturu, jer oko sebe stvaramo termoneutralnu zonu (TNZ). EE iznad bazalnog metabolizma) proteže se od ~19 do 30°C6, dok miševi imaju viši i uži pojas koji se proteže samo od 2–4°C7,8 Zapravo, ovaj važan aspekt dobio je znatnu pozornost posljednjih godina4, 7,8,9,10,11,12 i sugerirano je da se neke „razlike među vrstama“ mogu ublažiti povećanjem temperature ljuske9. Međutim, ne postoji konsenzus o temperaturnom rasponu koji predstavlja termoneutralnost kod miševa. Dakle, ostaje kontroverzno je li donja kritična temperatura u termoneutralnom rasponu kod miševa s jednim koljenom bliža 25°C ili bliža 30°C4, 7, 8, 10, 12. EE i drugi metabolički parametri ograničeni su na sate do dane, tako da nije jasno u kojoj mjeri dugotrajna izloženost različitim temperaturama može utjecati na metaboličke parametre poput tjelesne težine. konzumacija, iskorištavanje supstrata, tolerancija glukoze te koncentracije lipida i glukoze u plazmi te hormoni koji reguliraju apetit. Osim toga, potrebna su daljnja istraživanja kako bi se utvrdilo u kojoj mjeri prehrana može utjecati na ove parametre (DIO miševi na prehrani s visokim udjelom masti mogu biti više orijentirani na prehranu temeljenu na užitku (hedonistička)). Kako bismo pružili više informacija o ovoj temi, ispitali smo utjecaj temperature uzgoja na spomenute metaboličke parametre kod odraslih mužjaka miševa normalne težine i mužjaka miševa s pretilošću izazvanom prehranom (DIO) na prehrani s 45% visokog udjela masti. Miševi su držani na 22, 25, 27,5 ili 30°C najmanje tri tjedna. Temperature ispod 22°C nisu proučavane jer je standardni smještaj za životinje rijetko ispod sobne temperature. Otkrili smo da su DIO miševi normalne težine i miševi s jednim krugom slično reagirali na promjene temperature u prostoru u smislu EE i bez obzira na uvjete u prostoru (sa ili bez materijala za sklonište/gnijezdo). Međutim, dok su miševi normalne težine prilagođavali unos hrane prema EE, unos hrane DIO miševa bio je uglavnom neovisan o EE, što je rezultiralo većim dobivanjem na težini miševa. Prema podacima o tjelesnoj težini, koncentracije lipida i ketonskih tijela u plazmi pokazale su da DIO miševi na 30°C imaju pozitivniju energetsku bilancu od miševa na 22°C. Temeljni razlozi razlika u ravnoteži unosa energije i EE između miševa normalne težine i DIO miševa zahtijevaju daljnja istraživanja, ali mogu biti povezani s patofiziološkim promjenama kod DIO miševa i učinkom dijete temeljene na užitku kao posljedice pretilosti.
EE se linearno povećavao od 30 do 22°C i bio je oko 30% viši na 22°C u usporedbi s 30°C (slika 1a,b). Brzina respiratorne izmjene (RER) bila je neovisna o temperaturi (slika 1c,d). Unos hrane bio je u skladu s dinamikom EE i povećavao se s padom temperature (također ~30% viši na 22°C u usporedbi s 30°C (slika 1e,f). Unos vode. Volumen i razina aktivnosti nisu ovisili o temperaturi (slika 1g).
Mužjaci miševa (C57BL/6J, 20 tjedana starosti, individualni smještaj, n=7) bili su smješteni u metaboličkim kavezima na 22°C tjedan dana prije početka studije. Dva dana nakon prikupljanja osnovnih podataka, temperatura je podizana u koracima od 2°C u 6:00 sati dnevno (početak svjetlosne faze). Podaci su prikazani kao srednja vrijednost ± standardna pogreška srednje vrijednosti, a tamna faza (18:00–6:00 h) predstavljena je sivim okvirom. a Potrošnja energije (kcal/h), b Ukupna potrošnja energije na različitim temperaturama (kcal/24 h), c Brzina respiratorne izmjene (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d Srednja vrijednost RER u svjetlosnoj i tamnoj fazi (VCO2/VO2) (nulta vrijednost definirana je kao 0,7). e kumulativni unos hrane (g), f ukupni unos hrane u 24 sata, g ukupni unos vode u 24 sata (ml), h ukupni unos vode u 24 sata, i kumulativna razina aktivnosti (m) i j ukupna razina aktivnosti (m/24h). Miševi su držani na navedenoj temperaturi 48 sati. Prikazani podaci za 24, 26, 28 i 30 °C odnose se na posljednja 24 sata svakog ciklusa. Miševi su ostali hranjeni tijekom cijele studije. Statistička značajnost testirana je ponovljenim mjerenjima jednosmjerne ANOVA, nakon čega je slijedio Tukeyjev test višestruke usporedbe. Zvjezdice označavaju značajnost za početnu vrijednost od 22 °C, sjenčanje označava značajnost između ostalih skupina kao što je naznačeno. *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.Prosječne vrijednosti izračunate su za cijelo eksperimentalno razdoblje (0-192 sata). n = 7.
Kao i u slučaju miševa normalne težine, EE se linearno povećavao sa smanjenjem temperature, a u ovom slučaju, EE je također bio oko 30% viši na 22°C u usporedbi s 30°C (slika 2a,b). RER se nije mijenjao na različitim temperaturama (slika 2c,d). Za razliku od miševa normalne težine, unos hrane nije bio konzistentan s EE kao funkcijom sobne temperature. Unos hrane, unos vode i razina aktivnosti bili su neovisni o temperaturi (slike 2e–j).
Mužjaci (C57BL/6J, 20 tjedana) DIO miševa pojedinačno su smješteni u metaboličke kaveze na 22 °C tjedan dana prije početka studije. Miševi mogu koristiti 45% HFD ad libitum. Nakon aklimatizacije tijekom dva dana, prikupljeni su osnovni podaci. Nakon toga, temperatura je povećavana u koracima od 2 °C svaki drugi dan u 06:00 (početak svjetlosne faze). Podaci su prikazani kao srednja vrijednost ± standardna pogreška srednje vrijednosti, a tamna faza (18:00–06:00 h) predstavljena je sivim okvirom. a Potrošnja energije (kcal/h), b Ukupna potrošnja energije na različitim temperaturama (kcal/24 h), c Brzina respiratorne izmjene (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d Srednja RER u svjetlosnoj i tamnoj (VCO2/VO2) fazi (nulta vrijednost definirana je kao 0,7). e kumulativni unos hrane (g), f ukupni unos hrane u 24 sata, g ukupni unos vode u 24 sata (ml), h ukupni unos vode u 24 sata, i kumulativna razina aktivnosti (m) i j ukupna razina aktivnosti (m/24h). Miševi su držani na navedenoj temperaturi 48 sati. Podaci prikazani za 24, 26, 28 i 30 °C odnose se na posljednja 24 sata svakog ciklusa. Miševi su držani na 45% HFD do kraja studije. Statistička značajnost testirana je ponovljenim mjerenjima jednosmjerne ANOVA, nakon čega je slijedio Tukeyjev test višestruke usporedbe. Zvjezdice označavaju značajnost za početnu vrijednost od 22 °C, sjenčanje označava značajnost između ostalih skupina kao što je naznačeno. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *R<0,05, ***R<0,001, ****R<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. *R<0,05, ***R<0,001, ****R<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001.Prosječne vrijednosti izračunate su za cijelo eksperimentalno razdoblje (0-192 sata). n = 7.
U drugoj seriji eksperimenata ispitali smo utjecaj temperature okoline na iste parametre, ali ovaj put između skupina miševa koji su stalno držani na određenoj temperaturi. Miševi su podijeljeni u četiri skupine kako bi se minimizirale statističke promjene u srednjoj vrijednosti i standardnoj devijaciji tjelesne težine, masti i normalne tjelesne težine (slika 3a–c). Nakon 7 dana aklimatizacije zabilježeno je 4,5 dana EE. Na EE značajno utječe temperatura okoline i tijekom dnevnog svjetla i noću (slika 3d), a linearno se povećava kako se temperatura smanjuje s 27,5°C na 22°C (slika 3e). U usporedbi s drugim skupinama, RER skupine s 25°C bio je donekle smanjen, a nije bilo razlika između preostalih skupina (slika 3f,g). Unos hrane paralelan s EE obrascem a povećao se za približno 30% na 22°C u usporedbi s 30°C (slika 3h,i). Potrošnja vode i razina aktivnosti nisu se značajno razlikovale između skupina (slika 3j,k). Izloženost različitim temperaturama do 33 dana nije dovela do razlika u tjelesnoj težini, mišićnoj masi i masi masti između skupina (slika 3n-s), ali je rezultirala smanjenjem mišićne mase od približno 15% u usporedbi sa samoprocjenama (slika 3n-s). 3b, r, c)) a masa masti se povećala više od 2 puta (s ~1 g na 2–3 g, slika 3c, t, c). Nažalost, kabinet na 30°C ima pogreške u kalibraciji i ne može pružiti točne podatke o EE i RER.
- Tjelesna težina (a), nemasna masa (b) i masa masti (c) nakon 8 dana (jedan dan prije prijenosa na SABLE sustav). d Potrošnja energije (kcal/h). e Prosječna potrošnja energije (0–108 sati) pri različitim temperaturama (kcal/24 sata). f Omjer respiratorne izmjene (RER) (VCO2/VO2). g Prosječni RER (VCO2/VO2). h Ukupni unos hrane (g). i Prosječni unos hrane (g/24 sata). j Ukupna potrošnja vode (ml). k Prosječna potrošnja vode (ml/24 h). l Kumulativna razina aktivnosti (m). m Prosječna razina aktivnosti (m/24 h). n tjelesna težina 18. dana, o promjena tjelesne težine (od -8. do 18. dana), p nemasna masa 18. dana, q promjena nemasne mase (od -8. do 18. dana), r masa masti 18. dana i promjena mase masti (od -8. do 18. dana). Statistička značajnost ponovljenih mjerenja testirana je Oneway-ANOVA metodom, a zatim Tukeyjevim testom višestruke usporedbe. *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.Podaci su prikazani kao srednja vrijednost + standardna pogreška srednje vrijednosti, tamna faza (18:00-06:00 sati) je predstavljena sivim okvirima. Točke na histogramima predstavljaju pojedinačne miševe. Prosječne vrijednosti su izračunate za cijelo eksperimentalno razdoblje (0-108 sati). n = 7.
Miševi su bili usklađeni po tjelesnoj težini, mišićnoj masi i masnoj masi na početku (slike 4a–c) i održavani na 22, 25, 27,5 i 30 °C kao u studijama s miševima normalne težine. Pri usporedbi skupina miševa, odnos između EE i temperature pokazao je sličan linearni odnos s temperaturom tijekom vremena kod istih miševa. Dakle, miševi držani na 22 °C konzumirali su oko 30% više energije od miševa držanih na 30 °C (slika 4d, e). Pri proučavanju učinaka na životinjama, temperatura nije uvijek utjecala na RER (slika 4f,g). Unos hrane, unos vode i aktivnost nisu bili značajno pogođeni temperaturom (slike 4h–m). Nakon 33 dana uzgoja, miševi na 30 °C imali su značajno veću tjelesnu težinu od miševa na 22 °C (slika 4n). U usporedbi s njihovim odgovarajućim početnim točkama, miševi uzgojeni na 30°C imali su značajno veću tjelesnu težinu od miševa uzgojenih na 22°C (srednja vrijednost ± standardna pogreška srednje vrijednosti: slika 4o). Relativno veći porast težine bio je posljedica povećanja masnog tkiva (slika 4p, q), a ne povećanja nemasne mase (slika 4r, s). U skladu s nižom EE vrijednošću na 30°C, ekspresija nekoliko BAT gena koji povećavaju funkciju/aktivnost BAT-a smanjena je na 30°C u usporedbi s 22°C: Adra1a, Adrb3 i Prdm16. Drugi ključni geni koji također povećavaju funkciju/aktivnost BAT-a nisu bili pogođeni: Sema3a (regulacija rasta neurita), Tfam (mitohondrijska biogeneza), Adrb1, Adra2a, Pck1 (glukoneogeneza) i Cpt1a. Iznenađujuće, Ucp1 i Vegf-a, povezani s povećanom termogenom aktivnošću, nisu se smanjili u skupini na 30°C. Zapravo, razine Ucp1 u tri miša bile su više nego u skupini s 22 °C, a Vegf-a i Adrb2 bili su značajno povišeni. U usporedbi sa skupinom s 22 °C, miševi držani na 25 °C i 27,5 °C nisu pokazali promjene (Dodatna slika 1).
- Tjelesna težina (a), nemasna masa (b) i masa masti (c) nakon 9 dana (jedan dan prije prijenosa na SABLE sustav). d Potrošnja energije (EE, kcal/h). e Prosječna potrošnja energije (0–96 sati) pri različitim temperaturama (kcal/24 sata). f Omjer respiratorne izmjene (RER, VCO2/VO2). g Prosječni RER (VCO2/VO2). h Ukupni unos hrane (g). i Prosječni unos hrane (g/24 sata). j Ukupna potrošnja vode (ml). k Prosječna potrošnja vode (ml/24 h). l Kumulativna razina aktivnosti (m). m Prosječna razina aktivnosti (m/24 h). n Tjelesna težina 23. dana (g), o Promjena tjelesne težine, p Nemasna masa, q Promjena nemasne mase (g) 23. dana u usporedbi s 9. danom, promjena mase masti (g) 23. dana, masa masti (g) u usporedbi s 8. danom, 23. dan u usporedbi s 8. danom. Statistička značajnost ponovljenih mjerenja testirana je Oneway-ANOVA metodom, a zatim Tukeyjevim testom višestruke usporedbe. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *R<0,05, ***R<0,001, ****R<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. *R<0,05, ***R<0,001, ****R<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001.Podaci su prikazani kao srednja vrijednost + standardna pogreška srednje vrijednosti, tamna faza (18:00-06:00 sati) je predstavljena sivim okvirima. Točke na histogramima predstavljaju pojedinačne miševe. Srednje vrijednosti su izračunate za cijelo eksperimentalno razdoblje (0-96 sati). n = 7.
Poput ljudi, miševi često stvaraju mikrookruženja kako bi smanjili gubitak topline u okoliš. Kako bismo kvantificirali važnost ovog okruženja za EE, procijenili smo EE na 22, 25, 27,5 i 30 °C, sa ili bez kožnih štitnika i materijala za gnijezdo. Na 22 °C, dodavanje standardnih koža smanjuje EE za oko 4%. Naknadno dodavanje materijala za gnijezdo smanjilo je EE za 3–4% (slika 5a,b). Nisu uočene značajne promjene u RER-u, unosu hrane, unosu vode ili razinama aktivnosti uz dodatak kućica ili koža + posteljine (slika 5i–p). Dodavanje kože i materijala za gnijezdo također je značajno smanjilo EE na 25 i 30 °C, ali odgovori su bili kvantitativno manji. Na 27,5 °C nije uočena razlika. Značajno je da se u tim eksperimentima EE smanjivao s porastom temperature, u ovom slučaju oko 57% niže od EE na 30 °C u usporedbi s 22 °C (slika 5c–h). Ista analiza provedena je samo za svjetlosnu fazu, gdje je EE bio bliži bazalnom metabolizmu, budući da su se u tom slučaju miševi uglavnom odmarali u koži, što je rezultiralo usporedivim veličinama učinka na različitim temperaturama (Dodatna slika 2a-h).
Podaci za miševe iz skloništa i materijala za gnijezdo (tamnoplava), doma ali bez materijala za gnijezdo (svijetloplava), te doma i materijala za gnijezdo (narančasta). Potrošnja energije (EE, kcal/h) za prostorije a, c, e i g na 22, 25, 27,5 i 30 °C, b, d, f i h znače EE (kcal/h). ip Podaci za miševe smještene na 22 °C: i brzina disanja (RER, VCO2/VO2), j srednja vrijednost RER (VCO2/VO2), k kumulativni unos hrane (g), l prosječni unos hrane (g/24 h), m ukupni unos vode (mL), n prosječna vrijednost unosa vode AUC (mL/24 h), o ukupna aktivnost (m), p prosječna razina aktivnosti (m/24 h). Podaci su prikazani kao srednja vrijednost + standardna pogreška srednje vrijednosti, tamna faza (18:00-06:00 h) predstavljena je sivim okvirima. Točke na histogramima predstavljaju pojedinačne miševe. Statistička značajnost ponovljenih mjerenja testirana je Oneway-ANOVA metodom, a zatim Tukeyjevim testom višestruke usporedbe. *P < 0,05, **P < 0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *R<0,05, **R<0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *R<0,05, **R<0,01. *P<0,05, **P<0,01.Prosječne vrijednosti izračunate su za cijelo eksperimentalno razdoblje (0-72 sata). n = 7.
Kod miševa normalne težine (2-3 sata posta), uzgoj na različitim temperaturama nije rezultirao značajnim razlikama u koncentracijama TG, 3-HB, kolesterola, ALT-a i AST-a u plazmi, ali HDL-a kao funkcije temperature. Slika 6a-e). Koncentracije leptina, inzulina, C-peptida i glukagona u plazmi natašte također se nisu razlikovale između skupina (slike 6g-j). Na dan testa tolerancije glukoze (nakon 31 dana na različitim temperaturama), početna razina glukoze u krvi (5-6 sati posta) bila je približno 6,5 mM, bez razlike između skupina. Primjena oralne glukoze značajno je povećala koncentraciju glukoze u krvi u svim skupinama, ali i vršna koncentracija i inkrementalna površina ispod krivulja (iAUC) (15–120 min) bile su niže u skupini miševa smještenih na 30 °C (pojedinačne vremenske točke: P < 0,05–P < 0,0001, slika 6k, l) u usporedbi s miševima smještenima na 22, 25 i 27,5 °C (što se međusobno nije razlikovalo). Primjena oralne glukoze značajno je povećala koncentraciju glukoze u krvi u svim skupinama, ali i vršna koncentracija i inkrementalna površina ispod krivulja (iAUC) (15–120 min) bile su niže u skupini miševa smještenih na 30 °C (pojedinačne vremenske točke: P < 0,05–P < 0,0001, slika 6k, l) u usporedbi s miševima smještenima na 22, 25 i 27,5 °C (što se međusobno nije razlikovalo). Peroralno uvođenje glukoze značajno je povećalo koncentraciju glukoze u krvi u svim skupinama, ali kao i pikova koncentracija, kao i veličina priraštenja pod krivom (iAUC) (15–120 min) bile su niže u skupini miševa, koje se sadržavaju pri 30 °C (razne vremenske točke: P < 0,05–P < 0,0001, slika 6k, l) u usporedbi s miševima, koje sadrže imisija pri 22, 25 i 27,5 ° C (koje se ne razlikuju između sebe). Oralna primjena glukoze značajno je povećala koncentraciju glukoze u krvi u svim skupinama, ali i vršna koncentracija i inkrementalna površina ispod krivulja (iAUC) (15–120 min) bile su niže u skupini miševa na 30 °C (odvojene vremenske točke: P < 0,05–P < 0,0001, slika 6k, l) u usporedbi s miševima držanim na 22, 25 i 27,5 °C (koji se nisu međusobno razlikovali).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。Oralna primjena glukoze značajno je povećala koncentraciju glukoze u krvi u svim skupinama, ali i vršna koncentracija i površina ispod krivulje (iAUC) (15–120 min) bile su niže u skupini miševa hranjenih na 30°C (sve vremenske točke).: P < 0,05–P < 0,0001, sl. : P < 0,05–P < 0,0001, Sl.6l, l) u usporedbi s miševima držanima na 22, 25 i 27,5°C (bez međusobne razlike).
Prikazane su koncentracije TG, 3-HB, kolesterola, HDL-a, ALT-a, AST-a, FFA, glicerola, leptina, inzulina, C-peptida i glukagona u plazmi kod odraslih mužjaka DIO(al) miševa nakon 33 dana hranjenja na navedenoj temperaturi. Miševi nisu hranjeni 2-3 sata prije uzorkovanja krvi. Iznimka je bio oralni test tolerancije glukoze, koji je proveden dva dana prije kraja studije na miševima koji su postili 5-6 sati i držani na odgovarajućoj temperaturi 31 dan. Miševi su izloženi dozi od 2 g/kg tjelesne težine. Podaci o površini ispod krivulje (L) izraženi su kao inkrementalni podaci (iAUC). Podaci su prikazani kao srednja vrijednost ± SEM. Točke predstavljaju pojedinačne uzorke. *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.
Kod DIO miševa (također natašte 2-3 sata), koncentracije kolesterola u plazmi, HDL-a, ALT-a, AST-a i FFA nisu se razlikovale između skupina. I TG i glicerol bili su značajno povišeni u skupini na 30°C u usporedbi sa skupinom na 22°C (slike 7a-h). Nasuprot tome, 3-GB je bio oko 25% niži na 30°C u usporedbi s 22°C (slika 7b). Dakle, iako su miševi održavani na 22°C imali ukupno pozitivnu energetsku bilancu, što sugerira porast težine, razlike u koncentracijama TG, glicerola i 3-HB u plazmi sugeriraju da su miševi na 22°C kada je uzorkovanje bilo manje nego na 22°C. Miševi uzgojeni na 30°C bili su u relativno energetski negativnijem stanju. U skladu s tim, koncentracije glicerola i TG u jetri koji se mogu ekstrahirati, ali ne i glikogena i kolesterola, bile su veće u skupini na 30°C (dodatna slika 3a-d). Kako bismo istražili jesu li temperaturno ovisne razlike u lipolizi (mjerene plazmatskim TG i glicerolom) rezultat unutarnjih promjena u epididimalnom ili ingvinalnom masnom tkivu, na kraju studije smo ekstrahirali masno tkivo iz tih zaliha i kvantificirali slobodne masne kiseline ex vivo i oslobađanje glicerola. U svim eksperimentalnim skupinama, uzorci masnog tkiva iz epididimalnih i ingvinalnih depoa pokazali su najmanje dvostruko povećanje proizvodnje glicerola i FFA kao odgovor na stimulaciju izoproterenolom (Dopunska slika 4a-d). Međutim, nije pronađen utjecaj temperature ljuske na bazalnu ili izoproterenolom stimuliranu lipolizu. U skladu s većom tjelesnom težinom i masom masti, razine leptina u plazmi bile su značajno više u skupini s 30°C nego u skupini s 22°C (Slika 7i). Naprotiv, razine inzulina i C-peptida u plazmi nisu se razlikovale između temperaturnih skupina (Slika 7k, k), ali glukagon u plazmi pokazao je ovisnost o temperaturi, ali u ovom slučaju gotovo 22°C u suprotnoj skupini bilo je dvostruko više u usporedbi s 30°C. OD. Skupina C (slika 7l). FGF21 se nije razlikovao između različitih temperaturnih skupina (slika 7m). Na dan OGTT-a, početna razina glukoze u krvi bila je približno 10 mM i nije se razlikovala između miševa smještenih na različitim temperaturama (slika 7n). Oralna primjena glukoze povećala je razinu glukoze u krvi i dosegla vrhunac u svim skupinama pri koncentraciji od oko 18 mM 15 minuta nakon doziranja. Nije bilo značajnih razlika u iAUC (15–120 min) i koncentracijama u različitim vremenskim točkama nakon doziranja (15, 30, 60, 90 i 120 min) (slika 7n, o).
Koncentracije TG, 3-HB, kolesterola, HDL-a, ALT-a, AST-a, FFA, glicerola, leptina, inzulina, C-peptida, glukagona i FGF21 u plazmi prikazane su kod odraslih mužjaka DIO (ao) miševa nakon 33 dana hranjenja na određenoj temperaturi. Miševi nisu hranjeni 2-3 sata prije uzorkovanja krvi. Oralni test tolerancije glukoze bio je iznimka jer je proveden u dozi od 2 g/kg tjelesne težine dva dana prije kraja studije na miševima koji su postili 5-6 sati i držani na odgovarajućoj temperaturi 31 dan. Podaci o površini ispod krivulje (o) prikazani su kao inkrementalni podaci (iAUC). Podaci su prikazani kao srednja vrijednost ± SEM. Točke predstavljaju pojedinačne uzorke. *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.
Prenos podataka o glodavcima na ljude složeno je pitanje koje igra središnju ulogu u tumačenju važnosti opažanja u kontekstu fizioloških i farmakoloških istraživanja. Iz ekonomskih razloga i radi olakšavanja istraživanja, miševi se često drže na sobnoj temperaturi ispod svoje termoneutralne zone, što rezultira aktivacijom različitih kompenzacijskih fizioloških sustava koji povećavaju brzinu metabolizma i potencijalno smanjuju prenosivost9. Stoga, izlaganje miševa hladnoći može učiniti miševe otpornima na pretilost uzrokovanu prehranom i može spriječiti hiperglikemiju kod štakora tretiranih streptozotocinom zbog povećanog transporta glukoze neovisnog o inzulinu. Međutim, nije jasno u kojoj mjeri produljena izloženost različitim relevantnim temperaturama (od sobne do termoneutralne) utječe na različitu energetsku homeostazu miševa normalne težine (na hrani) i DIO miševa (na HFD-u) i metaboličke parametre, kao ni u kojoj mjeri su bili u stanju uravnotežiti povećanje EE s povećanjem unosa hrane. Studija predstavljena u ovom članku ima za cilj unijeti određenu jasnoću u ovu temu.
Pokazujemo da je kod odraslih miševa normalne težine i mužjaka DIO miševa EE obrnuto proporcionalan sobnoj temperaturi između 22 i 30°C. Dakle, EE na 22°C bio je oko 30% viši nego na 30°C u oba modela miševa. Međutim, važna razlika između miševa normalne težine i DIO miševa je u tome što, dok su miševi normalne težine postigli EE na nižim temperaturama prilagođavanjem unosa hrane u skladu s tim, unos hrane kod DIO miševa varirao je na različitim razinama. Temperature u istraživanju bile su slične. Nakon jednog mjeseca, DIO miševi držani na 30°C dobili su više tjelesne težine i masne mase od miševa držanih na 22°C, dok normalni ljudi držani na istoj temperaturi i tijekom istog vremenskog razdoblja nisu doveli do vrućice. ovisna razlika u tjelesnoj težini. miševi normalne težine. U usporedbi s temperaturama blizu termoneutralne ili na sobnoj temperaturi, rast na sobnoj temperaturi rezultirao je relativno manjim dobitkom na težini kod miševa DIO ili miševa normalne težine na prehrani s visokim udjelom masti, ali ne i na prehrani miševa normalne težine. Podržano od strane drugih studija17,18,19,20,21 ali ne od strane svih22,23.
Pretpostavlja se da sposobnost stvaranja mikrookruženja za smanjenje gubitka topline pomiče toplinsku neutralnost ulijevo8, 12. U našoj studiji, i dodavanje materijala za gniježđenje i skrivanje smanjili su EE, ali nisu rezultirali toplinskom neutralnošću do 28°C. Stoga naši podaci ne podržavaju tvrdnju da bi donja točka termoneutralnosti kod odraslih miševa s jednim koljenom, s ili bez kućica obogaćenih okolišem, trebala biti 26-28°C kao što je prikazano8,12, ali podržavaju druge studije koje pokazuju termoneutralnost. temperature od 30°C kod miševa s niskom točkom7, 10, 24. Da stvar bude složenija, pokazalo se da termoneutralna točka kod miševa nije statična tijekom dana jer je niža tijekom faze mirovanja (svjetla), moguće zbog niže proizvodnje kalorija kao rezultata aktivnosti i termogeneze inducirane prehranom. Dakle, u svjetlosnoj fazi, donja točka toplinske neutralnosti ispada ~29°C, a u tamnoj fazi ~33°C25.
U konačnici, odnos između temperature okoline i ukupne potrošnje energije određen je odvođenjem topline. U tom kontekstu, omjer površine i volumena važna je odrednica toplinske osjetljivosti, koja utječe i na odvođenje topline (površina) i na stvaranje topline (volumen). Osim površine, prijenos topline također je određen izolacijom (brzina prijenosa topline). Kod ljudi, masna masa može smanjiti gubitak topline stvaranjem izolacijske barijere oko tjelesne ljuske, a sugerirano je da je masna masa također važna za toplinsku izolaciju kod miševa, snižavajući termoneutralnu točku i smanjujući temperaturnu osjetljivost ispod toplinski neutralne točke (nagib krivulje). temperatura okoline u usporedbi s EE)12. Naša studija nije osmišljena za izravnu procjenu ovog pretpostavljenog odnosa jer su podaci o sastavu tijela prikupljeni 9 dana prije prikupljanja podataka o potrošnji energije i jer masna masa nije bila stabilna tijekom cijele studije. Međutim, budući da miševi normalne težine i DIO imaju 30% nižu EE na 30°C nego na 22°C unatoč najmanje 5 puta većoj razlici u masi masti, naši podaci ne podržavaju tvrdnju da bi pretilost trebala osigurati osnovnu izolaciju. barem ne u istraživanom temperaturnom rasponu. To je u skladu s drugim studijama koje su bolje osmišljene za istraživanje ovoga4,24. U tim studijama, izolacijski učinak pretilosti bio je malen, ali je utvrđeno da krzno osigurava 30-50% ukupne toplinske izolacije4,24. Međutim, kod mrtvih miševa, toplinska vodljivost se povećala za oko 450% odmah nakon smrti, što sugerira da je izolacijski učinak krzna neophodan za djelovanje fizioloških mehanizama, uključujući vazokonstrikciju. Osim razlika u krznu između miševa i ljudi, na slab izolacijski učinak pretilosti kod miševa mogu utjecati i sljedeća razmatranja: Izolacijski faktor ljudske masne mase uglavnom je posredovan potkožnom masnom masom (debljinom)26,27. Tipično kod glodavaca manje od 20% ukupne životinjske masti28. Osim toga, ukupna masa masti možda nije ni suboptimalna mjera toplinske izolacije pojedinca, jer se tvrdi da je poboljšana toplinska izolacija kompenzirana neizbježnim povećanjem površine (a time i povećanim gubitkom topline) kako se masa masti povećava.
Kod miševa normalne težine, koncentracije TG, 3-HB, kolesterola, HDL-a, ALT-a i AST-a u plazmi natašte nisu se mijenjale pri različitim temperaturama gotovo 5 tjedana, vjerojatno zato što su miševi bili u istom stanju energetske ravnoteže. Imali su istu težinu i sastav tijela kao na kraju studije. U skladu sa sličnošću u masi masti, nije bilo razlika ni u razinama leptina u plazmi, niti u inzulinu natašte, C-peptidu i glukagonu. Više signala pronađeno je kod DIO miševa. Iako miševi na 22°C također nisu imali ukupnu negativnu energetsku bilancu u ovom stanju (kako su dobivali na težini), na kraju studije imali su relativno veći nedostatak energije u usporedbi s miševima uzgojenim na 30°C, u uvjetima kao što su visoka proizvodnja ketona u tijelu (3-GB) i smanjenje koncentracije glicerola i TG u plazmi. Međutim, čini se da temperaturno ovisne razlike u lipolizi nisu rezultat intrinzičnih promjena u epididimalnom ili ingvinalnom masnom tkivu, poput promjena u ekspresiji lipaze koja reagira na adipohormon, budući da se FFA i glicerol oslobođeni iz masti ekstrahirane iz tih depoa nalaze između. Temperaturne skupine su međusobno slične. Iako u trenutnoj studiji nismo istraživali simpatički tonus, drugi su otkrili da je on (na temelju otkucaja srca i srednjeg arterijskog tlaka) linearno povezan s temperaturom okoline kod miševa i da je približno niži na 30°C nego na 22°C 20% C. Dakle, temperaturno ovisne razlike u simpatičkom tonusu mogu igrati ulogu u lipolizi u našoj studiji, ali budući da povećanje simpatičkog tonusa stimulira, a ne inhibira lipolizu, drugi mehanizmi mogu suzbiti ovo smanjenje kod kultiviranih miševa. Potencijalna uloga u razgradnji tjelesne masti. Sobna temperatura. Nadalje, dio stimulirajućeg učinka simpatičkog tonusa na lipolizu neizravno je posredovan snažnom inhibicijom lučenja inzulina, što ističe učinak suplementacije inzulinom koja prekida lipolizu30, ali u našoj studiji, inzulin u plazmi natašte i simpatički tonus C-peptida na različitim temperaturama nisu bili dovoljni za promjenu lipolize. Umjesto toga, otkrili smo da su razlike u energetskom statusu najvjerojatnije glavni uzrok tih razlika kod DIO miševa. Temeljni razlozi koji dovode do bolje regulacije unosa hrane s EE kod miševa normalne težine zahtijevaju daljnja istraživanja. Općenito, međutim, unos hrane kontroliraju homeostatski i hedonistički znakovi31,32,33. Iako postoji rasprava o tome koji je od ta dva signala kvantitativno važniji,31,32,33 dobro je poznato da dugotrajna konzumacija hrane s visokim udjelom masti dovodi do prehrambenog ponašanja temeljenog na užitku koje je donekle nepovezano s homeostazom. . – regulirani unos hrane34,35,36. Stoga, povećano hedonističko ponašanje hranjenja DIO miševa tretiranih s 45% HFD može biti jedan od razloga zašto ti miševi nisu uravnotežili unos hrane s EE. Zanimljivo je da su razlike u apetitu i hormonima koji reguliraju glukozu u krvi također uočene kod DIO miševa s kontroliranom temperaturom, ali ne i kod miševa normalne težine. Kod DIO miševa, razina leptina u plazmi povećavala se s temperaturom, a razina glukagona smanjivala se s temperaturom. Stupanj u kojem temperatura može izravno utjecati na te razlike zaslužuje daljnja istraživanja, ali u slučaju leptina, relativna negativna energetska bilanca i time niža masa masti kod miševa na 22°C svakako je igrala važnu ulogu, budući da su masa masti i leptin u plazmi u velikoj korelaciji37. Međutim, tumačenje signala glukagona je zagonetnije. Kao i kod inzulina, lučenje glukagona bilo je snažno inhibirano povećanjem simpatičkog tonusa, ali najviši simpatički tonus predviđen je u skupini s 22°C, koja je imala najviše koncentracije glukagona u plazmi. Inzulin je još jedan snažan regulator glukagona u plazmi, a inzulinska rezistencija i dijabetes tipa 2 snažno su povezani s hiperglukagonemijom natašte i nakon obroka 38,39. Međutim, DIO miševi u našoj studiji također su bili neosjetljivi na inzulin, tako da to također nije mogao biti glavni čimbenik u povećanju signalizacije glukagona u skupini s 22°C. Sadržaj masti u jetri također je pozitivno povezan s povećanjem koncentracije glukagona u plazmi, čiji mehanizmi pak mogu uključivati rezistenciju na glukagon u jetri, smanjenu proizvodnju uree, povećane koncentracije aminokiselina u cirkulaciji i povećano lučenje glukagona stimulirano aminokiselinama 40,41,42. Međutim, budući da se koncentracije glicerola i TG koje se mogu ekstrahirati nisu razlikovale između temperaturnih skupina u našoj studiji, to također nije mogao biti potencijalni čimbenik u povećanju koncentracija u plazmi u skupini s 22°C. Trijodtironin (T3) igra ključnu ulogu u ukupnoj brzini metabolizma i pokretanju metaboličke obrane od hipotermije 43,44. Dakle, koncentracija T3 u plazmi, vjerojatno kontrolirana centralno posredovanim mehanizmima,45,46 povećava se i kod miševa i kod ljudi u uvjetima koji nisu termoneutralni47, iako je povećanje kod ljudi manje, što je više predisponirano za miševe. To je u skladu s gubitkom topline u okoliš. U trenutnoj studiji nismo mjerili koncentracije T3 u plazmi, ali koncentracije su možda bile niže u skupini s 30°C, što može objasniti učinak ove skupine na razinu glukagona u plazmi, budući da smo mi (ažurirana slika 5a) i drugi pokazali da T3 povećava glukagon u plazmi na način ovisan o dozi. Izviješteno je da hormoni štitnjače induciraju ekspresiju FGF21 u jetri. Poput glukagona, koncentracije FGF21 u plazmi također su se povećavale s koncentracijama T3 u plazmi (dodatna slika 5b i ref. 48), ali u usporedbi s glukagonom, koncentracije FGF21 u plazmi u našoj studiji nisu bile pod utjecajem temperature. Temeljni razlozi ove razlike zahtijevaju daljnja istraživanja, ali indukcija FGF21 uzrokovana T3 trebala bi se pojaviti pri višim razinama izloženosti T3 u usporedbi s opaženim odgovorom glukagona uzrokovanim T3 (Dodatna slika 5b).
Pokazalo se da je HFD snažno povezan s oštećenom tolerancijom glukoze i inzulinskom rezistencijom (markeri) kod miševa uzgojenih na 22 °C. Međutim, HFD nije bio povezan ni s oštećenom tolerancijom glukoze ni s inzulinskom rezistencijom kada su uzgajani u termoneutralnom okruženju (ovdje definiranom kao 28 °C) 19. U našoj studiji, ovaj odnos nije repliciran kod DIO miševa, ali miševi normalne težine držani na 30 °C značajno su poboljšali toleranciju glukoze. Razlog ove razlike zahtijeva daljnja istraživanja, ali može biti pod utjecajem činjenice da su DIO miševi u našoj studiji bili otporni na inzulin, s koncentracijama C-peptida u plazmi natašte i koncentracijama inzulina 12-20 puta većim od miševa normalne težine, a u krvi na prazan želudac koncentracije glukoze od oko 10 mM (oko 6 mM pri normalnoj tjelesnoj težini), što, čini se, ostavlja mali prozor za bilo kakve potencijalne korisne učinke izloženosti termoneutralnim uvjetima na poboljšanje tolerancije glukoze. Mogući zbunjujući faktor je taj što se, iz praktičnih razloga, OGTT provodi na sobnoj temperaturi. Dakle, miševi smješteni na višim temperaturama doživjeli su blagi hladni šok, što može utjecati na apsorpciju/klirens glukoze. Međutim, na temelju sličnih koncentracija glukoze u krvi natašte u različitim temperaturnim skupinama, promjene temperature okoline možda nisu značajno utjecale na rezultate.
Kao što je ranije spomenuto, nedavno je istaknuto da povećanje sobne temperature može ublažiti neke reakcije na hladni stres, što može dovesti u pitanje prenosivost podataka o miševima na ljude. Međutim, nije jasno koja je optimalna temperatura za držanje miševa kako bi se oponašala ljudska fiziologija. Na odgovor na ovo pitanje mogu utjecati i područje istraživanja i krajnja točka koja se proučava. Primjer za to je učinak prehrane na nakupljanje masti u jetri, toleranciju glukoze i inzulinsku rezistenciju19. Što se tiče potrošnje energije, neki istraživači vjeruju da je termoneutralnost optimalna temperatura za uzgoj, budući da ljudima treba malo dodatne energije za održavanje tjelesne temperature, a temperaturu jednog krila za odrasle miševe definiraju kao 30°C7,10. Drugi istraživači vjeruju da je temperatura usporediva s onom koju ljudi obično doživljavaju s odraslim miševima na jednom koljenu 23-25°C, jer su otkrili da je termoneutralnost 26-28°C, a na temelju toga da su ljudi niži za oko 3°C, njihova donja kritična temperatura, ovdje definirana kao 23°C, nešto je 8,12. Naša studija je u skladu s nekoliko drugih studija koje navode da se toplinska neutralnost ne postiže na 26-28°C4, 7, 10, 11, 24, 25, što ukazuje da je 23-25°C prenisko. Drugi važan čimbenik koji treba uzeti u obzir u vezi s sobnom temperaturom i termoneutralnošću kod miševa je pojedinačni ili grupni smještaj. Kada su miševi bili smješteni u skupinama, a ne pojedinačno, kao u našoj studiji, osjetljivost na temperaturu bila je smanjena, moguće zbog prenapučenosti životinja. Međutim, sobna temperatura je i dalje bila ispod LTL-a od 25 kada su korištene tri skupine. Možda najvažnija međuvrsna razlika u tom pogledu je kvantitativni značaj BAT aktivnosti kao obrane od hipotermije. Dakle, dok su miševi uglavnom kompenzirali svoj veći gubitak kalorija povećanjem BAT aktivnosti, koja je preko 60% EE samo na 5°C,51,52 doprinos ljudske BAT aktivnosti EE bio je značajno veći, puno manji. Stoga, smanjenje BAT aktivnosti može biti važan način za povećanje ljudske translacije. Regulacija aktivnosti BAT-a je složena, ali je često posredovana kombiniranim učincima adrenergičke stimulacije, hormona štitnjače i ekspresije UCP114,54,55,56,57. Naši podaci pokazuju da temperaturu treba povisiti iznad 27,5 °C u usporedbi s miševima na 22 °C kako bi se otkrile razlike u ekspresiji BAT gena odgovornih za funkciju/aktivaciju. Međutim, razlike pronađene između skupina na 30 i 22 °C nisu uvijek ukazivale na povećanje aktivnosti BAT-a u skupini na 22 °C jer su Ucp1, Adrb2 i Vegf-a bili smanjeni u skupini na 22 °C. Temeljni uzrok ovih neočekivanih rezultata tek treba utvrditi. Jedna mogućnost je da njihova povećana ekspresija možda ne odražava signal povišene sobne temperature, već akutni učinak premještanja s 30 °C na 22 °C na dan uklanjanja (miševi su to iskusili 5-10 minuta prije polijetanja).
Opće ograničenje naše studije jest to što smo proučavali samo mužjake miševa. Druga istraživanja sugeriraju da bi spol mogao biti važan faktor u našim primarnim indikacijama, budući da su ženke miševa s jednim koljenom osjetljivije na temperaturu zbog veće toplinske vodljivosti i održavanja strože kontrolirane temperature jezgre. Osim toga, ženke miševa (na HFD-u) pokazale su veću povezanost unosa energije s EE na 30 °C u usporedbi s mužjacima miševa koji su konzumirali više miševa istog spola (20 °C u ovom slučaju) 20. Dakle, kod ženki miševa učinak subtermonetralnog sadržaja je veći, ali ima isti obrazac kao kod mužjaka miševa. U našoj studiji usredotočili smo se na mužjake miševa s jednim koljenom, budući da su to uvjeti pod kojima se provodi većina metaboličkih studija koje ispituju EE. Još jedno ograničenje naše studije bilo je to što su miševi bili na istoj prehrani tijekom cijele studije, što je onemogućilo proučavanje važnosti sobne temperature za metaboličku fleksibilnost (mjereno promjenama RER-a za promjene u prehrani u različitim sastavima makronutrijenata) kod ženki i mužjaka miševa držanih na 20 °C u usporedbi s odgovarajućim miševima držanim na 30 °C.
Zaključno, naša studija pokazuje da su, kao i u drugim studijama, miševi normalne težine u prvom krugu termoneutralni iznad predviđenih 27,5 °C. Osim toga, naša studija pokazuje da pretilost nije glavni izolacijski faktor kod miševa normalne težine ili DIO-a, što rezultira sličnim omjerima temperature:EE kod miševa s DIO i normalnom težinom. Dok je unos hrane kod miševa normalne težine bio u skladu s EE i tako održavao stabilnu tjelesnu težinu tijekom cijelog temperaturnog raspona, unos hrane kod miševa s DIO-om bio je isti na različitim temperaturama, što je rezultiralo većim omjerom miševa na 30 °C i miševa koji su na 22 °C dobivali više tjelesne težine. Općenito, sustavne studije koje ispituju potencijalnu važnost života ispod termoneutralnih temperatura opravdane su zbog često uočene loše podnošljivosti između studija na miševima i ljudima. Na primjer, u studijama pretilosti, djelomično objašnjenje za općenito lošiju prenosivost može biti posljedica činjenice da se studije gubitka težine miševa obično provode na umjereno hladno stresnim životinjama koje se drže na sobnoj temperaturi zbog njihove povećane EE. Pretjerani gubitak težine u usporedbi s očekivanom tjelesnom težinom osobe, posebno ako mehanizam djelovanja ovisi o povećanju EE povećanjem aktivnosti BAP-a, koji je aktivniji i aktiviraniji na sobnoj temperaturi nego na 30°C.
U skladu s danskim Zakonom o pokusima na životinjama (1987.) i Nacionalnim institutima za zdravlje (Publikacija br. 85-23) te Europskom konvencijom o zaštiti kralježnjaka koji se koriste u pokusne i druge znanstvene svrhe (Vijeće Europe br. 123, Strasbourg, 1985.).
Dvadeset tjedana stari mužjaci miševa C57BL/6J nabavljeni su od Janvier Saint Berthevin Cedex, Francuska, i dobivali su ad libitum standardnu hranu (Altromin 1324) i vodu (~22°C) nakon ciklusa svjetlo:tama od 12:12 sati na sobnoj temperaturi. Mužjaci DIO miševa (20 tjedana) nabavljeni su od istog dobavljača i imali su ad libitum pristup prehrani s visokim udjelom masti od 45% (kat. br. D12451, Research Diet Inc., NJ, SAD) i vodi u uvjetima uzgoja. Miševi su prilagođeni okolišu tjedan dana prije početka studije. Dva dana prije prijenosa na sustav indirektne kalorimetrije, miševi su izvagani, podvrgnuti MRI skeniranju (EchoMRI™, TX, SAD) i podijeljeni u četiri skupine koje odgovaraju tjelesnoj težini, udjelu masti i normalnoj tjelesnoj težini.
Grafički dijagram dizajna studije prikazan je na slici 8. Miševi su prebačeni u zatvoreni i temperaturno kontrolirani sustav indirektne kalorimetrije u Sable Systems Internationals (Nevada, SAD), koji je uključivao monitore kvalitete hrane i vode te okvir Promethion BZ1 koji je bilježio razinu aktivnosti mjerenjem prekida snopa. XYZ. Miševi (n = 8) bili su pojedinačno smješteni na 22, 25, 27,5 ili 30 °C koristeći posteljinu, ali bez skloništa i materijala za gnijezdo, na ciklusu svjetlo:tama od 12:12 sati (svjetlo: 06:00–18:00). 2500 ml/min. Miševi su aklimatizirani 7 dana prije registracije. Snimke su prikupljane četiri dana zaredom. Nakon toga, miševi su držani na odgovarajućim temperaturama od 25, 27,5 i 30 °C dodatnih 12 dana, nakon čega su dodani stanični koncentrati kako je opisano u nastavku. U međuvremenu, skupine miševa držanih na 22°C držane su na toj temperaturi još dva dana (kako bi se prikupili novi osnovni podaci), a zatim je temperatura povećavana u koracima od 2°C svaki drugi dan na početku svjetlosne faze (06:00) dok nije dosegla 30°C. Nakon toga, temperatura je snižena na 22°C i podaci su prikupljani još dva dana. Nakon dva dodatna dana snimanja na 22°C, kožice su dodane u sve ćelije na svim temperaturama, a prikupljanje podataka započelo je drugog dana (17. dan) i tri dana. Nakon toga (20. dan), materijal za gniježđenje (8-10 g) dodan je u sve ćelije na početku svjetlosnog ciklusa (06:00) i podaci su prikupljani još tri dana. Dakle, na kraju studije, miševi držani na 22°C držani su na ovoj temperaturi 21/33 dana i na 22°C posljednjih 8 dana, dok su miševi na drugim temperaturama držani na ovoj temperaturi 33 dana /33 dana. Miševi su hranjeni tijekom razdoblja istraživanja.
Miševi normalne težine i DIO miševi slijedili su iste postupke istraživanja. Na dan -9 miševi su izvagani, snimljeni magnetskom rezonancom i podijeljeni u skupine usporedive tjelesne težine i sastava tijela. Na dan -7 miševi su prebačeni u zatvoreni temperaturno kontrolirani indirektni kalorimetrijski sustav proizvođača SABLE Systems International (Nevada, SAD). Miševi su smješteni pojedinačno s posteljinom, ali bez materijala za gnijezda ili skloništa. Temperatura je postavljena na 22, 25, 27,5 ili 30 °C. Nakon tjedan dana aklimatizacije (od dana -7 do 0, životinje nisu uznemiravale), podaci su prikupljani četiri uzastopna dana (dani 0-4, podaci prikazani na slikama 1, 2, 5). Nakon toga, miševi držani na 25, 27,5 i 30 °C držani su u konstantnim uvjetima do 17. dana. Istovremeno, temperatura u skupini od 22°C povećavana je u intervalima od 2°C svaki drugi dan podešavanjem temperaturnog ciklusa (06:00 h) na početku izlaganja svjetlu (podaci su prikazani na slici 1). 15. dana temperatura je pala na 22°C i prikupljeni su podaci za dva dana kako bi se osigurali osnovni podaci za sljedeće tretmane. Kože su dodane svim miševima 17. dana, a materijal za gnijezda dodan je 20. dana (slika 5). 23. dana miševi su izvagani i podvrgnuti MRI skeniranju, a zatim ostavljeni na miru 24 sata. 24. dana miševi su postili od početka fotoperioda (06:00) i primili su OGTT (2 g/kg) u 12:00 (6-7 sati posta). Nakon toga, miševi su vraćeni u svoje odgovarajuće SABLE uvjete i eutanazirani drugog dana (25. dan).
DIO miševi (n = 8) slijedili su isti protokol kao i miševi normalne težine (kao što je gore opisano i na slici 8). Miševi su održali 45% HFD tijekom cijelog eksperimenta s potrošnjom energije.
VO2 i VCO2, kao i tlak vodene pare, zabilježeni su frekvencijom od 1 Hz s vremenskom konstantom ćelije od 2,5 min. Unos hrane i vode prikupljan je kontinuiranim snimanjem (1 Hz) težine kanti s hranom i vodom. Korišteni monitor kvalitete izvijestio je o rezoluciji od 0,002 g. Razine aktivnosti zabilježene su pomoću 3D XYZ monitora s nizom snopa, podaci su prikupljani u unutarnjoj rezoluciji od 240 Hz i izvještavani svake sekunde kako bi se kvantificirala ukupna prijeđena udaljenost (m) s efektivnom prostornom rezolucijom od 0,25 cm. Podaci su obrađeni pomoću Sable Systems Macro Interpreter v.2.41, izračunavajući EE i RER te filtrirajući outliere (npr. lažne obroke). Makro interpreter konfiguriran je za ispis podataka za sve parametre svakih pet minuta.
Osim regulacije EE, temperatura okoline može regulirati i druge aspekte metabolizma, uključujući postprandijalni metabolizam glukoze, reguliranjem lučenja hormona koji metaboliziraju glukozu. Kako bismo testirali ovu hipotezu, konačno smo dovršili studiju tjelesne temperature izazivajući miševe normalne težine oralnim opterećenjem glukozom DIO (2 g/kg). Metode su detaljno opisane u dodatnim materijalima.
Na kraju studije (25. dan), miševi su bili natašte 2-3 sata (počevši od 06:00), anestezirani izofluranom i potpuno iskrvareni retroorbitalnom venepunkcijom. Kvantifikacija lipida u plazmi i hormona te lipida u jetri opisana je u Dodatnim materijalima.
Kako bi se istražilo uzrokuje li temperatura ljuske intrinzične promjene u masnom tkivu koje utječu na lipolizu, ingvinalno i epididimalno masno tkivo je izravno izrezano iz miševa nakon posljednje faze iskrvarenja. Tkiva su obrađena korištenjem novo razvijenog ex vivo testa lipolize opisanog u Dodatnim metodama.
Smeđe masno tkivo (BAT) prikupljeno je na dan završetka studije i obrađeno kako je opisano u dodatnim metodama.
Podaci su prikazani kao srednja vrijednost ± SEM. Grafovi su izrađeni u GraphPad Prism 9 (La Jolla, CA), a grafike su uređene u Adobe Illustratoru (Adobe Systems Incorporated, San Jose, CA). Statistička značajnost procijenjena je u GraphPad Prism i testirana parnim t-testom, jednosmjernom/dvosmjernom ANOVA s ponovljenim mjerenjima nakon čega slijedi Tukeyjev test višestrukih usporedbi ili neparnom jednosmjernom ANOVA-om nakon čega slijedi Tukeyjev test višestrukih usporedbi prema potrebi. Gaussova distribucija podataka validirana je D'Agostino-Pearsonovim testom normalnosti prije testiranja. Veličina uzorka naznačena je u odgovarajućem odjeljku "Rezultati", kao i u legendi. Ponavljanje je definirano kao svako mjerenje provedeno na istoj životinji (in vivo ili na uzorku tkiva). Što se tiče reproducibilnosti podataka, povezanost između potrošnje energije i temperature kućišta dokazana je u četiri neovisne studije korištenjem različitih miševa sa sličnim dizajnom studije.
Detaljni eksperimentalni protokoli, materijali i neobrađeni podaci dostupni su na razuman zahtjev od glavnog autora Runea E. Kuhrea. Ova studija nije generirala nove jedinstvene reagense, transgene životinjske/stanične linije ili podatke sekvenciranja.
Za više informacija o dizajnu studije pogledajte sažetak izvješća o istraživanju prirode koji je povezan s ovim člankom.
Svi podaci tvore graf. 1-7 pohranjeni su u repozitoriju znanstvene baze podataka, pristupni broj: 1253.11.sciencedb.02284 ili https://doi.org/10.57760/sciencedb.02284. Podaci prikazani u ESM-u mogu se poslati Rune E Kuhre nakon razumnog testiranja.
Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO i Tang-Christensen, M. Laboratorijske životinje kao surogatni modeli ljudske pretilosti. Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO i Tang-Christensen, M. Laboratorijske životinje kao surogatni modeli ljudske pretilosti.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. i Tang-Christensen M. Laboratorijske životinje kao surogatni modeli ljudske pretilosti. Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO i 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 i Tang-Christensen, M. Eksperimentalne životinje kao zamjenski model za ljude.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. i Tang-Christensen M. Laboratorijske životinje kao surogatni modeli pretilosti kod ljudi.Acta Pharmacology. kriminal 33, 173–181 (2012).
Gilpin, DA Izračun nove Mieove konstante i eksperimentalno određivanje veličine opekline. Burns 22, 607–611 (1996).
Gordon, SJ Termoregulacijski sustav miša: njegove implikacije za prijenos biomedicinskih podataka na ljude. Fiziologija. Ponašanje. 179, 55-66 (2017).
Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. i Nedergaard, J. Nema izolacijskog učinka pretilosti. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. i Nedergaard, J. Nema izolacijskog učinka pretilosti.Fischer AW, Chikash RI, von Essen G., Cannon B. i Nedergaard J. Nema izolacijskog učinka pretilosti. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. i Nedergaard, J. 肥胖没有绝缘作用。 Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. i Nedergaard, J. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Ožirenje nema izolacijski učinak. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. i Nedergaard, J. Pretilost nema izolacijski učinak.Da. J. Fiziologija. endokrini. metabolizam. 311, E202–E213 (2016).
Lee, P. i dr. Smeđe masno tkivo prilagođeno temperaturi modulira osjetljivost na inzulin. Diabetes 63, 3686–3698 (2014).
Nakhon, KJ i dr. Niža kritična temperatura i termogeneza inducirana hladnoćom bile su obrnuto proporcionalne tjelesnoj težini i bazalnom metabolizmu kod vitkih i prekomjerno teških osoba. J. Warmly. biology. 69, 238–248 (2017).
Fischer, AW, Cannon, B. i Nedergaard, J. Optimalne temperature smještaja za miševe koje oponašaju toplinsko okruženje ljudi: Eksperimentalna studija. Fischer, AW, Cannon, B. i Nedergaard, J. Optimalne temperature smještaja za miševe koje oponašaju toplinsko okruženje ljudi: Eksperimentalna studija.Fischer, AW, Cannon, B. i Nedergaard, J. Optimalne temperature kuće za miševe koje oponašaju ljudsko toplinsko okruženje: Eksperimentalna studija. 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. i Nedergaard J. Optimalna temperatura smještaja za miševe koja simulira ljudsko toplinsko okruženje: Eksperimentalna studija.Moore. metabolizam. 7, 161–170 (2018).
Keijer, J., Li, M. & Speakman, JR Koja je najbolja temperatura smještaja za prevođenje eksperimenata na miševima na ljude? Keijer, J., Li, M. & Speakman, JR Koja je najbolja temperatura smještaja za prevođenje eksperimenata na miševima na ljude?Keyer J, Lee M i Speakman JR Koja je najbolja sobna temperatura za prijenos pokusa s miševa na ljude? 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. i Speakman, JRKeyer J, Lee M i Speakman JR Koja je optimalna temperatura ljuske za prijenos pokusa s miša na ljude?Moore. metabolizam. 25, 168–176 (2019).
Seeley, RJ i MacDougald, OA Miševi kao eksperimentalni modeli za ljudsku fiziologiju: kada je važno nekoliko stupnjeva u temperaturi smještaja. Seeley, RJ i MacDougald, OA Miševi kao eksperimentalni modeli za ljudsku fiziologiju: kada je važno nekoliko stupnjeva u temperaturi smještaja. Seeley, RJ & MacDougald, OA Miši kao eksperimentalni modeli za fiziologiju čovjeka: kada nekoliko stupnjeva u stanu ima značenje. Seeley, RJ i MacDougald, OA Miševi kao eksperimentalni modeli za ljudsku fiziologiju: kada nekoliko stupnjeva u domu čini razliku. 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 i MacDougald, OA Myshi Seeley, RJ & MacDougald, OA kao eksperimentalni model fiziologije čovjeka: nekoliko stupnjeva temperature u prostoru ima značenje. Seeley, RJ i MacDougald, OA Miševi kao eksperimentalni model ljudske fiziologije: kada je važno nekoliko stupnjeva sobne temperature.Nacionalni metabolizam. 3, 443–445 (2021).
Fischer, AW, Cannon, B. i Nedergaard, J. Odgovor na pitanje „Koja je najbolja temperatura smještaja za prevođenje eksperimenata na miševima na ljude?“ Fischer, AW, Cannon, B. i Nedergaard, J. Odgovor na pitanje „Koja je najbolja temperatura smještaja za prevođenje eksperimenata na miševima na ljude?“ Fischer, AW, Cannon, B. i Nedergaard, J. Odgovor na pitanje „Koja je najbolja sobna temperatura za prijenos pokusa s miševa na ljude?“ 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. i Nedergaard J. Odgovori na pitanje „Koja je optimalna temperatura ljuske za prijenos pokusa s miša na ljude?“Da: termoneutralno. Moore. metabolizam. 26, 1-3 (2019).
Vrijeme objave: 28. listopada 2022.
