胖有什么危害?讓小動物的親身經歷告訴你~

2018-05-17

飲食誘導肥胖模型(DIO模型)

飲食誘導肥胖模型(DIO模型)是一種用高脂或和高密度飲食喂養動物進行肥胖研究的模型。它旨在模仿導致人類肥胖最常見的原因——高脂高熱量飲食。通常使用小鼠,大鼠,狗或非人靈長類動物用于此模型研究。該模型可以用來研究肥胖癥,肥胖癥的并發癥和其他相關疾病。模型使用者必須考慮飲食持續時間及飼料類型(比如凝膠狀或顆粒棒)以及環境條件和動物年齡等因素,因為每種因素的不同都有可能導致動物的體重,脂肪百分比或行為表現的差異。


(高脂飼料)


在世界范圍內,肥胖已成為流行趨勢(特別是西方國家),DIO模型在理解高脂肪/高密度飲食與肥胖之間的關系方面不可或缺,包括發現Akt和mTOR等信號通路參與肥胖過程,以及肥胖和胰島素抵抗之間的聯系。然而,盡管1949年以來對控制肥胖的諸多見解均來自于動物實驗,動物模型的使用還是限制了我們在人身上推斷這些機理的能力。


(AKT-mTOR信號通路)


DIO模型的開發是為了響應人們越來越關注肥胖對健康的影響,以及世界各國肥胖率的快速增長。此模型的目的是在可控的條件下研究肥胖如何發展及其影響。DIO模型早在1949年就已經開始使用,目前已經得到了廣泛的拓展和深入研究。


DIO模型歷史

1978年9月

第一項研究測試了肥胖與可口的高油脂食品之間的關系,但沒有得出任何結論。


1982年

研究測試肥胖對大鼠交感神經系統的影響,發現肥胖有增加高血壓風險。


1995年

通過控制大鼠飲食來研究ob基因在大鼠脂肪組織中的表達。該研究還檢測了糖尿病對基因表達的影響。


2002年6月

研究人員發表了一篇為期三個月的哥廷根小型豬實驗的論文,目的是為了研究DIO模型在非嚙齒類動物身上是否和嚙齒類動物有同樣的表現。


2007年

繼續以大鼠為研究對象,在大鼠基因組研究的基礎上,通過DIO誘導肥胖以RNA芯片分析來闡述大鼠代謝反應和胰島素合成的敏感性。


2009年

DIO模型被用來挑戰人們對肥胖原因的流行看法,一組科學家決定驗證肥胖是營養過剩導致并且可以通過限制膳食量來控制的觀點是否正確。


2010年

一組研究人員注意到一些美國人的飲食習慣發生了變化,并進行了一項試驗來解釋為什么脂肪消耗量下降了,肥胖率反而增加。為此,他們調查了脂肪類型、用餐時間、食物量,體重增加以及飲食誘導肥胖癥的可逆性之間的聯系。


2011年7月

從高脂,高熱量,富含膽固醇等不同類型飲食在嚙齒類動物身上進行了測試,看看哪種飲食對體重影響最大,并確定在嚙齒動物和人類代謝反應之間的差異。

2012年


一項研究試驗一些小鼠對高熱量飲食反應的耐受性,結果發現,小鼠(B6)經高熱量飲食后的脂肪含量、相對器官大小等指標跟人的最為相似。

(美國成年人肥胖比例)


DIO模型動物種類

小鼠

科學家常用小鼠來研究飲食誘導肥胖模型,是因為它們具有與人類相似的哺乳動物生理系統。

科學家利用小鼠研究淋巴毒素對新陳代謝的影響。發現小鼠如果沒有淋巴毒素α、淋巴毒素β或淋巴毒素β受體會導致腸道菌群組成失調,從而使得它們抵抗肥胖。即使在長時間保持高脂飲食后,沒有淋巴毒素α、淋巴毒素β或淋巴毒素β受體的小鼠在高脂肪飲食中獲得的體重也比野生型小鼠更低。另外,研究人員也會使用小鼠研究某些化學物質對肥胖的重要性。例如,小鼠被施以高脂肪飲食,但給予自來水,綠茶或Goishi茶喝,發現飲用Goishi茶的老鼠比喝自來水和綠茶的老鼠體重減輕,血糖減少。研究人員發現,Goishi茶防止脂肪細胞的生長,并防止當小鼠在高脂肪飲食時由腫瘤壞死因子α和白細胞介素6引起的變化。對肥胖有影響的另一種化學物質是蜂膠。為了研究這種蜂膠對肥胖的影響,科學家們將此藥物注射到了無限制的高脂肪飲食中的小鼠身上,結果發現,注射蜂膠的小鼠與未注射用蜂膠的小鼠相比,脂肪組織,葡萄糖和膽固醇較少。


(人低脂和高脂飲食腸道菌群差別)


有些物種的小鼠用于研究是因為它們具有對研究重要的特定特征,而不是與人類相似。例如,高山姬鼠被用于代謝研究,因為一天的長度決定了它們的代謝。在研究高山姬鼠時,科學家們發現,即使代謝受日長控制,小鼠仍然可以通過高脂肪飲食增加體重。


盡快大多數小鼠均可通過高脂飲食誘導肥胖,但不同品系之間的小鼠對體重增加、葡萄糖耐受,胰島素抵抗等方面的反應不盡相同,比如喂食58%高脂飼料喂食的近交系C57BL6比AKR小鼠更容易出現葡萄糖耐受。

(肥胖小鼠vs正常小鼠)


大鼠

大鼠也被用于飲食誘導的肥胖模型。由于大鼠與人類具有很多共有的特征,研究人員會特意選擇大鼠研究飲食誘導的肥胖模型,比如胰島素抵抗。胰島素抵抗是伴隨在大鼠和人類的飲食誘導的肥胖癥中。由于兩個物種之間的共同性,大鼠被證明可能有助于尋找人類肥胖的真正原因和機理。例如,在一個實驗中,雄性SD大鼠被給予低脂肪或高脂肪飲食,高脂飲食的大鼠含有比低脂飲食的多35%脂肪。另外,高脂飲食大鼠的肥胖指數高于低脂飲食大鼠。

(大鼠DIO模型)


狗也一直被用于研究糖尿病,例如,飲食誘導肥胖對胰島素彌散(insulin dispersion)影響。在該實驗中,發現高脂飲食引起胰島素抵抗,導致心血管疾病,癌癥和2型糖尿病。

(狗)


DIO一般方法學


正如大多數科學實驗一樣,使用飲食誘導的肥胖模型一般設置實驗組和對照組,對照組給予低脂肪(例如10%)飲食,而實驗組給予高脂飲食(例如60%)。通常,DIO實驗目的是想了解肥胖如何影響生理或行為,常見的評價指標包括壓力(包括生理和心理),激素變化和胰島素。

正如大多數科學實驗一樣,使用飲食誘導的肥胖模型一般設置實驗組和對照組,對照組給予低脂肪(例如10%)飲食,而實驗組給予高脂飲食(例如60%)。通常,DIO實驗目的是想了解肥胖如何影響生理或行為,常見的評價指標包括壓力(包括生理和心理),激素變化和胰島素。

(小鼠DIO模型)


肥胖測量

測量肥胖指標通常是體重或體內脂肪含量。體重指標一般是用原始體重增加或Lee指數(與人體BMI指數相似)方法進行量化。脂肪增加的量化可直接使用雙能X射線吸收法進行測定。在研究肥胖對糖尿病的影響時,在飲食前后也進行空腹血糖測試比較。

(小鼠DIO模型中體重和周齡的關系)


飲食

科學家已經成功地使用各種飲食誘發動物肥胖。盡管含有超過30%脂肪的飲食被認為會誘發肥胖,但科學家們已經通過含有13%到85%脂肪的飲食誘發肥胖,不過一般認為60%脂肪的飲食是人類所能達到的極限。用于飲食的具體脂肪食物在各種研究中有所不同,從黃油到豬油,再到棕櫚油等。另有研究表明,與西方人飲食更類似的動物飲食(即具有高脂肪,高糖,高鹽和低纖維含量的飲食)在誘導肥胖癥和肥胖癥相關疾病方面比傳統的單純高脂肪飲食誘導更有效。

(脂肪攝入量跟體重的關系)


行為改變

來自高脂肪食物引起的感官刺激是飲食誘導肥胖模型中的一種行為機制——高脂肪食物的質地,味道和口感刺激人類和大鼠神經,從而傾向 “選擇,消耗,消化和吸收”這些食物。根據一些研究,喂養的時間,頻率和數量是DIO模型中的其他行為因素,比如,夜間進食,低進食頻率和大進食量更容易導致飲食誘導肥胖。據報道,抑郁癥和長期壓力也會通過增加食物攝入量而導致肥胖。

(抑郁癥和肥胖)


生理變化

體重增加是飲食誘導肥胖的主要影響,但是還有各種其他生理副作用。其中一種副作用是身體獲得更多脂肪細胞。即使飲食中有較低的脂肪含量,脂肪細胞數量的增加依然存在。高脂飲食中體重也會持續下去,體內物質組成伴隨著荷爾蒙的變化而變化。高水平的瘦素和胰島素導致身體對兩者都有抵抗力。特別是胰島素抵抗,會導致更多的脂肪細胞來存儲脂肪。

(瘦素對肥胖的影響)

DIO模型局限性

人類的肥胖受到“環境,生物特征和心理壓力”的影響,因此,在實驗室中構建的高脂飲食誘導模型的研究結果轉化到人的身上多少有些局限性。雖然DIO模型是測試藥物治療肥胖的重要方法,但還是要了解到該模型本身的局限性。這種局限性可以分為三大類:生物學,飲食和實驗差異,這些因素包括但不限于物種或品系的遺傳背景,動物所處的環境(溫度,濕度,光照),數量,年齡,性別,實驗持續時間,以及飼喂飼料的質地或類型等。

(引起人肥胖的因素)

參考資料(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. https://en.wikipedia.org/wiki/Diet-induced_obesity_model


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