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胖有什么危害?让小动物的亲身经历告诉你~

2018-05-17

饮食诱导肥胖模型(DIO模型)

饮食诱导肥胖模型(DIO模型)是一种用高脂或和高密度饮食喂养动物进行肥胖研究的模型。它旨在模仿导致人类肥胖最常见的原因——高脂高热量饮食。通常使用小鼠,大鼠,狗或非人灵长类动物用于此模型研究。该模型可以用来研究肥胖症,肥胖症的并发症和其他相关疾病。模型使用者必须考虑饮食持续时间及饲料类型(比如凝胶状或颗粒棒)以及环境条件和动物年龄等因素,因为每种因素的不同都有可能导致动物的体重,脂肪百分比或行为表现的差异。


(高脂饲料)


在世界范围内,肥胖已成为流行趋势(特别是西方国家),DIO模型在理解高脂肪/高密度饮食与肥胖之间的关系方面不可或缺,包括发现Akt和mTOR等信号通路参与肥胖过程,以及肥胖和胰岛素抵抗之间的联系。然而,尽管1949年以来对控制肥胖的诸多见解均来自于动物实验,动物模型的使用还是限制了我们在人身上推断这些机理的能力。


(AKT-mTOR信号通路)


DIO模型的开发是为了响应人们越关注肥胖对健康的影响,以及世界各国肥胖率的快速增长。此模型的目的是在可控的条件下研究肥胖如何发展及其影响。DIO模型早在1949年就已经开始使用,目前已经得到了广泛的拓展和深入研究。


DIO模型历史

1978年9月

第一项研究测试了肥胖与可口的高油脂食品之间的关系,但没有得出任何结论。


1982年

研究测试肥胖对大鼠交感神经系统的影响,发现肥胖有增加高血压风险。


1995年

通过控制大鼠饮食来研究ob基因在大鼠脂肪组织中的表达。该研究还检测了糖尿病对基因表达的影响。


2002年6月

研究人员发表了一篇为期三个月的哥廷根小型猪实验的论文,目的是为了研究DIO模型在非啮齿类动物身上是否和啮齿类动物有同样的表现。


2007年

继续以大鼠为研究对象,在大鼠基因组研究的基础上,通过DIO诱导肥胖以RNA芯片分析来阐述大鼠代谢反应和胰岛素合成的敏感性。


2009年

DIO模型被用来挑战人们对肥胖原因的流行看法,一组科学家决定验证肥胖是营养过剩导致并且可以通过限制膳食量来控制的观点是否正确。


2010年

一组研究人员注意到一些美国人的饮食习惯发生了变化,并进行了一项试验来解释为啥脂肪消耗量下降了,肥胖率反而增加。为此,他们调查了脂肪类型、用餐时间、食物量,体重增加以及饮食诱导肥胖症的可逆性之间的联系。


2011年7月

从高脂,高热量,富含胆固醇等不同类型饮食在啮齿类动物身上进行了测试,看看哪种饮食对体重影响最大,并确定在啮齿动物和人类代谢反应之间的差异。

2012年


一项研究试验一些小鼠对高热量饮食反应的耐受性,结果发现,小鼠(B6)经高热量饮食后的脂肪含量、相对器官大小等指标跟人的最为相似。

(美国成年人肥胖比例)


DIO模型动物种类

小鼠

科学家常用小鼠来研究饮食诱导肥胖模型,是因为它们具有与人类相似的哺乳动物生理系统。

科学家利用小鼠研究淋巴毒素对新陈代谢的影响。发现小鼠如果没有淋巴毒素α、淋巴毒素β或淋巴毒素β受体会导致肠道菌群组成失调,从而使得它们抵抗肥胖。即使在长时间保持高脂饮食后,没有淋巴毒素α、淋巴毒素β或淋巴毒素β受体的小鼠在高脂肪饮食中获得的体重也比野生型小鼠更低。另外,研究人员也会使用小鼠研究某些化学物质对肥胖的重要性。例如,小鼠被施以高脂肪饮食,但给予自来水,绿茶或Goishi茶喝,发现饮用Goishi茶的老鼠比喝自来水和绿茶的老鼠体重减轻,血糖减少。研究人员发现,Goishi茶防止脂肪细胞的生长,并防止当小鼠在高脂肪饮食时由肿瘤坏死因子α和白细胞介素6引起的变化。对肥胖有影响的另一种化学物质是蜂胶。为了研究这种蜂胶对肥胖的影响,科学家们将此药物注射到了无限制的高脂肪饮食中的小鼠身上,结果发现,注射蜂胶的小鼠与未注射用蜂胶的小鼠相比,脂肪组织,葡萄糖和胆固醇较少。


(人低脂和高脂饮食肠道菌群差别)


有些物种的小鼠用于研究是因为它们具有对研究重要的特定特征,而不是与人类相似。例如,高山姬鼠被用于代谢研究,因为一天的长度决定了它们的代谢。在研究高山姬鼠时,科学家们发现,即使代谢受日长控制,小鼠仍然可以通过高脂肪饮食增加体重。


尽快大多数小鼠均可通过高脂饮食诱导肥胖,但不同品系之间的小鼠对体重增加、葡萄糖耐受,胰岛素抵抗等方面的反应不尽相同,比如喂食58%高脂饲料喂食的近交系C57BL6比AKR小鼠更容易出现葡萄糖耐受。

(肥胖小鼠vs正常小鼠)


大鼠

大鼠也被用于饮食诱导的肥胖模型。由于大鼠与人类具有很多共有的特征,研究人员会特意选择大鼠研究饮食诱导的肥胖模型,比如胰岛素抵抗。胰岛素抵抗是伴随在大鼠和人类的饮食诱导的肥胖症中。由于两个物种之间的共同性,大鼠被证明可能有助于寻找人类肥胖的真正原因和机理。例如,在一个实验中,雄性SD大鼠被给予低脂肪或高脂肪饮食,高脂饮食的大鼠含有比低脂饮食的多35%脂肪。另外,高脂饮食大鼠的肥胖指数高于低脂饮食大鼠。

(大鼠DIO模型)


狗也一直被用于研究糖尿病,例如,饮食诱导肥胖对胰岛素弥散(insulin dispersion)影响。在该实验中,发现高脂饮食引起胰岛素抵抗,导致心血管疾病,癌症和2型糖尿病。

(狗)


DIO一般方法学


正如大多数科学实验一样,使用饮食诱导的肥胖模型一般设置实验组和对照组,对照组给予低脂肪(例如10%)饮食,而实验组给予高脂饮食(例如60%)。通常,DIO实验目的是想了解肥胖如何影响生理或行为,常见的评价指标包括压力(包括生理和心理),激素变化和胰岛素。

正如大多数科学实验一样,使用饮食诱导的肥胖模型一般设置实验组和对照组,对照组给予低脂肪(例如10%)饮食,而实验组给予高脂饮食(例如60%)。通常,DIO实验目的是想了解肥胖如何影响生理或行为,常见的评价指标包括压力(包括生理和心理),激素变化和胰岛素。

(小鼠DIO模型)


肥胖测量

测量肥胖指标通常是体重或体内脂肪含量。体重指标一般是用原始体重增加或Lee指数(与人体BMI指数相似)方法进行量化。脂肪增加的量化可直接使用双能X射线吸收法进行测定。在研究肥胖对糖尿病的影响时,在饮食前后也进行空腹血糖测试比较。

(小鼠DIO模型中体重和周龄的关系)


饮食

科学家已经成功地使用各种饮食诱发动物肥胖。尽管含有超过30%脂肪的饮食被认为会诱发肥胖,但科学家们已经通过含有13%到85%脂肪的饮食诱发肥胖,不过一般认为60%脂肪的饮食是人类所能达到的极限。用于饮食的具体脂肪食物在各种研究中有所不同,从黄油到猪油,再到棕榈油等。另有研究表明,与西方人饮食更类似的动物饮食(即具有高脂肪,高糖,高盐和低纤维含量的饮食)在诱导肥胖症和肥胖症相关疾病方面比传统的单纯高脂肪饮食诱导更有效。

(脂肪摄入量跟体重的关系)


行为改变

来自高脂肪食物引起的感官刺激是饮食诱导肥胖模型中的一种行为机制——高脂肪食物的质地,味道和口感刺激人类和大鼠神经,从而倾向 “选择,消耗,消化和吸收”这些食物。根据一些研究,喂养的时间,频率和数量是DIO模型中的其他行为因素,比如,夜间进食,低进食频率和大进食量更容易导致饮食诱导肥胖。据报道,抑郁症和长期压力也会通过增加食物摄入量而导致肥胖。

(抑郁症和肥胖)


生理变化

体重增加是饮食诱导肥胖的主要影响,但是还有各种其他生理副作用。其中一种副作用是身体获得更多脂肪细胞。即使饮食中有较低的脂肪含量,脂肪细胞数量的增加依然存在。高脂饮食中体重也会持续下去,体内物质组成伴随着荷尔蒙的变化而变化。高水平的瘦素和胰岛素导致身体对两者都有抵抗力。特别是胰岛素抵抗,会导致更多的脂肪细胞来存储脂肪。

(瘦素对肥胖的影响)

DIO模型局限性

人类的肥胖受到“环境,生物特征和心理压力”的影响,因此,在实验室中构建的高脂饮食诱导模型的研究结果转化到人的身上多少有些局限性。虽然DIO模型是测试药物治疗肥胖的重要方法,但还是要了解到该模型本身的局限性。这种局限性可以分为三大类:生物学,饮食和实验差异,这些因素包括但不限于物种或品系的遗传背景,动物所处的环境(温度,湿度,光照),数量,年龄,性别,实验持续时间,以及饲喂饲料的质地或类型等。

(引起人肥胖的因素)

参考资料(部分):

1. High Fat Diets for Diet-Induced Obesity Models(A Brief Review of the Scientific Literature- October 2008 by Angela M. Gajda, M.S., Senior Scientist, Research Diets, Inc.)

2. Assessment of Diet-induced Obese Rats as an Obesity Model by Comparative Functional Genomics". Obesity. 16 (4): 811-818. doi: 10.1038/oby. 2007.116. ISSN 1930-739X.

3. http://en.wikipedia.org/wiki/Diet-induced_obesity_model


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