Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS. Pre dosiahnutie čo najlepšieho zážitku odporúčame používať aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Medzitým budeme stránku vykresľovať bez štýlov a JavaScriptu, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu.
Väčšina metabolických štúdií na myšiach sa vykonáva pri izbovej teplote, hoci za týchto podmienok, na rozdiel od ľudí, myši vynakladajú veľa energie na udržanie vnútornej teploty. V tejto štúdii popisujeme normálnu hmotnosť a obezitu vyvolanú diétou (DIO) u myší C57BL/6J kŕmených čau-čau alebo diétou s vysokým obsahom tuku s 45 %. Myši boli umiestnené na 33 dní pri teplote 22, 25, 27,5 a 30 °C v nepriamom kalorimetrickom systéme. Ukazujeme, že energetický výdaj sa lineárne zvyšuje od 30 °C do 22 °C a je približne o 30 % vyšší pri 22 °C v oboch modeloch myší. U myší s normálnou hmotnosťou príjem potravy pôsobil proti EE. Naopak, myši DIO neznížili príjem potravy, keď sa EE znížila. Na konci štúdie mali teda myši pri 30 °C vyššiu telesnú hmotnosť, tukovú hmotu a plazmatický glycerol a triglyceridy ako myši pri 22 °C. Táto nerovnováha u myší DIO môže byť spôsobená zvýšenou diétou založenou na pôžitku.
Myš je najčastejšie používaným zvieracím modelom na štúdium ľudskej fyziológie a patofyziológie a často je štandardným zvieraťom používaným v raných štádiách objavovania a vývoja liekov. Myši sa však od ľudí líšia v niekoľkých dôležitých fyziologických ohľadoch a hoci alometrické škálovanie možno do istej miery použiť na prenos na ľudí, obrovské rozdiely medzi myšami a ľuďmi spočívajú v termoregulácii a energetickej homeostáze. To demonštruje zásadný rozpor. Priemerná telesná hmotnosť dospelých myší je najmenej tisíckrát menšia ako u dospelých (50 g oproti 50 kg) a pomer povrchu k hmotnosti sa líši približne 400-krát v dôsledku nelineárnej geometrickej transformácie, ktorú opísal Mee. Rovnica 2. V dôsledku toho myši strácajú výrazne viac tepla v porovnaní s ich objemom, takže sú citlivejšie na teplotu, náchylnejšie na podchladenie a majú priemerný bazálny metabolizmus desaťkrát vyšší ako u ľudí. Pri štandardnej izbovej teplote (~22 °C) musia myši zvýšiť svoj celkový energetický výdaj (EE) približne o 30 %, aby si udržali telesnú teplotu. Pri nižších teplotách sa EE zvyšuje ešte viac, približne o 50 % a 100 % pri 15 a 7 °C v porovnaní s EE pri 22 °C. Štandardné podmienky chovu teda vyvolávajú reakciu na chladový stres, čo by mohlo ohroziť prenosnosť výsledkov myší na ľudí, pretože ľudia žijúci v moderných spoločnostiach trávia väčšinu času v termoneutrálnych podmienkach (pretože náš nižší pomer plochy povrchu k objemu nás robí menej citlivými na teplotu, pretože okolo seba vytvárame termoneutrálnu zónu (TNZ). EE nad bazálnym metabolizmom) sa rozprestiera v rozmedzí od ~19 do 30 °C6, zatiaľ čo myši majú vyššie a užšie pásmo, ktoré siaha iba do 2 – 4 °C7,8 V skutočnosti sa tomuto dôležitému aspektu v posledných rokoch venovala značná pozornosť4, 7,8,9,10,11,12 a predpokladá sa, že niektoré „druhové rozdiely“ možno zmierniť zvýšením teploty škrupiny9. Neexistuje však konsenzus o teplotnom rozsahu, ktorý predstavuje termoneutralitu u myší. Či je teda dolná kritická teplota v termoneutrálnom rozsahu u myší s jedným kolenom bližšie k 25 °C alebo bližšie k 30 °C4, 7, 8, 10, 12, zostáva kontroverzné. EE a ďalšie metabolické parametre boli obmedzené na hodiny až dni, takže rozsah, v akom môže dlhodobé vystavenie rôznym teplotám ovplyvniť metabolické parametre, ako je telesná hmotnosť, nie je jasný. spotreba, využitie substrátu, glukózová tolerancia a koncentrácie lipidov a glukózy v plazme a hormóny regulujúce chuť do jedla. Okrem toho je potrebný ďalší výskum, aby sa zistilo, do akej miery môže strava ovplyvniť tieto parametre (myši DIO na strave s vysokým obsahom tuku môžu byť viac orientované na stravu založenú na pôžitku (hédonickú)). Aby sme poskytli viac informácií o tejto téme, skúmali sme vplyv teploty chovu na vyššie uvedené metabolické parametre u dospelých samcov myší s normálnou hmotnosťou a samcov myší s indukovanou obezitou (DIO) na strave s 45 % vysokým obsahom tuku. Myši boli chované pri teplote 22, 25, 27,5 alebo 30 °C najmenej tri týždne. Teploty pod 22 °C neboli skúmané, pretože štandardné ustajnenie zvierat je zriedka pod izbovou teplotou. Zistili sme, že myši s normálnou hmotnosťou a myši s jedným kruhom DIO reagovali podobne na zmeny teploty v priestore z hľadiska EE a bez ohľadu na podmienky v priestore (s prístreškom/hniezdnym materiálom alebo bez neho). Zatiaľ čo myši s normálnou hmotnosťou upravovali svoj príjem potravy podľa EE, príjem potravy myší DIO bol do značnej miery nezávislý od EE, čo viedlo k väčšiemu priberaniu myší. Podľa údajov o telesnej hmotnosti ukázali plazmatické koncentrácie lipidov a ketónových teliesok, že myši DIO pri teplote 30 °C mali pozitívnejšiu energetickú bilanciu ako myši pri 22 °C. Základné dôvody rozdielov v bilancii príjmu energie a EE medzi myšami s normálnou hmotnosťou a myšami DIO si vyžadujú ďalšie štúdium, ale môžu súvisieť s patofyziologickými zmenami u myší DIO a s účinkom diéty založenej na pôžitku v dôsledku obéznej diéty.
EE sa lineárne zvyšovala od 30 do 22 °C a bola približne o 30 % vyššia pri 22 °C v porovnaní s 30 °C (obr. 1a,b). Rýchlosť respiračnej výmeny (RER) bola nezávislá od teploty (obr. 1c,d). Príjem potravy bol konzistentný s dynamikou EE a zvyšoval sa s klesajúcou teplotou (tiež o ~30 % vyšší pri 22 °C v porovnaní s 30 °C (obr. 1e,f). Príjem vody. Objem a úroveň aktivity nezáviseli od teploty (obr. 1g).
Samce myší (C57BL/6J, 20 týždňov staré, individuálne ustajnené, n=7) boli chované v metabolických klietkach pri teplote 22 °C jeden týždeň pred začiatkom štúdie. Dva dni po zbere údajov o pozadí sa teplota zvyšovala v 2 °C krokoch o 6:00 denne (začiatok svetelnej fázy). Údaje sú prezentované ako priemer ± štandardná chyba priemeru a tmavá fáza (18:00–6:00 h) je znázornená sivým rámčekom. a Výdaj energie (kcal/h), b Celkový výdaj energie pri rôznych teplotách (kcal/24 h), c Rýchlosť respiračnej výmeny (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d Priemerná RER vo svetlej a tmavej fáze (VCO2/VO2) (nulová hodnota je definovaná ako 0,7). e kumulatívny príjem potravy (g), f celkový príjem potravy za 24 hodín, g celkový príjem vody za 24 hodín (ml), h celkový príjem vody za 24 hodín, i kumulatívna úroveň aktivity (m) a j celková úroveň aktivity (m/24h). Myši boli udržiavané pri uvedenej teplote 48 hodín. Údaje uvedené pre 24, 26, 28 a 30 °C sa vzťahujú na posledných 24 hodín každého cyklu. Myši zostali kŕmené počas celej štúdie. Štatistická významnosť bola testovaná opakovanými meraniami jednofaktorovej ANOVA, po ktorej nasledoval Tukeyho test viacnásobného porovnania. Hviezdičky označujú významnosť pre počiatočnú hodnotu 22 °C, tieňovanie označuje významnosť medzi ostatnými skupinami, ako je uvedené. *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.Priemerné hodnoty boli vypočítané pre celé experimentálne obdobie (0 – 192 hodín). n = 7.
Rovnako ako v prípade myší s normálnou hmotnosťou, EE sa lineárne zvyšovala s klesajúcou teplotou a v tomto prípade bola EE tiež približne o 30 % vyššia pri 22 °C v porovnaní s 30 °C (obr. 2a, b). RER sa nemenila pri rôznych teplotách (obr. 2c, d). Na rozdiel od myší s normálnou hmotnosťou, príjem potravy nebol konzistentný s EE ako funkcia izbovej teploty. Príjem potravy, príjem vody a úroveň aktivity boli nezávislé od teploty (obr. 2e–j).
Samce myší kmeňa DIO (C57BL/6J, 20 týždňov) boli individuálne umiestnené v metabolických klietkach pri teplote 22 °C počas jedného týždňa pred začiatkom štúdie. Myši mohli používať 45 % HFD ad libitum. Po dvojdňovej aklimatizácii boli zozbierané východiskové údaje. Následne bola teplota zvyšovaná v krokoch po 2 °C každý druhý deň o 6:00 (začiatok svetelnej fázy). Údaje sú prezentované ako priemer ± štandardná chyba priemeru a tmavá fáza (18:00 – 6:00 h) je znázornená sivým rámčekom. a Výdaj energie (kcal/h), b Celkový výdaj energie pri rôznych teplotách (kcal/24 h), c Rýchlosť respiračnej výmeny (VCO2/VO2: 0,7 – 1,0), d Priemerná RER vo svetlej a tmavej fáze (VCO2 /VO2) (nulová hodnota je definovaná ako 0,7). e kumulatívny príjem potravy (g), f celkový príjem potravy za 24 hodín, g celkový príjem vody za 24 hodín (ml), h celkový príjem vody za 24 hodín, i kumulatívna úroveň aktivity (m) a j celková úroveň aktivity (m/24h). Myši boli udržiavané pri uvedenej teplote 48 hodín. Údaje uvedené pre 24, 26, 28 a 30 °C sa vzťahujú na posledných 24 hodín každého cyklu. Myši boli udržiavané pri 45 % HFD až do konca štúdie. Štatistická významnosť bola testovaná opakovanými meraniami jednofaktorovej ANOVA, po ktorej nasledoval Tukeyho test viacnásobného porovnania. Hviezdičky označujú významnosť pre počiatočnú hodnotu 22 °C, tieňovanie označuje významnosť medzi ostatnými skupinami, ako je uvedené. *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.Priemerné hodnoty boli vypočítané pre celé experimentálne obdobie (0 – 192 hodín). n = 7.
V ďalšej sérii experimentov sme skúmali vplyv teploty okolia na rovnaké parametre, ale tentoraz medzi skupinami myší, ktoré boli neustále udržiavané pri určitej teplote. Myši boli rozdelené do štyroch skupín, aby sa minimalizovali štatistické zmeny v priemere a štandardnej odchýlke telesnej hmotnosti, tuku a normálnej telesnej hmotnosti (Obr. 3a–c). Po 7 dňoch aklimatizácie bolo zaznamenaných 4,5 dňa EE. EE je významne ovplyvnená teplotou okolia počas denného svetla aj v noci (Obr. 3d) a lineárne sa zvyšuje s poklesom teploty z 27,5 °C na 22 °C (Obr. 3e). V porovnaní s inými skupinami bola RER skupiny s 25 °C mierne znížená a medzi zostávajúcimi skupinami neboli žiadne rozdiely (Obr. 3f,g). Príjem potravy paralelne s EE vzorcom a sa pri 22 °C zvýšil približne o 30 % v porovnaní s 30 °C (Obr. 3h,i). Spotreba vody a úroveň aktivity sa medzi skupinami významne nelíšili (Obr. 3j,k). Vystavenie rôznym teplotám až do 33 dní neviedlo k rozdielom v telesnej hmotnosti, svalovej hmote a tukovej hmote medzi skupinami (obr. 3n-s), ale viedlo k poklesu svalovej hmoty približne o 15 % v porovnaní so subjektívne hlásenými skóre (obr. 3n-s). 3b, r, c)) a tuková hmota sa zvýšila viac ako 2-krát (z ~1 g na 2–3 g, obr. 3c, t, c). 30 °C komora má bohužiaľ kalibračné chyby a nemôže poskytnúť presné údaje EE a RER.
- Telesná hmotnosť (a), chudá hmota (b) a tuková hmota (c) po 8 dňoch (jeden deň pred prechodom do systému SABLE). d Spotreba energie (kcal/h). e Priemerná spotreba energie (0–108 hodín) pri rôznych teplotách (kcal/24 hodín). f Pomer respiračnej výmeny (RER) (VCO2/VO2). g Priemerná RER (VCO2/VO2). h Celkový príjem potravy (g). i Priemerný príjem potravy (g/24 hodín). j Celková spotreba vody (ml). k Priemerná spotreba vody (ml/24 h). l Kumulatívna úroveň aktivity (m). m Priemerná úroveň aktivity (m/24 h). n telesná hmotnosť na 18. deň, o zmena telesnej hmotnosti (od -8. do 18. dňa), p chudá hmota na 18. deň, q zmena chudej hmoty (od -8. do 18. dňa), r tuková hmota na 18. deň a zmena tukovej hmoty (od -8. do 18. dňa). Štatistická významnosť opakovaných meraní bola testovaná pomocou Oneway-ANOVA, po ktorej nasledoval Tukeyho test viacnásobného porovnania. *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.Údaje sú prezentované ako priemer + štandardná chyba priemeru, tmavá fáza (18:00-06:00 h) je znázornená sivými rámčekmi. Bodky na histogramoch predstavujú jednotlivé myši. Priemerné hodnoty boli vypočítané pre celé experimentálne obdobie (0-108 hodín). n = 7.
Myši boli na začiatku porovnateľné v telesnej hmotnosti, svalovej hmote a tukovej hmote (obr. 4a–c) a udržiavané pri teplote 22, 25, 27,5 a 30 °C ako v štúdiách s myšami s normálnou hmotnosťou. Pri porovnávaní skupín myší vykazoval vzťah medzi EE a teplotou podobný lineárny vzťah s teplotou v priebehu času u tých istých myší. Myši chované pri teplote 22 °C teda spotrebovali približne o 30 % viac energie ako myši chované pri teplote 30 °C (obr. 4d, e). Pri štúdiu účinkov na zvieratách teplota nie vždy ovplyvnila RER (obr. 4f, g). Príjem potravy, príjem vody a aktivita neboli teplotou významne ovplyvnené (obr. 4h–m). Po 33 dňoch chovu mali myši pri teplote 30 °C výrazne vyššiu telesnú hmotnosť ako myši pri teplote 22 °C (obr. 4n). V porovnaní s ich príslušnými východiskovými bodmi mali myši chované pri teplote 30 °C významne vyššiu telesnú hmotnosť ako myši chované pri teplote 22 °C (priemer ± štandardná chyba priemeru: Obr. 4o). Relatívne vyšší prírastok hmotnosti bol spôsobený skôr nárastom tukovej hmoty (Obr. 4p, q) než nárastom svalovej hmoty (Obr. 4r, s). V súlade s nižšou hodnotou EE pri 30 °C bola expresia niekoľkých génov BAT, ktoré zvyšujú funkciu/aktivitu BAT, znížená pri 30 °C v porovnaní s 22 °C: Adra1a, Adrb3 a Prdm16. Ostatné kľúčové gény, ktoré tiež zvyšujú funkciu/aktivitu BAT, neboli ovplyvnené: Sema3a (regulácia rastu neuritov), Tfam (mitochondriálna biogenéza), Adrb1, Adra2a, Pck1 (glukoneogenéza) a Cpt1a. Prekvapivo sa Ucp1 a Vegf-a, spojené so zvýšenou termogénnou aktivitou, v skupine s teplotou 30 °C neznížili. V skutočnosti boli hladiny Ucp1 u troch myší vyššie ako v skupine s teplotou 22 °C a Vegf-a a Adrb2 boli významne zvýšené. V porovnaní so skupinou s teplotou 22 °C myši udržiavané pri teplote 25 °C a 27,5 °C nevykazovali žiadnu zmenu (doplnkový obrázok 1).
- Telesná hmotnosť (a), chudá hmota (b) a tuková hmota (c) po 9 dňoch (jeden deň pred prechodom do systému SABLE). d Spotreba energie (EE, kcal/h). e Priemerná spotreba energie (0–96 hodín) pri rôznych teplotách (kcal/24 hodín). f Pomer respiračnej výmeny (RER, VCO2/VO2). g Priemerná RER (VCO2/VO2). h Celkový príjem potravy (g). i Priemerný príjem potravy (g/24 hodín). j Celková spotreba vody (ml). k Priemerná spotreba vody (ml/24 h). l Kumulatívna úroveň aktivity (m). m Priemerná úroveň aktivity (m/24 h). n Telesná hmotnosť na 23. deň (g), o Zmena telesnej hmotnosti, p Chudá hmota, q Zmena chudej hmoty (g) na 23. deň v porovnaní s 9. dňom, Zmena tukovej hmoty (g) na 23. deň, tuková hmota (g) v porovnaní s 8. dňom, 23. deň v porovnaní s 8. dňom. Štatistická významnosť opakovaných meraní bola testovaná pomocou Oneway-ANOVA, po ktorej nasledoval Tukeyho test viacnásobného porovnania. *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.Údaje sú prezentované ako priemer + štandardná chyba priemeru, tmavá fáza (18:00-06:00 h) je znázornená sivými rámčekmi. Bodky na histogramoch predstavujú jednotlivé myši. Priemerné hodnoty boli vypočítané pre celé experimentálne obdobie (0-96 hodín). n = 7.
Rovnako ako ľudia, aj myši si často vytvárajú mikroprostredia na zníženie tepelných strát do prostredia. Aby sme kvantifikovali dôležitosť tohto prostredia pre EE, vyhodnotili sme EE pri teplote 22, 25, 27,5 a 30 °C, s koženými chráničmi a materiálom na hniezdo alebo bez nich. Pri teplote 22 °C pridanie štandardných koží znižuje EE približne o 4 %. Následné pridanie materiálu na hniezdo znížilo EE o 3 – 4 % (obr. 5a, b). Po pridaní domčekov alebo koží + podstielky sa nepozorovali žiadne významné zmeny v RER, príjme potravy, príjme vody ani úrovni aktivity (obrázok 5i–p). Pridanie kože a materiálu na hniezdo tiež významne znížilo EE pri teplote 25 a 30 °C, ale reakcie boli kvantitatívne menšie. Pri teplote 27,5 °C sa nepozoroval žiadny rozdiel. Je pozoruhodné, že v týchto experimentoch EE klesala so zvyšujúcou sa teplotou, v tomto prípade približne o 57 % nižšia ako EE pri 30 °C v porovnaní s 22 °C (obr. 5c–h). Rovnaká analýza sa vykonala iba pre svetelnú fázu, kde bola EE bližšie k bazálnej metabolickej rýchlosti, pretože v tomto prípade myši väčšinou odpočívali v koži, čo viedlo k porovnateľným veľkostiam účinkov pri rôznych teplotách (doplnkový obrázok 2a – h).
Údaje pre myši z prístrešku a hniezdneho materiálu (tmavomodrá), z domova bez hniezdneho materiálu (svetlomodrá) a z domova a hniezdneho materiálu (oranžová). Spotreba energie (EE, kcal/h) pre miestnosti a, c, e a g pri 22, 25, 27,5 a 30 °C, b, d, f a h znamenajú EE (kcal/h). ip Údaje pre myši chované pri 22 °C: i frekvencia dýchania (RER, VCO2/VO2), j priemerná hodnota RER (VCO2/VO2), k kumulatívny príjem potravy (g), l priemerný príjem potravy (g/24 h), m celkový príjem vody (ml), n priemerná hodnota príjmu vody AUC (ml/24 h), o celková aktivita (m), p priemerná úroveň aktivity (m/24 h). Údaje sú prezentované ako priemer + štandardná chyba priemeru, tmavá fáza (18:00-06:00 h) je znázornená sivými štvorčekmi. Bodky na histogramoch predstavujú jednotlivé myši. Štatistická významnosť opakovaných meraní bola testovaná pomocou Oneway-ANOVA, po ktorej nasledoval Tukeyho test viacnásobného porovnania. *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.Priemerné hodnoty boli vypočítané pre celé experimentálne obdobie (0-72 hodín). n = 7.
U myší s normálnou hmotnosťou (2-3 hodiny hladovania) chov pri rôznych teplotách neviedol k významným rozdielom v plazmatických koncentráciách TG, 3-HB, cholesterolu, ALT a AST, ale HDL ako funkcia teploty. Obrázok 6a-e). Plazmatické koncentrácie leptínu, inzulínu, C-peptidu a glukagónu nalačno sa medzi skupinami tiež nelíšili (obrázky 6g-j). V deň testu glukózovej tolerancie (po 31 dňoch pri rôznych teplotách) bola východisková hladina glukózy v krvi (5-6 hodín hladovania) približne 6,5 mM, bez rozdielu medzi skupinami. Podávanie perorálnej glukózy významne zvýšilo koncentrácie glukózy v krvi vo všetkých skupinách, ale maximálna koncentrácia aj prírastková plocha pod krivkami (iAUC) (15–120 min) boli nižšie v skupine myší chovaných pri teplote 30 °C (jednotlivé časové body: P < 0,05–P < 0,0001, obr. 6k, l) v porovnaní s myšami chovanými pri teplote 22, 25 a 27,5 °C (ktoré sa medzi sebou nelíšili). Podávanie perorálnej glukózy významne zvýšilo koncentrácie glukózy v krvi vo všetkých skupinách, ale tak maximálna koncentrácia, ako aj nárast plochy pod krivkami (iAUC) (15–120 min) boli nižšie v skupine myší chovaných pri teplote 30 °C (jednotlivé časové body: P < 0,05–P < 0,0001, obr. 6k, l) v porovnaní s myšami chovanými pri teplote 22, 25 a 27,5 °C (ktoré sa medzi sebou nelíšili). Пероральное введение глюкозы значительно повышало концентрацию глюкозгы в кровсе вовсе вовсе но как пиковая концентрация, так и площадь приращения под кривыми (iAUC) (15 – 120 билин) группе мышей, содержащихся при 30 °C (oproti t. z.: P < 0,05–P < 0,000,601,00001,00001 сравнению с мышами, содержащимися при 22, 25 a 27,5 ° C (которые не различались меожодуду). Perorálne podanie glukózy významne zvýšilo koncentrácie glukózy v krvi vo všetkých skupinách, ale maximálna koncentrácia aj nárast plochy pod krivkami (iAUC) (15–120 min) boli nižšie v skupine myší s teplotou 30 °C (samostatné časové body: P < 0,05–P < 0,0001, obr. 6k, l) v porovnaní s myšami chovanými pri teplote 22, 25 a 27,5 °C (ktoré sa od seba nelíšili).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（各传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 在 孻 丠 饲兼 丠浓度 和 曲线 下 增加 面积 面积 (IAUC) (15 – 120 分钟) 均 较 低 各 縪 点 点 点 < P < 0.05 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）炛比）炛毯Perorálne podanie glukózy významne zvýšilo koncentrácie glukózy v krvi vo všetkých skupinách, ale maximálna koncentrácia aj plocha pod krivkou (iAUC) (15 – 120 min) boli nižšie v skupine myší kŕmených pri teplote 30 °C (všetky časové body).: P < 0,05 – P < 0,0001, рис. : P < 0,05–P < 0,0001, obr.6l, l) v porovnaní s myšami chovanými pri teplote 22, 25 a 27,5 °C (bez rozdielu medzi nimi).
Plazmatické koncentrácie TG, 3-HB, cholesterolu, HDL, ALT, AST, FFA, glycerolu, leptínu, inzulínu, C-peptidu a glukagónu sú zobrazené u dospelých samcov myší DIO(al) po 33 dňoch kŕmenia pri uvedenej teplote. Myši neboli kŕmené 2-3 hodiny pred odberom krvi. Výnimkou bol orálny glukózový tolerančný test, ktorý sa vykonal dva dni pred koncom štúdie na myšiach, ktoré hladovali 5-6 hodín a udržiavali sa pri vhodnej teplote počas 31 dní. Myšiam bola podaná dávka 2 g/kg telesnej hmotnosti. Plocha pod krivkou (L) je vyjadrená ako prírastkové údaje (iAUC). Údaje sú prezentované ako priemer ± SEM. Bodky predstavujú 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 (tiež hladovaných 2-3 hodiny) sa koncentrácie plazmatického cholesterolu, HDL, ALT, AST a FFA medzi skupinami nelíšili. TG aj glycerol boli významne zvýšené v skupine s teplotou 30 °C v porovnaní so skupinou s teplotou 22 °C (obrázky 7a-h). Naopak, 3-GB bol pri teplote 30 °C približne o 25 % nižší v porovnaní s 22 °C (obrázok 7b). Hoci myši udržiavané pri teplote 22 °C mali celkovo pozitívnu energetickú bilanciu, ako naznačuje prírastok hmotnosti, rozdiely v plazmatických koncentráciách TG, glycerolu a 3-HB naznačujú, že myši pri teplote 22 °C, keď bol odber vzoriek menší, boli v porovnaní s 22 °C v relatívne energeticky negatívnejšom stave. V súlade s tým boli koncentrácie extrahovateľného glycerolu a TG v pečeni, ale nie glykogénu a cholesterolu, vyššie v skupine s teplotou 30 °C (doplnkový obrázok 3a-d). Aby sme zistili, či teplotne závislé rozdiely v lipolýze (merané plazmatickými hladinami TG a glycerolu) sú výsledkom vnútorných zmien v epididymálnom alebo inguinálnom tuku, na konci štúdie sme z týchto zásob extrahovali tukové tkanivo a ex vivo sme kvantifikovali voľné mastné kyseliny a uvoľňovanie glycerolu. Vo všetkých experimentálnych skupinách vzorky tukového tkaniva z epididymálnych a inguinálnych depotov vykazovali najmenej dvojnásobné zvýšenie produkcie glycerolu a FFA v reakcii na stimuláciu izoproterenolom (doplnkový obrázok 4a–d). Nebol však zistený žiadny vplyv teploty škrupiny na bazálnu alebo izoproterenolom stimulovanú lipolýzu. V súlade s vyššou telesnou hmotnosťou a tukovou hmotou boli hladiny plazmatického leptínu významne vyššie v skupine s teplotou 30 °C ako v skupine s teplotou 22 °C (obrázok 7i). Naopak, plazmatické hladiny inzulínu a C-peptidu sa medzi teplotnými skupinami nelíšili (obr. 7k, k), ale plazmatický glukagón vykazoval závislosť od teploty, ale v tomto prípade bola teplota takmer 22 °C v opačnej skupine dvojnásobná v porovnaní s 30 °C. OD. Skupina C (obr. 7l). FGF21 sa nelíšil medzi rôznymi teplotnými skupinami (obr. 7m). V deň OGTT bola východisková hladina glukózy v krvi približne 10 mM a nelíšila sa medzi myšami chovanými pri rôznych teplotách (obr. 7n). Perorálne podanie glukózy zvýšilo hladiny glukózy v krvi a vrchol vo všetkých skupinách dosiahlo pri koncentrácii približne 18 mM 15 minút po podaní dávky. Neboli zistené žiadne významné rozdiely v iAUC (15 – 120 min) a koncentráciách v rôznych časových bodoch po podaní dávky (15, 30, 60, 90 a 120 min) (obrázok 7n, o).
Plazmatické koncentrácie TG, 3-HB, cholesterolu, HDL, ALT, AST, FFA, glycerolu, leptínu, inzulínu, C-peptidu, glukagónu a FGF21 boli preukázané u dospelých samcov myší DIO (ao) po 33 dňoch kŕmenia pri stanovenej teplote. Myši neboli kŕmené 2-3 hodiny pred odberom krvi. Orálny glukózový tolerančný test bol výnimkou, pretože sa vykonal v dávke 2 g/kg telesnej hmotnosti dva dni pred koncom štúdie u myší, ktoré boli 5-6 hodín nalačno a udržiavané pri vhodnej teplote počas 31 dní. Plocha pod krivkou (o) je zobrazená ako prírastkové údaje (iAUC). Údaje sú prezentované ako priemer ± SEM. Bodky predstavujú 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.
Prenosnosť údajov z hlodavcov na ľudí je zložitá otázka, ktorá zohráva ústrednú úlohu pri interpretácii dôležitosti pozorovaní v kontexte fyziologického a farmakologického výskumu. Z ekonomických dôvodov a na uľahčenie výskumu sa myši často chovajú pri izbovej teplote pod ich termoneutrálnou zónou, čo vedie k aktivácii rôznych kompenzačných fyziologických systémov, ktoré zvyšujú rýchlosť metabolizmu a potenciálne zhoršujú prenositeľnosť9. Vystavenie myší chladu teda môže spôsobiť, že myši budú odolné voči obezite vyvolanej diétou a môže zabrániť hyperglykémii u potkanov liečených streptozotocínom v dôsledku zvýšeného transportu glukózy nezávislého od inzulínu. Nie je však jasné, do akej miery dlhodobé vystavenie rôznym relevantným teplotám (od izbovej po termoneutrálnu) ovplyvňuje rozdielnu energetickú homeostázu myší s normálnou hmotnosťou (na potrave) a myší s diétou DIO (na HFD) a metabolické parametre, ako aj rozsah, do akého boli schopné vyvážiť zvýšenie EE so zvýšením príjmu potravy. Štúdia prezentovaná v tomto článku si kladie za cieľ vniesť do tejto témy určité objasnenie.
Ukazujeme, že u dospelých myší s normálnou hmotnosťou a samcov myší DIO je EE nepriamo úmerná izbovej teplote medzi 22 a 30 °C. EE pri 22 °C bola teda približne o 30 % vyššia ako pri 30 °C v oboch modeloch myší. Dôležitý rozdiel medzi myšami s normálnou hmotnosťou a myšami DIO je však v tom, že zatiaľ čo myši s normálnou hmotnosťou dosiahli EE pri nižších teplotách úpravou príjmu potravy, príjem potravy u myší DIO sa na rôznych úrovniach líšil. Teploty v štúdii boli podobné. Po jednom mesiaci myši DIO chované pri 30 °C pribrali viac telesnej hmotnosti a tukovej hmoty ako myši chované pri 22 °C, zatiaľ čo u normálnych ľudí chovaných pri rovnakej teplote a po rovnaký čas nešlo k horúčke. V porovnaní s teplotami blízkymi termoneutrálnej teplote alebo izbovej teplote viedol rast pri izbovej teplote k relatívne menšiemu nárastu hmotnosti u myší DIO alebo myší s normálnou hmotnosťou na diéte s vysokým obsahom tuku, ale nie pri diéte myší s normálnou hmotnosťou. Podporované inými štúdiami17,18,19,20,21 ale nie všetkými22,23.
Predpokladá sa, že schopnosť vytvoriť mikroprostredie na zníženie tepelných strát posúva tepelnú neutralitu doľava8, 12. V našej štúdii pridanie materiálu na hniezdo aj skrytie znížili EE, ale neviedli k tepelnej neutralite až do 28 °C. Naše údaje teda nepodporujú tvrdenie, že nízky bod termoneutrality u dospelých myší s jedným kolenom, s búdkami obohatenými o prostredie alebo bez nich, by mal byť 26 – 28 °C, ako je znázornené8,12, ale podporujú iné štúdie, ktoré preukazujú termoneutralitu. teploty 30 °C u myší s nízkym bodom7, 10, 24. Aby toho nebolo málo, ukázalo sa, že termoneutrálny bod u myší nie je počas dňa statický, pretože je nižší počas pokojovej (svetlej) fázy, pravdepodobne v dôsledku nižšej produkcie kalórií v dôsledku aktivity a termogenézy indukovanej stravou. Vo svetelnej fáze sa teda nízky bod tepelnej neutrality ukáže ako ~29 °C a v tmavej fáze ~33 °C25.
Vzťah medzi teplotou okolia a celkovou spotrebou energie je v konečnom dôsledku určený rozptylom tepla. V tejto súvislosti je pomer povrchu k objemu dôležitým determinantom tepelnej citlivosti, ktorý ovplyvňuje rozptyl tepla (plochu povrchu) aj tvorbu tepla (objem). Okrem povrchu je prenos tepla určený aj izoláciou (rýchlosť prenosu tepla). U ľudí môže tuková hmota znižovať tepelné straty vytvorením izolačnej bariéry okolo telesného plášťa a predpokladá sa, že tuková hmota je dôležitá aj pre tepelnú izoláciu u myší, čím sa znižuje termoneutrálny bod a teplotná citlivosť pod tepelne neutrálny bod (sklon krivky). Naša štúdia nebola navrhnutá tak, aby priamo posúdila tento predpokladaný vzťah, pretože údaje o zložení tela boli zozbierané 9 dní pred zberom údajov o energetickom výdaji a pretože tuková hmota nebola počas celej štúdie stabilná. Keďže však myši s normálnou hmotnosťou a DIO majú o 30 % nižšiu EE pri 30 °C ako pri 22 °C napriek najmenej 5-násobnému rozdielu v tukovej hmote, naše údaje nepodporujú tvrdenie, že obezita by mala poskytovať základnú izoláciu. aspoň nie v skúmanom teplotnom rozsahu. Toto je v súlade s inými štúdiami, ktoré sú lepšie navrhnuté na preskúmanie tejto problematiky4,24. V týchto štúdiách bol izolačný účinok obezity malý, ale zistilo sa, že srsť poskytuje 30 – 50 % celkovej tepelnej izolácie4,24. U uhynutých myší sa však tepelná vodivosť zvýšila približne o 450 % bezprostredne po smrti, čo naznačuje, že izolačný účinok srsti je nevyhnutný pre fungovanie fyziologických mechanizmov vrátane vazokonstrikcie. Okrem druhových rozdielov v srsti medzi myšami a ľuďmi môže byť slabý izolačný účinok obezity u myší ovplyvnený aj nasledujúcimi faktormi: Izolačný faktor ľudskej tukovej hmoty je sprostredkovaný hlavne subkutánnou tukovou hmotou (hrúbkou)26,27. U hlodavcov je to typicky menej ako 20 % celkového živočíšneho tuku28. Okrem toho celková tuková hmota nemusí byť ani suboptimálnym meradlom tepelnej izolácie jednotlivca, pretože sa tvrdí, že zlepšená tepelná izolácia je kompenzovaná nevyhnutným nárastom povrchovej plochy (a teda zvýšenými tepelnými stratami) so zvyšujúcou sa tukovou hmotou.
U myší s normálnou hmotnosťou sa plazmatické koncentrácie TG, 3-HB, cholesterolu, HDL, ALT a AST nalačno nezmenili pri rôznych teplotách počas takmer 5 týždňov, pravdepodobne preto, že myši boli v rovnakom stave energetickej bilancie. Mali rovnakú hmotnosť a zloženie tela ako na konci štúdie. V súlade s podobnosťou tukovej hmoty sa nezistili žiadne rozdiely ani v plazmatických hladinách leptínu, ani v hladinách inzulínu, C-peptidu a glukagónu nalačno. U myší DIO sa zistilo viac signálov. Hoci myši pri teplote 22 °C tiež nemali v tomto stave celkovú negatívnu energetickú bilanciu (pretože priberali na váhe), na konci štúdie mali relatívne väčší energetický deficit v porovnaní s myšami chovanými pri teplote 30 °C, v podmienkach, ako je vysoká produkcia ketónov v tele (3-GB) a pokles koncentrácie glycerolu a TG v plazme. Zdá sa však, že rozdiely v lipolýze závislé od teploty nie sú výsledkom vnútorných zmien v epididymálnom alebo inguinálnom tuku, ako sú zmeny v expresii lipázy reagujúcej na adipohormóny, pretože FFA a glycerol uvoľnený z tuku extrahovaného z týchto depotov sú medzi... Teplotné skupiny sú si navzájom podobné. Hoci sme v tejto štúdii neskúmali sympatický tonus, iní zistili, že (na základe srdcovej frekvencie a stredného arteriálneho tlaku) lineárne súvisí s okolitou teplotou u myší a je približne nižší pri 30 °C ako pri 22 °C (20 % C). Teplotne závislé rozdiely v sympatickom tonuse teda môžu v našej štúdii zohrávať úlohu v lipolýze, ale keďže zvýšenie sympatického tonusu skôr stimuluje ako inhibuje lipolýzu, iné mechanizmy môžu pôsobiť proti tomuto poklesu u kultivovaných myší. Potenciálna úloha pri odbúravaní telesného tuku. Izbová teplota. Okrem toho, časť stimulačného účinku sympatického tonusu na lipolýzu je nepriamo sprostredkovaná silnou inhibíciou sekrécie inzulínu, čo zdôrazňuje vplyv suplementácie inzulínom prerušujúcej lipolýzu30, ale v našej štúdii plazmatický inzulín nalačno a sympatický tonus C-peptidu pri rôznych teplotách nestačili na zmenu lipolýzy. Namiesto toho sme zistili, že rozdiely v energetickom stave boli s najväčšou pravdepodobnosťou hlavným prispievateľom k týmto rozdielom u myší s DIO. Základné dôvody, ktoré vedú k lepšej regulácii príjmu potravy pomocou EE u myší s normálnou hmotnosťou, si vyžadujú ďalšie štúdium. Vo všeobecnosti je však príjem potravy riadený homeostatickými a hedonickými signálmi31,32,33. Hoci existuje diskusia o tom, ktorý z týchto dvoch signálov je kvantitatívne dôležitejší,31,32,33 je dobre známe, že dlhodobá konzumácia potravín s vysokým obsahom tuku vedie k stravovaciemu správaniu založenému skôr na pôžitku, ktoré do istej miery nesúvisí s homeostázou. . – regulovaný príjem potravy34,35,36. Zvýšené hedonistické správanie pri kŕmení u myší DIO liečených 45 % HFD môže byť preto jedným z dôvodov, prečo tieto myši nevyvážili príjem potravy s EE. Je zaujímavé, že rozdiely v chuti do jedla a hormónoch regulujúcich hladinu glukózy v krvi sa pozorovali aj u myší DIO s kontrolovanou teplotou, ale nie u myší s normálnou hmotnosťou. U myší DIO sa hladiny leptínu v plazme zvyšovali s teplotou a hladiny glukagónu sa s teplotou znižovali. Rozsah, v akom môže teplota priamo ovplyvniť tieto rozdiely, si zaslúži ďalšie štúdium, ale v prípade leptínu určite zohrala dôležitú úlohu relatívna negatívna energetická bilancia, a teda nižšia tuková hmota u myší pri 22 °C, pretože tuková hmota a plazmatický leptín sú vysoko korelované37. Interpretácia glukagónového signálu je však záhadnejšia. Rovnako ako pri inzulíne, sekrécia glukagónu bola silne inhibovaná zvýšením sympatického tonusu, ale najvyšší sympatický tonus sa predpokladal v skupine s teplotou 22 °C, ktorá mala najvyššie plazmatické koncentrácie glukagónu. Inzulín je ďalším silným regulátorom plazmatického glukagónu a inzulínová rezistencia a diabetes 2. typu sú silne spojené s hyperglukagonémiou nalačno a po jedle 38,39. Myši DIO v našej štúdii však boli tiež necitlivé na inzulín, takže to tiež nemohol byť hlavným faktorom zvýšenia glukagónovej signalizácie v skupine s teplotou 22 °C. Obsah tuku v pečeni tiež pozitívne súvisí so zvýšením plazmatickej koncentrácie glukagónu, ktorého mechanizmy môžu zase zahŕňať rezistenciu na glukagón v pečeni, zníženú produkciu močoviny, zvýšené koncentrácie aminokyselín v krvnom obehu a zvýšenú sekréciu glukagónu stimulovanú aminokyselinami 40,41,42. Keďže sa však extrahovateľné koncentrácie glycerolu a TG medzi teplotnými skupinami v našej štúdii nelíšili, ani toto nemohol byť potenciálnym faktorom zvýšenia plazmatických koncentrácií v skupine s teplotou 22 °C. Trijódtyronín (T3) hrá kľúčovú úlohu v celkovej rýchlosti metabolizmu a iniciácii metabolickej obrany proti hypotermii 43,44. Plazmatická koncentrácia T3, pravdepodobne riadená centrálne sprostredkovanými mechanizmami,45,46 sa teda zvyšuje u myší aj u ľudí za menej ako termoneutrálnych podmienok47, hoci u ľudí je zvýšenie menšie, čo je u myší viac predisponované. To je v súlade so stratou tepla do prostredia. V tejto štúdii sme nemerali plazmatické koncentrácie T3, ale koncentrácie mohli byť nižšie v skupine s teplotou 30 °C, čo môže vysvetľovať vplyv tejto skupiny na hladiny glukagónu v plazme, pretože my (aktualizovaný obrázok 5a) a ďalší sme preukázali, že T3 zvyšuje plazmatický glukagón spôsobom závislým od dávky. Bolo hlásené, že hormóny štítnej žľazy indukujú expresiu FGF21 v pečeni. Podobne ako glukagón, aj plazmatické koncentrácie FGF21 sa zvyšovali s plazmatickými koncentráciami T3 (doplnkový obrázok 5b a odkaz 48), ale v porovnaní s glukagónom neboli plazmatické koncentrácie FGF21 v našej štúdii ovplyvnené teplotou. Základné dôvody tohto rozporu si vyžadujú ďalšie štúdium, ale indukcia FGF21 vyvolaná T3 by sa mala vyskytnúť pri vyšších úrovniach expozície T3 v porovnaní s pozorovanou odpoveďou glukagónu vyvolanou T3 (doplnkový obrázok 5b).
Ukázalo sa, že HFD silne súvisí so zhoršenou glukózovou toleranciou a inzulínovou rezistenciou (markery) u myší chovaných pri teplote 22 °C. HFD však nebola spojená ani so zhoršenou glukózovou toleranciou, ani s inzulínovou rezistenciou pri pestovaní v termoneutrálnom prostredí (tu definovanom ako 28 °C) 19. V našej štúdii sa tento vzťah u myší DIO nepreukázal, ale myši s normálnou hmotnosťou chované pri teplote 30 °C významne zlepšili glukózovú toleranciu. Dôvod tohto rozdielu si vyžaduje ďalšie štúdium, ale môže byť ovplyvnený skutočnosťou, že myši DIO v našej štúdii boli rezistentné na inzulín, s plazmatickými koncentráciami C-peptidu nalačno a koncentráciami inzulínu 12 – 20-krát vyššími ako u myší s normálnou hmotnosťou a v krvi nalačno. koncentrácie glukózy približne 10 mM (približne 6 mM pri normálnej telesnej hmotnosti), čo zrejme ponecháva malé okno pre akékoľvek potenciálne priaznivé účinky vystavenia termoneutrálnym podmienkam na zlepšenie glukózovej tolerancie. Možným mätúcim faktorom je, že z praktických dôvodov sa OGTT vykonáva pri izbovej teplote. Myši chované pri vyšších teplotách teda zažili mierny chladový šok, ktorý môže ovplyvniť absorpciu/klírens glukózy. Avšak na základe podobných koncentrácií glukózy v krvi nalačno v rôznych teplotných skupinách, zmeny teploty okolia nemusia významne ovplyvniť výsledky.
Ako už bolo spomenuté, nedávno sa zdôraznilo, že zvýšenie izbovej teploty môže zmierniť niektoré reakcie na chladový stres, čo môže spochybniť prenosnosť údajov z myší na ľudí. Nie je však jasné, aká je optimálna teplota na chov myší, aby napodobňovali ľudskú fyziológiu. Odpoveď na túto otázku môže byť ovplyvnená aj oblasťou štúdia a skúmaným koncovým bodom. Príkladom je vplyv stravy na akumuláciu tuku v pečeni, glukózovú toleranciu a inzulínovú rezistenciu19. Pokiaľ ide o výdaj energie, niektorí výskumníci sa domnievajú, že termoneutralita je optimálna teplota na odchov, pretože ľudia potrebujú málo dodatočnej energie na udržanie teploty telesného jadra a definujú teplotu jedného kolena pre dospelé myši ako 30 °C7,10. Iní výskumníci sa domnievajú, že teplota porovnateľná s teplotou, ktorú ľudia typicky zažívajú s dospelými myšami na jednom kolene, je 23 – 25 °C, pretože zistili, že termoneutralita je 26 – 28 °C a na základe toho, že ľudia sú o 3 °C nižšia, je ich dolná kritická teplota, tu definovaná ako 23 °C, mierne 8,12. Naša štúdia je v súlade s niekoľkými ďalšími štúdiami, ktoré uvádzajú, že tepelná neutralita sa nedosiahne pri teplote 26 – 28 °C4, 7, 10, 11, 24, 25, čo naznačuje, že teplota 23 – 25 °C je príliš nízka. Ďalším dôležitým faktorom, ktorý treba zvážiť v súvislosti s teplotou miestnosti a termoneutralitou u myší, je individuálne alebo skupinové chovy. Keď boli myši chované v skupinách a nie jednotlivo, ako v našej štúdii, teplotná citlivosť sa znížila, pravdepodobne v dôsledku preplnenosti zvierat. Teplota miestnosti však bola stále pod LTL 25, keď boli použité tri skupiny. Asi najdôležitejším medzidruhovým rozdielom v tomto ohľade je kvantitatívny význam aktivity BAT ako obrany proti hypotermii. Zatiaľ čo myši teda do značnej miery kompenzovali svoju vyššiu stratu kalórií zvýšením aktivity BAT, ktorá je pri teplote 5 °C viac ako 60 % EE,51,52 príspevok aktivity BAT u ľudí k EE bol výrazne vyšší, oveľa menší. Preto môže byť zníženie aktivity BAT dôležitým spôsobom, ako zvýšiť ľudskú transláciu. Regulácia aktivity BAT je zložitá, ale často je sprostredkovaná kombinovanými účinkami adrenergnej stimulácie, hormónov štítnej žľazy a expresie UCP114,54,55,56,57. Naše údaje naznačujú, že na zistenie rozdielov v expresii génov BAT zodpovedných za funkciu/aktiváciu je potrebné zvýšiť teplotu nad 27,5 °C v porovnaní s myšami pri 22 °C. Rozdiely zistené medzi skupinami pri 30 a 22 °C však nie vždy naznačovali zvýšenie aktivity BAT v skupine s 22 °C, pretože Ucp1, Adrb2 a Vegf-a boli v skupine s 22 °C downregulované. Hlavnú príčinu týchto neočakávaných výsledkov je potrebné ešte určiť. Jednou z možností je, že ich zvýšená expresia nemusí odrážať signál zvýšenej izbovej teploty, ale skôr akútny účinok ich presunu z 30 °C na 22 °C v deň odstránenia (myši to pocítili 5 – 10 minút pred vzlietnutím).
Všeobecným obmedzením našej štúdie je, že sme skúmali iba samce myší. Iný výskum naznačuje, že pohlavie môže byť dôležitým faktorom v našich primárnych indikáciách, pretože samice myší s jedným kolenom sú citlivejšie na teplotu vďaka vyššej tepelnej vodivosti a udržiavaniu prísnejšie kontrolovaných teplôt jadra. Okrem toho samice myší (na HFD) vykazovali väčšiu súvislosť medzi príjmom energie a EE pri teplote 30 °C v porovnaní so samcami myší, ktoré konzumovali viac myší rovnakého pohlavia (v tomto prípade 20 °C)20. U samíc myší je teda účinok subtermonetrálneho obsahu vyšší, ale má rovnaký vzorec ako u samcov myší. V našej štúdii sme sa zamerali na samce myší s jedným kolenom, pretože to sú podmienky, za ktorých sa vykonáva väčšina metabolických štúdií skúmajúcich EE. Ďalším obmedzením našej štúdie bolo, že myši boli počas celej štúdie na rovnakej diéte, čo bránilo štúdiu dôležitosti izbovej teploty pre metabolickú flexibilitu (meranú zmenami RER pre zmeny v stravovaní v rôznych zložení makroživín).
Záverom možno povedať, že naša štúdia ukazuje, že rovnako ako v iných štúdiách, myši s normálnou hmotnosťou v 1. kole sú termoneutrálne nad predpokladanou teplotou 27,5 °C. Naša štúdia navyše ukazuje, že obezita nie je hlavným izolačným faktorom u myší s normálnou hmotnosťou alebo DIO, čo vedie k podobným pomerom teplota:EE u myší s DIO a normálnou hmotnosťou. Zatiaľ čo príjem potravy u myší s normálnou hmotnosťou bol konzistentný s EE, a tým si udržiaval stabilnú telesnú hmotnosť v celom teplotnom rozsahu, príjem potravy u myší s DIO bol rovnaký pri rôznych teplotách, čo viedlo k vyššiemu pomeru myší pri 30 °C a pri 22 °C k nárastu telesnej hmotnosti. Celkovo sú systematické štúdie skúmajúce potenciálny význam života pod termoneutrálnymi teplotami opodstatnené kvôli často pozorovanej zlej znášanlivosti medzi štúdiami na myšiach a ľuďoch. Napríklad v štúdiách obezity môže byť čiastočné vysvetlenie všeobecne horšej prenositeľnosti spôsobené tým, že štúdie úbytku hmotnosti u myší sa zvyčajne vykonávajú na zvieratách vystavených miernemu chladu, ktoré sú chované pri izbovej teplote kvôli ich zvýšenej EE. Prehnaný úbytok hmotnosti v porovnaní s očakávanou telesnou hmotnosťou osoby, najmä ak mechanizmus účinku závisí od zvýšenia EE zvýšením aktivity BAP, ktorý je aktívnejší a aktivovanejší pri izbovej teplote ako pri 30 °C.
V súlade s dánskym zákonom o pokusoch na zvieratách (1987) a Národnými inštitútmi zdravia (publikácia č. 85-23) a Európskym dohovorom o ochrane stavovcov používaných na pokusné a iné vedecké účely (Rada Európy č. 123, Štrasburg, 1985).
Dvadsaťtýždňové samce myší kmeňa C57BL/6J boli získané od spoločnosti Janvier Saint Berthevin Cedex vo Francúzsku a po 12:12 hodinovom cykle svetlo:tma dostávali štandardné krmivo ad libitum (Altromin 1324) a vodu (~22 °C) pri izbovej teplote. Samce myší kmeňa DIO (20 týždňov) boli získané od toho istého dodávateľa a dostávali ad libitum prístup k diéte s vysokým obsahom tuku 45 % (kat. č. D12451, Research Diet Inc., NJ, USA) a vode za podmienok chovu. Myši boli adaptované na prostredie týždeň pred začiatkom štúdie. Dva dni pred prenosom na systém nepriamej kalorimetrie boli myši odvážené, podrobené MRI vyšetreniu (EchoMRI™, TX, USA) a rozdelené do štyroch skupín zodpovedajúcich telesnej hmotnosti, obsahu tuku a normálnej telesnej hmotnosti.
Grafický diagram dizajnu štúdie je znázornený na obrázku 8. Myši boli prenesené do uzavretého a teplotne kontrolovaného systému nepriamej kalorimetrie v spoločnosti Sable Systems Internationals (Nevada, USA), ktorý zahŕňal monitory kvality potravy a vody a rám Promethion BZ1, ktorý zaznamenával úrovne aktivity meraním prerušenia lúča. XYZ. Myši (n = 8) boli chované jednotlivo pri teplote 22, 25, 27,5 alebo 30 °C s použitím podstielky, ale bez prístrešku a materiálu na hniezdo, v 12:12-hodinovom cykle svetlo:tma (svetlo: 06:00 – 18:00). 2500 ml/min. Myši boli aklimatizované 7 dní pred registráciou. Záznamy boli zhromažďované štyri dni po sebe. Následne boli myši chované pri príslušných teplotách 25, 27,5 a 30 °C ďalších 12 dní, po ktorých boli pridané bunkové koncentráty, ako je opísané nižšie. Medzitým boli skupiny myší chovaných pri teplote 22 °C chované pri tejto teplote ďalšie dva dni (na zhromaždenie nových východiskových údajov) a potom sa teplota zvyšovala v krokoch o 2 °C každý druhý deň na začiatku svetelnej fázy (06:00), kým nedosiahla 30 °C. Potom sa teplota znížila na 22 °C a údaje sa zhromažďovali ďalšie dva dni. Po ďalších dvoch dňoch zaznamenávania pri 22 °C boli do všetkých buniek pri všetkých teplotách pridané kože a zber údajov sa začal druhý deň (17. deň) a ďalšie tri dni. Potom (20. deň) sa do všetkých buniek na začiatku svetelného cyklu (06:00) pridal hniezdny materiál (8 – 10 g) a údaje sa zhromažďovali ďalšie tri dni. Na konci štúdie boli teda myši chované pri teplote 22 °C chované pri tejto teplote 21/33 dní a pri 22 °C posledných 8 dní, zatiaľ čo myši pri iných teplotách boli chované pri tejto teplote 33 dní / 33 dní. Myši boli počas obdobia štúdie kŕmené.
Myši s normálnou hmotnosťou a DIO sa riadili rovnakými študijnými postupmi. V deň -9 boli myši odvážené, vykonané MRI vyšetrenie a rozdelené do skupín porovnateľných z hľadiska telesnej hmotnosti a zloženia tela. V deň -7 boli myši prenesené do uzavretého teplotne kontrolovaného nepriameho kalorimetrického systému vyrobeného spoločnosťou SABLE Systems International (Nevada, USA). Myši boli umiestnené jednotlivo s podstielkou, ale bez hniezd alebo prístreškov. Teplota bola nastavená na 22, 25, 27,5 alebo 30 °C. Po jednom týždni aklimatizácie (dni -7 až 0, zvieratá neboli rušené) boli údaje zhromažďované štyri po sebe nasledujúce dni (dni 0-4, údaje sú znázornené na obr. 1, 2, 5). Následne boli myši chované pri teplote 25, 27,5 a 30 °C v konštantných podmienkach až do 17. dňa. Zároveň sa teplota v skupine s teplotou 22 °C zvyšovala v intervaloch 2 °C každý druhý deň úpravou teplotného cyklu (06:00 h) na začiatku vystavenia svetlu (údaje sú znázornené na obr. 1). Na 15. deň teplota klesla na 22 °C a boli zozbierané dva dni údajov, aby sa získali východiskové údaje pre následné ošetrenia. Všetkým myšiam boli na 17. deň pridané kože a materiál na hniezdo na 20. deň (obr. 5). Na 23. deň boli myši odvážené a podrobené MRI vyšetreniu a potom ponechané 24 hodín bez dozoru. Na 24. deň boli myši od začiatku fotoperiódy (06:00) nalačno a o 12:00 dostali OGTT (2 g/kg) (6 – 7 hodín hladovania). Následne boli myši vrátené do svojich príslušných podmienok SABLE a na druhý deň (25. deň) boli utratené.
Myši DIO (n = 8) dodržiavali rovnaký protokol ako myši s normálnou hmotnosťou (ako je opísané vyššie a na obrázku 8). Myši si počas celého experimentu s energetickým výdajom udržali 45 % HFD.
VO2 a VCO2, ako aj tlak vodnej pary, boli zaznamenávané pri frekvencii 1 Hz s časovou konštantou bunky 2,5 min. Príjem potravy a vody bol zaznamenávaný kontinuálnym zaznamenávaním (1 Hz) hmotnosti vedier s potravou a vodou. Použitý monitor kvality hlásil rozlíšenie 0,002 g. Úrovne aktivity boli zaznamenávané pomocou 3D XYZ lúčového monitora, údaje boli zhromažďované s interným rozlíšením 240 Hz a zaznamenávané každú sekundu, aby sa kvantifikovala celková prejdená vzdialenosť (m) s efektívnym priestorovým rozlíšením 0,25 cm. Údaje boli spracované pomocou Sable Systems Macro Interpreter v.2.41, pričom sa vypočítala EE a RER a odfiltrovali sa odľahlé hodnoty (napr. falošné udalosti jedla). Makro interpret je nakonfigurovaný tak, aby vydával údaje pre všetky parametre každých päť minút.
Okrem regulácie EE môže teplota okolia regulovať aj ďalšie aspekty metabolizmu vrátane postprandiálneho metabolizmu glukózy reguláciou sekrécie hormónov metabolizujúcich glukózu. Na overenie tejto hypotézy sme nakoniec dokončili štúdiu telesnej teploty provokáciou myší s normálnou hmotnosťou perorálnou dávkou glukózy v dihydrochloride (DIO) (2 g/kg). Metódy sú podrobne opísané v ďalších materiáloch.
Na konci štúdie (25. deň) boli myši 2 – 3 hodiny (začínajúc o 6:00) nalačno, anestetizované izofluránom a úplne vykrvácané retroorbitálnou venepunkciou. Kvantifikácia plazmatických lipidov a hormónov a lipidov v pečeni je opísaná v doplnkových materiáloch.
Aby sa zistilo, či teplota škrupiny spôsobuje vnútorné zmeny v tukovom tkanive ovplyvňujúce lipolýzu, bolo z myší po poslednej fáze krvácania priamo vyrezané inguinálne a epididymálne tukové tkanivo. Tkanivá boli spracované pomocou novovyvinutého ex vivo testu lipolýzy opísaného v doplnkových metódach.
Hnedé tukové tkanivo (BAT) bolo odobraté v deň ukončenia štúdie a spracované podľa popisu v doplnkových metódach.
Dáta sú prezentované ako priemer ± SEM. Grafy boli vytvorené v programe GraphPad Prism 9 (La Jolla, CA) a grafiky boli upravené v programe Adobe Illustrator (Adobe Systems Incorporated, San Jose, CA). Štatistická významnosť bola hodnotená v programe GraphPad Prism a testovaná párovým t-testom, jednosmernou/dvojsmernou ANOVA s opakovanými meraniami, po ktorej nasledoval Tukeyho test viacnásobného porovnávania, alebo nepárovou jednosmernou ANOVA, po ktorej nasledoval Tukeyho test viacnásobného porovnávania podľa potreby. Gaussovo rozdelenie dát bolo pred testovaním validované D'Agostino-Pearsonovým testom normality. Veľkosť vzorky je uvedená v príslušnej časti časti „Výsledky“, ako aj v legende. Opakovanie je definované ako akékoľvek meranie vykonané na tom istom zvierati (in vivo alebo na vzorke tkaniva). Z hľadiska reprodukovateľnosti dát bola preukázaná súvislosť medzi výdajom energie a teplotou puzdra v štyroch nezávislých štúdiách s použitím rôznych myší s podobným dizajnom štúdie.
Podrobné experimentálne protokoly, materiály a nespracované údaje sú k dispozícii na základe odôvodnenej žiadosti od hlavného autora Rune E. Kuhreho. Táto štúdia negenerovala nové jedinečné činidlá, transgénne zvieracie/bunkové línie ani sekvenčné údaje.
Viac informácií o dizajne štúdie nájdete v abstrakte správy o výskume prírody (Nature Research Report), ktorý odkazuje na tento článok.
Všetky údaje tvoria graf. 1-7 boli uložené v repozitári databázy Science, prístupové číslo: 1253.11.sciencedb.02284 alebo https://doi.org/10.57760/sciencedb.02284. Údaje zobrazené v ESM môžu byť po primeranom testovaní odoslané Rune E Kuhre.
Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO a Tang-Christensen, M. Laboratórne zvieratá ako náhradné modely ľudskej obezity. Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO a Tang-Christensen, M. Laboratórne zvieratá ako náhradné modely ľudskej obezity.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. a Tang-Christensen M. Laboratórne zvieratá ako náhradné modely ľudskej 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. Experimentálne zvieratá ako náhradný model pre ľudí.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. a Tang-Christensen M. Laboratórne zvieratá ako náhradné modely obezity u ľudí.Acta Pharmacology, kriminalita 33, 173–181 (2012).
Gilpin, DA Výpočet novej Mieho konštanty a experimentálne stanovenie veľkosti popáleniny. Burns 22, 607–611 (1996).
Gordon, SJ Termoregulačný systém myši: jeho dôsledky pre prenos biomedicínskych údajov na ľudí. fyziológia. Správanie. 179, 55-66 (2017).
Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Žiadny izolačný účinok obezity. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Žiadny izolačný účinok obezity.Fischer AW, Chikash RI, von Essen G., Cannon B. a Nedergaard J. Žiadny izolačný účinok 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 žiadny izolačný účinok.Áno. J. Physiology. endokrin. metabolizmus. 311, E202–E213 (2016).
Lee, P. a kol. Teplotne adaptované hnedé tukové tkanivo moduluje citlivosť na inzulín. Diabetes 63, 3686–3698 (2014).
Nakhon, KJ a kol. Nižšia kritická teplota a termogenéza indukovaná chladom boli nepriamo úmerné telesnej hmotnosti a bazálnemu metabolizmu u štíhlych a nadváhových jedincov. J. Warmly. biology. 69, 238–248 (2017).
Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Optimálne teploty chovu myší na napodobnenie tepelného prostredia ľudí: Experimentálna štúdia. Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Optimálne teploty chovu myší na napodobnenie tepelného prostredia ľudí: Experimentálna štúdia.Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Optimálne teploty v dome pre myši na napodobnenie ľudského tepelného prostredia: Experimentálna štúdia. 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. Optimálna teplota chovu myší simulujúca ľudské tepelné prostredie: Experimentálna štúdia.Moore, metabolizmus. 7, 161–170 (2018).
Keijer, J., Li, M. a Speakman, JR Aká je najlepšia teplota v priestoroch na preniesť experimenty na myšiach na ľudí? Keijer, J., Li, M. a Speakman, JR Aká je najlepšia teplota v priestoroch na preniesť experimenty na myšiach na ľudí?Keyer J, Lee M a Speakman JR Aká je najlepšia teplota miestnosti na prenos experimentov z myší na ľudí? 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 Aká je optimálna teplota škrupiny na prenos experimentov z myší na ľudí?Moore, metabolizmus, 25, 168–176 (2019).
Seeley, RJ a MacDougald, OA Myši ako experimentálne modely ľudskej fyziológie: keď záleží na teplote v krídle o niekoľko stupňov. Seeley, RJ a MacDougald, OA Myši ako experimentálne modely ľudskej fyziológie: keď záleží na teplote v krídle o niekoľko stupňov. Seeley, RJ and MacDougald, OA v жилище имеют значение. Seeley, RJ a MacDougald, OA Myši ako experimentálne modely ľudskej fyziológie: keď niekoľko stupňov v obydlí zmení situáciu. 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 ako experimentálny model ľudskej fyziológie: keď záleží na niekoľkých stupňoch izbovej teploty.Národný metabolizmus. 3, 443–445 (2021).
Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Odpoveď na otázku „Aká je najlepšia teplota v priestoroch na preniesť experimenty na myšiach na ľudí?“ Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Odpoveď na otázku „Aká je najlepšia teplota v priestoroch na preniesť experimenty na myšiach na ľudí?“ Fischer, AW, Cannon, B. a Nedergaard, J. Odpoveď na otázku „Aká je najlepšia teplota miestnosti na prenos experimentov na myšiach na ľudí?“ 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. Odpovede na otázku „Aká je optimálna teplota škrupiny na prenos experimentov z myší na ľudí?“Áno: termoneutrálny. Moore. metabolizmus. 26, 1-3 (2019).
Čas uverejnenia: 28. októbra 2022
