Tak fordi du besøger Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset CSS-understøttelse. For at få den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer). I mellemtiden, for at sikre fortsat support, vil vi gengive webstedet uden typografier og JavaScript.
De fleste metaboliske studier på mus udføres ved stuetemperatur, selvom mus under disse forhold, i modsætning til mennesker, bruger meget energi på at opretholde den indre temperatur. Her beskriver vi normalvægtige og kostinduceret fedme (DIO) hos C57BL/6J-mus fodret med henholdsvis chow chow eller en diæt med 45% fedtindhold. Musene blev anbragt i 33 dage ved 22, 25, 27,5 og 30° C i et indirekte kalorimetrisystem. Vi viser, at energiforbruget stiger lineært fra 30°C til 22°C og er omkring 30% højere ved 22°C i begge musemodeller. Hos normalvægtige mus modvirkede fødeindtaget EE. Omvendt reducerede DIO-mus ikke fødeindtaget, når EE faldt. Ved afslutningen af studiet havde mus ved 30°C således højere kropsvægt, fedtmasse og plasmaglycerol og triglycerider end mus ved 22°C. Ubalancen hos DIO-mus kan skyldes øget nydelsesbaseret slankekur.
Musen er den mest almindeligt anvendte dyremodel til studiet af menneskelig fysiologi og patofysiologi, og er ofte det standarddyr, der anvendes i de tidlige stadier af lægemiddelforskning og -udvikling. Mus adskiller sig dog fra mennesker på flere vigtige fysiologiske måder, og selvom allometrisk skalering i et vist omfang kan bruges til at oversætte til mennesker, ligger de store forskelle mellem mus og mennesker i termoregulering og energihomeostase. Dette demonstrerer en fundamental inkonsistens. Den gennemsnitlige kropsmasse for voksne mus er mindst tusind gange mindre end for voksne (50 g vs. 50 kg), og forholdet mellem overfladeareal og masse adskiller sig med omkring 400 gange på grund af den ikke-lineære geometriske transformation beskrevet af Mee. Ligning 2. Som følge heraf mister mus betydeligt mere varme i forhold til deres volumen, så de er mere følsomme over for temperatur, mere tilbøjelige til hypotermi og har en gennemsnitlig basalstofskiftehastighed, der er ti gange højere end menneskers. Ved standard stuetemperatur (~22 °C) skal mus øge deres samlede energiforbrug (EE) med omkring 30 % for at opretholde kernekropstemperaturen. Ved lavere temperaturer stiger EE endnu mere med omkring 50 % og 100 % ved 15 og 7 °C sammenlignet med EE ved 22 °C. Standardopholdsforhold inducerer således en kuldestressrespons, hvilket kan kompromittere overførbarheden af museresultater til mennesker, da mennesker, der lever i moderne samfund, tilbringer det meste af deres tid under termoneutrale forhold (fordi vores lavere arealforhold mellem overflade og volumen gør os mindre følsomme over for temperatur, da vi skaber en termoneutral zone (TNZ) omkring os. EE over basalstofskiftet) spænder over ~19 til 30 °C6, mens mus har et højere og smallere bånd, der kun strækker sig over 2-4 °C7,8. Faktisk har dette vigtige aspekt fået betydelig opmærksomhed i de senere år4, 7,8,9,10,11,12, og det er blevet foreslået, at nogle "artsforskelle" kan afbødes ved at øge skaltemperaturen9. Der er dog ingen konsensus om det temperaturområde, der udgør termoneutralitet hos mus. Hvorvidt den nedre kritiske temperatur i det termoneutrale område hos mus med ét knæ er tættere på 25 °C eller tættere på 30 °C4, 7, 8, 10, 12 er således fortsat kontroversielt. EE og andre metaboliske parametre har været begrænset til timer til dage, så det er uklart, i hvilket omfang langvarig eksponering for forskellige temperaturer kan påvirke metaboliske parametre såsom kropsvægt. Indtagelse, substratudnyttelse, glukosetolerance og plasmalipid- og glukosekoncentrationer samt appetitregulerende hormoner. Derudover er der behov for yderligere forskning for at fastslå, i hvilken grad kosten kan påvirke disse parametre (DIO-mus på en fedtrig kost kan være mere orienteret mod en nydelsesbaseret (hedonisk) kost). For at give mere information om dette emne undersøgte vi effekten af opvæksttemperatur på de førnævnte metaboliske parametre hos normalvægtige voksne hanmus og kostinduceret overvægtige (DIO) hanmus på en 45 % fedtrig kost. Musene blev holdt ved 22, 25, 27,5 eller 30 °C i mindst tre uger. Temperaturer under 22°C er ikke blevet undersøgt, fordi standard dyrestalde sjældent er under stuetemperatur. Vi fandt, at normalvægtige mus og mus med én cirkel i DIO-mus reagerede ens på ændringer i indhegningens temperatur med hensyn til EE og uanset indhegningens forhold (med eller uden ly/redemateriale). Men mens normalvægtige mus justerede deres fødeindtag i henhold til EE, var fødeindtaget hos DIO-mus stort set uafhængigt af EE, hvilket resulterede i, at musene tog mere på i vægt. Ifølge data om kropsvægt viste plasmakoncentrationerne af lipider og ketonstoffer, at DIO-mus ved 30°C havde en mere positiv energibalance end mus ved 22°C. De underliggende årsager til forskellene i balancen mellem energiindtag og EE mellem normalvægtige og DIO-mus kræver yderligere undersøgelse, men kan være relateret til patofysiologiske ændringer hos DIO-mus og effekten af nydelsesbaseret diæt som følge af en overvægtig kost.
EE steg lineært fra 30 til 22 °C og var omkring 30 % højere ved 22 °C sammenlignet med 30 °C (fig. 1a, b). Den respiratoriske udvekslingshastighed (RER) var uafhængig af temperaturen (fig. 1c, d). Fødeindtaget var i overensstemmelse med EE-dynamikken og steg med faldende temperatur (også ~30 % højere ved 22 °C sammenlignet med 30 °C (fig. 1e, f). Vandindtag. Volumen og aktivitetsniveau afhang ikke af temperaturen (fig. 1g).
Hanmus (C57BL/6J, 20 uger gamle, individuelt anbragte, n=7) blev anbragt i metaboliske bure ved 22°C i en uge før studiets start. To dage efter indsamlingen af baggrundsdata blev temperaturen hævet i intervaller på 2°C kl. 06:00 om dagen (begyndelsen af lysfasen). Data præsenteres som middelværdi ± standardfejl for middelværdien, og mørkefasen (18:00-06:00) er repræsenteret af en grå boks. a Energiforbrug (kcal/t), b Samlet energiforbrug ved forskellige temperaturer (kcal/24 t), c Respirationsudvekslingshastighed (VCO2/VO2: 0,7-1,0), d Gennemsnitlig RER i lys og mørkefase (VCO2/VO2) (nulværdi er defineret som 0,7). e kumulativt fødeindtag (g), f samlet fødeindtag i løbet af 24 timer, g samlet vandindtag i løbet af 24 timer (ml), h samlet vandindtag i løbet af 24 timer, i kumulativt aktivitetsniveau (m) og j samlet aktivitetsniveau (m/24t). Musene blev holdt ved den angivne temperatur i 48 timer. Data vist for 24, 26, 28 og 30 °C refererer til de sidste 24 timer af hver cyklus. Musene forblev fodrede under hele undersøgelsen. Statistisk signifikans blev testet ved gentagne målinger af envejs ANOVA efterfulgt af Tukeys multiple sammenligningstest. Stjerner angiver signifikans for startværdien på 22 °C, skygge angiver signifikans mellem andre grupper som angivet. *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.Gennemsnitsværdier blev beregnet for hele forsøgsperioden (0-192 timer). n = 7.
Som i tilfældet med normalvægtige mus steg EE lineært med faldende temperatur, og i dette tilfælde var EE også omkring 30 % højere ved 22 °C sammenlignet med 30 °C (fig. 2a, b). RER ændrede sig ikke ved forskellige temperaturer (fig. 2c, d). I modsætning til normalvægtige mus var fødeindtaget ikke i overensstemmelse med EE som funktion af stuetemperatur. Fødeindtag, vandindtag og aktivitetsniveau var uafhængige af temperaturen (fig. 2e-j).
Hanmus (C57BL/6J, 20 uger) DIO blev individuelt anbragt i metaboliske bure ved 22° C i en uge før studiets start. Mus kan bruge 45% HFD ad libitum. Efter akklimatisering i to dage blev baseline-data indsamlet. Efterfølgende blev temperaturen hævet i trin på 2°C hver anden dag kl. 06:00 (begyndelsen af lysfasen). Data præsenteres som middelværdi ± standardfejl for middelværdien, og mørkefasen (18:00-06:00) er repræsenteret af en grå boks. a Energiforbrug (kcal/t), b Samlet energiforbrug ved forskellige temperaturer (kcal/24 t), c Respiratorisk udvekslingshastighed (VCO2/VO2: 0,7-1,0), d Gennemsnitlig RER i lys og mørke (VCO2/VO2) fase (nulværdi er defineret som 0,7). e kumulativt fødeindtag (g), f totalt fødeindtag i løbet af 24 timer, g totalt vandindtag i løbet af 24 timer (ml), h totalt vandindtag i løbet af 24 timer, i kumulativt aktivitetsniveau (m) og j totalt aktivitetsniveau (m/24t). Musene blev holdt ved den angivne temperatur i 48 timer. Data vist for 24, 26, 28 og 30 °C refererer til de sidste 24 timer af hver cyklus. Musene blev holdt ved 45 % HFD indtil undersøgelsens afslutning. Statistisk signifikans blev testet ved gentagne målinger af envejs ANOVA efterfulgt af Tukeys multiple sammenligningstest. Asterisker angiver signifikans for startværdien på 22 °C, skygge angiver signifikans mellem andre grupper som angivet. *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.Gennemsnitsværdier blev beregnet for hele forsøgsperioden (0-192 timer). n = 7.
I en anden række eksperimenter undersøgte vi effekten af omgivelsestemperatur på de samme parametre, men denne gang mellem grupper af mus, der konstant blev holdt ved en bestemt temperatur. Musene blev opdelt i fire grupper for at minimere statistiske ændringer i gennemsnit og standardafvigelse for kropsvægt, fedt og normal kropsvægt (fig. 3a-c). Efter 7 dages akklimatisering blev der registreret 4,5 dages EE. EE påvirkes signifikant af omgivelsestemperaturen både i dagslys og om natten (fig. 3d) og stiger lineært, når temperaturen falder fra 27,5 °C til 22 °C (fig. 3e). Sammenlignet med andre grupper var RER for 25 °C-gruppen noget reduceret, og der var ingen forskelle mellem de resterende grupper (fig. 3f, g). Fødeindtag parallelt med EE-mønsteret a steg med cirka 30 % ved 22 °C sammenlignet med 30 °C (fig. 3h, i). Vandforbrug og aktivitetsniveauer adskilte sig ikke signifikant mellem grupperne (fig. 3j, k). Eksponering for forskellige temperaturer i op til 33 dage førte ikke til forskelle i kropsvægt, muskelmasse og fedtmasse mellem grupperne (fig. 3n-s), men resulterede i et fald i muskelmasse på cirka 15 % sammenlignet med selvrapporterede scorer (fig. 3n-s). 3b, r, c)), og fedtmassen steg med mere end 2 gange (fra ~1 g til 2-3 g, fig. 3c, t, c). Desværre har 30 °C-skabet kalibreringsfejl og kan ikke give nøjagtige EE- og RER-data.
- Kropsvægt (a), muskelmasse (b) og fedtmasse (c) efter 8 dage (én dag før overførsel til SABLE-systemet). d Energiforbrug (kcal/t). e Gennemsnitligt energiforbrug (0-108 timer) ved forskellige temperaturer (kcal/24 timer). f Respiratorisk udvekslingsforhold (RER) (VCO2/VO2). g Gennemsnitlig RER (VCO2/VO2). h Samlet fødeindtag (g). i Gennemsnitligt fødeindtag (g/24 timer). j Samlet vandforbrug (ml). k Gennemsnitligt vandforbrug (ml/24 t). l Kumulativt aktivitetsniveau (m). m Gennemsnitligt aktivitetsniveau (m/24 t). n kropsvægt på den 18. dag, o ændring i kropsvægt (fra -8. til 18. dag), p muskelmasse på den 18. dag, q ændring i muskelmasse (fra -8. til 18. dag), r fedtmasse på dag 18 og ændring i fedtmasse (fra -8 til 18 dage). Den statistiske signifikans af gentagne målinger blev testet ved hjælp af Oneway-ANOVA efterfulgt af Tukeys multiple sammenligningstest. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P <0,05, **P <0,01, ***P <0,001, ****P <0,0001. *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001, ****P<0,0001. *P < 0,05,**P < 0,01,***P < 0,001,****P < 0,0001. *P < 0,05,**P < 0,01,***P < 0,001,****P < 0,0001. *P <0,05, **P <0,01, ***P <0,001, ****P <0,0001. *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001, ****P<0,0001.Data præsenteres som middelværdi + standardfejl for middelværdien, den mørke fase (18:00-06:00) er repræsenteret af grå bokse. Prikkerne på histogrammerne repræsenterer individuelle mus. Gennemsnitsværdier blev beregnet for hele forsøgsperioden (0-108 timer). n = 7.
Musene blev matchet i kropsvægt, muskelmasse og fedtmasse ved baseline (fig. 4a-c) og holdt ved 22, 25, 27,5 og 30 °C som i studier med mus med normal vægt. Ved sammenligning af grupper af mus viste forholdet mellem EE og temperatur et lignende lineært forhold med temperatur over tid hos de samme mus. Mus, der blev holdt ved 22 °C, forbrugte således ca. 30 % mere energi end mus, der blev holdt ved 30 °C (fig. 4d, e). Ved undersøgelse af effekter hos dyr påvirkede temperaturen ikke altid RER (fig. 4f, g). Fødeindtag, vandindtag og aktivitet blev ikke signifikant påvirket af temperatur (fig. 4h-m). Efter 33 dages opvækst havde mus ved 30 °C en signifikant højere kropsvægt end mus ved 22 °C (fig. 4n). Sammenlignet med deres respektive baselinepunkter havde mus opdrættet ved 30 °C signifikant højere kropsvægte end mus opdrættet ved 22 °C (gennemsnit ± standardfejl for gennemsnittet: Fig. 4o). Den relativt højere vægtøgning skyldtes en stigning i fedtmasse (Fig. 4p, q) snarere end en stigning i mager masse (Fig. 4r, s). I overensstemmelse med den lavere EE-værdi ved 30 °C blev ekspressionen af flere BAT-gener, der øger BAT-funktion/aktivitet, reduceret ved 30 °C sammenlignet med 22 °C: Adra1a, Adrb3 og Prdm16. Andre nøglegener, der også øger BAT-funktion/aktivitet, blev ikke påvirket: Sema3a (regulering af neuritvækst), Tfam (mitokondriel biogenese), Adrb1, Adra2a, Pck1 (glukoneogenese) og Cpt1a. Overraskende nok faldt Ucp1 og Vegf-a, forbundet med øget termogen aktivitet, ikke i 30 °C-gruppen. Faktisk var Ucp1-niveauerne i tre mus højere end i 22 °C-gruppen, og Vegf-a og Adrb2 var signifikant forhøjede. Sammenlignet med 22 °C-gruppen viste mus, der blev holdt ved 25 °C og 27,5 °C, ingen ændring (Supplerende Figur 1).
- Kropsvægt (a), muskelmasse (b) og fedtmasse (c) efter 9 dage (en dag før overførsel til SABLE-systemet). d Energiforbrug (EE, kcal/t). e Gennemsnitligt energiforbrug (0-96 timer) ved forskellige temperaturer (kcal/24 timer). f Respiratorisk udvekslingsforhold (RER, VCO2/VO2). g Gennemsnitlig RER (VCO2/VO2). h Samlet fødeindtag (g). i Gennemsnitligt fødeindtag (g/24 timer). j Samlet vandforbrug (ml). k Gennemsnitligt vandforbrug (ml/24 t). l Kumulativt aktivitetsniveau (m). m Gennemsnitligt aktivitetsniveau (m/24 t). n Kropsvægt på dag 23 (g), o Ændring i kropsvægt, p Muskelmasse, q Ændring i muskelmasse (g) på dag 23 sammenlignet med dag 9, Ændring i fedtmasse (g) på dag 23, fedtmasse (g) sammenlignet med dag 8, dag 23 sammenlignet med dag 8. Den statistiske signifikans af gentagne målinger blev testet ved hjælp af Oneway-ANOVA efterfulgt af Tukeys multiple sammenligningstest. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *Р<0,05, ***Р<0,001, ****Р<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *Р<0,05, ***Р<0,001, ****Р<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001.Data præsenteres som middelværdi + standardfejl for middelværdien, den mørke fase (18:00-06:00) er repræsenteret af grå bokse. Prikkerne på histogrammerne repræsenterer individuelle mus. Middelværdier blev beregnet for hele forsøgsperioden (0-96 timer). n = 7.
Ligesom mennesker skaber mus ofte mikromiljøer for at reducere varmetab til miljøet. For at kvantificere betydningen af dette miljø for EE evaluerede vi EE ved 22, 25, 27,5 og 30 °C, med eller uden læderbeskyttere og redemateriale. Ved 22 °C reducerer tilsætningen af standardskind EE med ca. 4 %. Den efterfølgende tilsætning af redemateriale reducerede EE med 3-4 % (fig. 5a, b). Der blev ikke observeret nogen signifikante ændringer i RER, fødeindtag, vandindtag eller aktivitetsniveauer ved tilsætning af huse eller skind + strøelse (figur 5i-p). Tilsætningen af skind og redemateriale reducerede også EE signifikant ved 25 og 30 °C, men responserne var kvantitativt mindre. Ved 27,5 °C blev der ikke observeret nogen forskel. Det er værd at bemærke, at EE i disse eksperimenter faldt med stigende temperatur, i dette tilfælde ca. 57 % lavere end EE ved 30 °C sammenlignet med 22 °C (fig. 5c-h). Den samme analyse blev kun udført for den lette fase, hvor EE var tættere på den basale stofskiftehastighed, da musene i dette tilfælde for det meste hvilede i huden, hvilket resulterede i sammenlignelige effektstørrelser ved forskellige temperaturer (Supplerende Fig. 2a-h).
Data for mus fra ly og redemateriale (mørkeblå), hjem men intet redemateriale (lyseblå), og hjem og redemateriale (orange). Energiforbrug (EE, kcal/t) for rum a, c, e og g ved 22, 25, 27,5 og 30 °C, b, d, f og h betyder EE (kcal/t). ip Data for mus anbragt ved 22 °C: i respirationsfrekvens (RER, VCO2/VO2), j gennemsnitlig RER (VCO2/VO2), k kumulativ fødeindtagelse (g), l gennemsnitlig fødeindtagelse (g/24 t), m samlet vandindtag (ml), n gennemsnitlig vandindtag AUC (ml/24t), o samlet aktivitet (m), p gennemsnitligt aktivitetsniveau (m/24t). Data præsenteres som gennemsnit + standardfejl for gennemsnittet, den mørke fase (18:00-06:00 t) er repræsenteret af grå bokse. Prikkerne på histogrammerne repræsenterer individuelle mus. Den statistiske signifikans af gentagne målinger blev testet ved hjælp af Oneway-ANOVA efterfulgt af Tukeys multiple sammenligningstest. *P < 0,05, **P < 0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *Р<0,05, **Р<0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P < 0,05,**P < 0,01. *P < 0,05,**P < 0,01. *Р<0,05, **Р<0,01. *P<0,05, **P<0,01.Gennemsnitsværdier blev beregnet for hele forsøgsperioden (0-72 timer). n = 7.
Hos mus med normal vægt (2-3 timers faste) resulterede opvækst ved forskellige temperaturer ikke i signifikante forskelle i plasmakoncentrationerne af TG, 3-HB, kolesterol, ALT og AST, men i HDL som funktion af temperaturen. Figur 6a-e). Fasteplasmakoncentrationerne af leptin, insulin, C-peptid og glukagon varierede heller ikke mellem grupperne (figur 6g-j). På dagen for glukosetolerancetesten (efter 31 dage ved forskellige temperaturer) var baseline-blodglukoseniveauet (5-6 timers faste) cirka 6,5 mM, uden forskel mellem grupperne. Administration af oral glukose øgede blodglukosekoncentrationerne signifikant i alle grupper, men både peakkoncentrationen og det inkrementelle areal under kurven (iAUC'er) (15-120 min) var lavere i gruppen af mus, der blev holdt ved 30 °C (individuelle tidspunkter: P < 0,05-P < 0,0001, fig. 6k, l) sammenlignet med musene, der blev holdt ved 22, 25 og 27,5 °C (som ikke adskilte sig indbyrdes). Administration af oral glukose øgede blodglukosekoncentrationerne signifikant i alle grupper, men både peakkoncentrationen og det inkrementelle areal under kurven (iAUC'er) (15-120 min) var lavere i gruppen af mus, der blev holdt ved 30 °C (individuelle tidspunkter: P < 0,05-P < 0,0001, fig. 6k, l) sammenlignet med musene, der blev holdt ved 22, 25 og 27,5 °C (som ikke adskilte sig indbyrdes). Пероральное введение глюкозы значительно повышало концентрацию глюкозы в крови во всех групоканпах, концентрация, так и площадь приращения под кривыми (iAUC) (15–120 min.) °C (modstandsværdier: P < 0,05–P < 0,0001, рис. 6k, l) i forbindelse med møje, содержащимися посравнению 22, 25 og 27,5 ° C (которые не различались между собой). Oral administration af glukose øgede blodglukosekoncentrationerne signifikant i alle grupper, men både peakkoncentrationen og det inkrementelle areal under kurven (iAUC) (15-120 min) var lavere i musegruppen, der fik 30 °C (separate tidspunkter: P < 0,05-P < 0,0001, fig. 6k, l) sammenlignet med mus, der blev holdt ved 22, 25 og 27,5 °C (som ikke afveg fra hinanden).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Ｔ旄时钟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 30 °C 帼C 饄养浓度 和 曲线 下 增加 面积 面积 (IAUC) (15-120 分钟) 均 较 低 各 个 点 点 点 点 .–P < 0 繂 . 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Oral administration af glukose øgede blodglukosekoncentrationerne signifikant i alle grupper, men både peakkoncentrationen og arealet under kurven (iAUC) (15-120 min) var lavere i musegruppen, der fik mad ved 30 °C (alle tidspunkter).: P < 0,05–P < 0,0001, рис. P < 0,05–P < 0,0001, figur.6l, l) sammenlignet med mus holdt ved 22, 25 og 27,5 °C (ingen forskel fra hinanden).
Plasmakoncentrationer af TG, 3-HB, kolesterol, HDL, ALT, AST, FFA, glycerol, leptin, insulin, C-peptid og glukagon er vist hos voksne hanlige DIO(al)-mus efter 33 dages fodring ved den angivne temperatur. Musene blev ikke fodret 2-3 timer før blodprøvetagning. Undtagelsen var en oral glukosetolerancetest, som blev udført to dage før studiets afslutning på mus, der fastede i 5-6 timer og holdtes ved den passende temperatur i 31 dage. Musene blev udsat for 2 g/kg kropsvægt. Arealet under kurven (L) er udtrykt som inkrementelle data (iAUC). Data præsenteres som middelværdi ± SEM. Prikkerne repræsenterer individuelle prøver. *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.
Hos DIO-mus (også fastede i 2-3 timer) var der ingen forskel på plasmakoncentrationerne af kolesterol, HDL, ALT, AST og FFA mellem grupperne. Både TG og glycerol var signifikant forhøjet i 30 °C-gruppen sammenlignet med 22 °C-gruppen (figur 7a-h). I modsætning hertil var 3-GB ca. 25 % lavere ved 30 °C sammenlignet med 22 °C (figur 7b). Selvom mus, der blev holdt ved 22 °C, havde en samlet positiv energibalance, som antydet af vægtøgning, tyder forskelle i plasmakoncentrationerne af TG, glycerol og 3-HB på, at mus ved 22 °C, når prøveudtagningen var lavere, end ved 22 °C. Mus opdrættet ved 30 °C var i en relativt mere energimæssigt negativ tilstand. I overensstemmelse med dette var leverkoncentrationerne af ekstraherbar glycerol og TG, men ikke glykogen og kolesterol, højere i 30 °C-gruppen (supplerende figur 3a-d). For at undersøge, om de temperaturafhængige forskelle i lipolyse (målt ved plasma-TG og glycerol) er resultatet af interne ændringer i epididymalt eller inguinalt fedt, ekstraherede vi fedtvæv fra disse depoter ved afslutningen af studiet og kvantificerede fri fedtsyre ex vivo og frigivelse af glycerol. I alle forsøgsgrupper viste fedtvævsprøver fra epididymale og inguinale depoter mindst en dobbelt stigning i glycerol- og FFA-produktion som reaktion på isoproterenolstimulering (Supplerende Fig. 4a-d). Der blev dog ikke fundet nogen effekt af skaltemperatur på basal eller isoproterenol-stimuleret lipolyse. I overensstemmelse med højere kropsvægt og fedtmasse var plasma-leptinniveauerne signifikant højere i 30°C-gruppen end i 22°C-gruppen (Figur 7i). Tværtimod var der ingen forskel på plasmaniveauerne af insulin og C-peptid mellem temperaturgrupperne (fig. 7k, k), men plasmaglucagon viste en afhængighed af temperaturen, men i dette tilfælde var næsten 22 °C i den modsatte gruppe dobbelt så høj som 30 °C. FRA Gruppe C (fig. 7l). FGF21 var ikke forskellig mellem forskellige temperaturgrupper (fig. 7m). På dagen for OGTT var baseline-blodglukoseværdien cirka 10 mM og var ikke forskellig mellem mus, der blev holdt ved forskellige temperaturer (fig. 7n). Oral administration af glukose øgede blodglukoseniveauerne og toppede i alle grupper ved en koncentration på cirka 18 mM 15 minutter efter dosering. Der var ingen signifikante forskelle i iAUC (15-120 min) og koncentrationer på forskellige tidspunkter efter dosering (15, 30, 60, 90 og 120 min) (figur 7n, o).
Plasmakoncentrationer af TG, 3-HB, kolesterol, HDL, ALT, AST, FFA, glycerol, leptin, insulin, C-peptid, glukagon og FGF21 blev vist hos voksne hanlige DIO (ao) mus efter 33 dages fodring ved specificeret temperatur. Musene blev ikke fodret 2-3 timer før blodprøvetagning. Den orale glukosetolerancetest var en undtagelse, da den blev udført i en dosis på 2 g/kg kropsvægt to dage før studiets afslutning på mus, der blev fastet i 5-6 timer og holdt ved den passende temperatur i 31 dage. Arealet under kurven-dataene (o) er vist som inkrementelle data (iAUC). Data præsenteres som middelværdi ± SEM. Prikkerne repræsenterer individuelle prøver. *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.
Overførbarheden af gnaverdata til mennesker er et komplekst spørgsmål, der spiller en central rolle i fortolkningen af observationers betydning i forbindelse med fysiologisk og farmakologisk forskning. Af økonomiske årsager og for at lette forskningen holdes mus ofte ved stuetemperatur under deres termoneutrale zone, hvilket resulterer i aktivering af forskellige kompenserende fysiologiske systemer, der øger stofskiftet og potentielt forringer translaterbarheden9. Således kan eksponering af mus for kulde gøre mus resistente over for diætinduceret fedme og kan forhindre hyperglykæmi hos streptozotocinbehandlede rotter på grund af øget ikke-insulinkrævende glukosetransport. Det er dog ikke klart, i hvilket omfang langvarig eksponering for forskellige relevante temperaturer (fra stue til termoneutrale) påvirker de forskellige energihomeostaser hos normalvægtige mus (på føde) og DIO-mus (på HFD) og metaboliske parametre, samt i hvilket omfang de var i stand til at afbalancere en stigning i EE med en stigning i fødeindtag. Undersøgelsen, der præsenteres i denne artikel, har til formål at skabe klarhed over dette emne.
Vi viser, at EE hos normalvægtige voksne mus og hanlige DIO-mus er omvendt proportionalt med stuetemperatur mellem 22 og 30 °C. EE ved 22 °C var således omkring 30 % højere end ved 30 °C i begge musemodeller. En vigtig forskel mellem normalvægtige mus og DIO-mus er imidlertid, at mens normalvægtige mus matchede EE ved lavere temperaturer ved at justere fødeindtaget derefter, varierede fødeindtaget hos DIO-mus på forskellige niveauer. Undersøgelsestemperaturerne var ens. Efter en måned tog DIO-mus holdt ved 30 °C mere kropsvægt og fedtmasse på end mus holdt ved 22 °C, hvorimod normale mennesker holdt ved samme temperatur og i samme periode ikke førte til feber. afhængig forskel i kropsvægt. vægt mus. Sammenlignet med temperaturer nær termoneutrale eller ved stuetemperatur resulterede vækst ved stuetemperatur i, at DIO- eller normalvægtige mus på en fedtrig kost, men ikke på en normalvægtig musediæt, tog relativt mindre kropsvægt på. Understøttet af andre studier17,18,19,20,21, men ikke af alle22,23.
Evnen til at skabe et mikromiljø for at reducere varmetab antages at forskyde termisk neutralitet til venstre8, 12. I vores undersøgelse reducerede både tilsætning af redemateriale og skjulning EE, men resulterede ikke i termisk neutralitet op til 28°C. Vores data understøtter derfor ikke, at det laveste punkt for termoneutralitet hos voksne mus med et knæ, med eller uden miljøberigede huse, skulle være 26-28°C som vist8,12, men det understøtter andre undersøgelser, der viser termoneutralitet. temperaturer på 30°C hos mus med lavt temperatur7, 10, 24. For at komplicere tingene har det vist sig, at det termoneutralitetspunkt hos mus ikke er statisk i løbet af dagen, da det er lavere i hvilefasen (lysfasen), muligvis på grund af lavere kalorieproduktion som følge af aktivitet og kostinduceret termogenese. I lysfasen viser det laveste punkt for termisk neutralitet sig således at være ~29°С, og i mørkefasen ~33°С25.
I sidste ende bestemmes forholdet mellem omgivelsestemperatur og det samlede energiforbrug af varmeafledning. I denne sammenhæng er forholdet mellem overfladeareal og volumen en vigtig faktor for termisk følsomhed, der påvirker både varmeafledning (overfladeareal) og varmegenerering (volumen). Ud over overfladeareal bestemmes varmeoverførsel også af isolering (varmeoverførselshastighed). Hos mennesker kan fedtmasse reducere varmetab ved at skabe en isolerende barriere omkring kropsskallen, og det er blevet foreslået, at fedtmasse også er vigtig for termisk isolering hos mus, hvilket sænker det termoneutrale punkt og reducerer temperaturfølsomheden under det termiske neutralpunkt (kurvehældning). omgivelsestemperatur sammenlignet med EE)12. Vores undersøgelse var ikke designet til direkte at vurdere denne formodede sammenhæng, fordi kropssammensætningsdata blev indsamlet 9 dage før energiforbrugsdata blev indsamlet, og fordi fedtmassen ikke var stabil gennem hele undersøgelsen. Da mus med normal vægt og DIO har 30 % lavere EE ved 30 °C end ved 22 °C på trods af mindst en 5-foldig forskel i fedtmasse, understøtter vores data ikke, at fedme skulle give en grundlæggende isoleringsfaktor, i hvert fald ikke i det undersøgte temperaturområde. Dette er i overensstemmelse med andre studier, der er bedre designet til at udforske dette4,24. I disse studier var den isolerende effekt af fedme lille, men pels viste sig at give 30-50% af den samlede varmeisolering4,24. Hos døde mus steg den varmeledningsevne dog med omkring 450% umiddelbart efter døden, hvilket tyder på, at pelsens isolerende effekt er nødvendig for, at fysiologiske mekanismer, herunder vasokonstriktion, kan fungere. Ud over artsforskelle i pels mellem mus og mennesker kan den dårlige isolerende effekt af fedme hos mus også være påvirket af følgende overvejelser: Den isolerende faktor for menneskelig fedtmasse medieres hovedsageligt af subkutan fedtmasse (tykkelse)26,27. Typisk hos gnavere Mindre end 20% af det samlede animalske fedt28. Derudover er den samlede fedtmasse muligvis ikke engang et suboptimalt mål for et individs varmeisolering, da det er blevet argumenteret for, at forbedret varmeisolering opvejes af den uundgåelige stigning i overfladeareal (og derfor øget varmetab), når fedtmassen stiger.
Hos mus med normal vægt ændrede fastende plasmakoncentrationer af TG, 3-HB, kolesterol, HDL, ALT og AST sig ikke ved forskellige temperaturer i næsten 5 uger, sandsynligvis fordi musene var i samme energibalancetilstand og var de samme i vægt og kropssammensætning som ved studiets afslutning. I overensstemmelse med ligheden i fedtmasse var der heller ingen forskelle i plasmaleptinniveauer eller i fastende insulin, C-peptid og glukagon. Flere signaler blev fundet hos DIO-mus. Selvom mus ved 22 °C heller ikke havde en samlet negativ energibalance i denne tilstand (da de tog på i vægt), var de ved studiets afslutning relativt mere energimangelfuld sammenlignet med mus opdrættet ved 30 °C, under forhold som høj ketonerproduktion af kroppen (3-HB) og et fald i koncentrationen af glycerol og TG i plasma. Temperaturafhængige forskelle i lipolyse synes dog ikke at være et resultat af iboende ændringer i epididymalt eller inguinalt fedt, såsom ændringer i ekspressionen af adipohormon-responsiv lipase, da FFA og glycerol frigivet fra fedt ekstraheret fra disse depoter er mellem Temperaturgrupperne ligner hinanden. Selvom vi ikke undersøgte sympatisk tonus i den aktuelle undersøgelse, har andre fundet, at den (baseret på hjertefrekvens og gennemsnitligt arterielt tryk) er lineært relateret til omgivelsestemperaturen hos mus og er omtrent lavere ved 30°C end ved 22°C 20% C Således kan temperaturafhængige forskelle i sympatisk tonus spille en rolle i lipolyse i vores undersøgelse, men da en stigning i sympatisk tonus stimulerer snarere end hæmmer lipolyse, kan andre mekanismer modvirke dette fald hos dyrkede mus. Potentiel rolle i nedbrydningen af kropsfedt. Stuetemperatur. Desuden medieres en del af den stimulerende effekt af sympatisk tonus på lipolyse indirekte af stærk hæmning af insulinsekretion, hvilket fremhæver effekten af insulinafbrydende tilskud på lipolyse30, men i vores undersøgelse var fastende plasmainsulin og C-peptid sympatisk tonus ved forskellige temperaturer ikke nok til at ændre lipolysen. I stedet fandt vi, at forskelle i energistatus sandsynligvis var den primære bidragyder til disse forskelle hos DIO-mus. De underliggende årsager, der fører til bedre regulering af fødeindtag med EE hos mus med normal vægt, kræver yderligere undersøgelse. Generelt kontrolleres fødeindtag dog af homeostatiske og hedoniske signaler31,32,33. Selvom der er debat om, hvilket af de to signaler der kvantitativt er vigtigst,31,32,33 er det velkendt, at langvarigt forbrug af fedtholdige fødevarer fører til en mere nydelsesbaseret spiseadfærd, der til en vis grad er uafhængig af homeostase. . – reguleret fødeindtag34,35,36. Derfor kan den øgede hedoniske fødeadfærd hos DIO-mus behandlet med 45% HFD være en af grundene til, at disse mus ikke balancerede fødeindtag med EE. Interessant nok blev der også observeret forskelle i appetit og blodglukoseregulerende hormoner hos de temperaturkontrollerede DIO-mus, men ikke hos mus med normal vægt. Hos DIO-mus steg plasmaleptinniveauerne med temperaturen, og glukagonniveauerne faldt med temperaturen. I hvilken grad temperaturen direkte kan påvirke disse forskelle fortjener yderligere undersøgelse, men i tilfældet med leptin spillede den relative negative energibalance og dermed lavere fedtmasse hos mus ved 22°C bestemt en vigtig rolle, da fedtmasse og plasmaleptin er stærkt korreleret37. Fortolkningen af glukagonsignalet er dog mere forvirrende. Som med insulin blev glukagonsekretionen stærkt hæmmet af en stigning i sympatisk tone, men den højeste sympatiske tone blev forudsagt at være i 22°C-gruppen, som havde de højeste plasmaglukagonkoncentrationer. Insulin er en anden stærk regulator af plasmaglukagon, og insulinresistens og type 2-diabetes er stærkt forbundet med fastende og postprandial hyperglukagonæmi 38,39. DIO-musene i vores undersøgelse var dog også insulinufølsomme, så dette kunne heller ikke være hovedfaktoren i stigningen i glukagonsignalering i 22°C-gruppen. Leverfedtindholdet er også positivt forbundet med en stigning i plasmaglukagonkoncentrationen, hvis mekanismer igen kan omfatte hepatisk glukagonresistens, nedsat urinstofproduktion, øgede cirkulerende aminosyrekoncentrationer og øget aminosyrestimuleret glukagonsekretion 40,41,42. Da ekstraherbare koncentrationer af glycerol og TG ikke varierede mellem temperaturgrupperne i vores undersøgelse, kunne dette dog heller ikke være en potentiel faktor i stigningen i plasmakoncentrationer i 22°C-gruppen. Triiodothyronin (T3) spiller en kritisk rolle i den samlede stofskiftehastighed og initiering af metabolisk forsvar mod hypotermi 43,44. Således stiger plasma-T3-koncentrationen, muligvis kontrolleret af centralt medierede mekanismer,45,46 hos både mus og mennesker under mindre end termoneutrale forhold47, selvom stigningen hos mennesker er mindre, hvilket er mere prædisponeret for mus. Dette er i overensstemmelse med varmetab til miljøet. Vi målte ikke plasma-T3-koncentrationer i den aktuelle undersøgelse, men koncentrationerne kan have været lavere i 30°C-gruppen, hvilket kan forklare denne gruppes effekt på plasma-glucagonniveauer, da vi (opdateret figur 5a) og andre har vist, at T3 øger plasma-glucagon på en dosisafhængig måde. Det er rapporteret, at skjoldbruskkirtelhormoner inducerer FGF21-ekspression i leveren. Ligesom glukagon steg plasma-FGF21-koncentrationerne også med plasma-T3-koncentrationerne (supplerende figur 5b og ref. 48), men sammenlignet med glukagon blev FGF21-plasmakoncentrationerne i vores undersøgelse ikke påvirket af temperaturen. De underliggende årsager til denne uoverensstemmelse kræver yderligere undersøgelse, men T3-drevet FGF21-induktion bør forekomme ved højere niveauer af T3-eksponering sammenlignet med det observerede T3-drevne glukagonrespons (Supplerende Fig. 5b).
HFD har vist sig at være stærkt associeret med nedsat glukosetolerance og insulinresistens (markører) hos mus opdrættet ved 22°C. HFD var dog ikke associeret med hverken nedsat glukosetolerance eller insulinresistens, når den blev dyrket i et termoneutralt miljø (defineret her som 28°C)19. I vores undersøgelse blev denne sammenhæng ikke replikeret hos DIO-mus, men mus med normal vægt, der blev holdt ved 30°C, forbedrede glukosetolerancen signifikant. Årsagen til denne forskel kræver yderligere undersøgelse, men kan være påvirket af, at DIO-musene i vores undersøgelse var insulinresistente med fastende plasma-C-peptidkoncentrationer og insulinkoncentrationer 12-20 gange højere end hos mus med normal vægt, og i blodet på tom mave. glukosekoncentrationer på ca. 10 mM (ca. 6 mM ved normal kropsvægt), hvilket synes at efterlade et lille vindue for eventuelle gavnlige virkninger af eksponering for termoneutrale forhold for at forbedre glukosetolerancen. En mulig forvirrende faktor er, at OGTT af praktiske årsager udføres ved stuetemperatur. Mus, der blev opbevaret ved højere temperaturer, oplevede således mildt kuldechok, hvilket kan påvirke glukoseabsorption/clearance. Baseret på lignende fasteblodglukosekoncentrationer i forskellige temperaturgrupper har ændringer i omgivelsestemperaturen dog muligvis ikke påvirket resultaterne signifikant.
Som tidligere nævnt er det for nylig blevet fremhævet, at en forøgelse af stuetemperaturen kan dæmpe nogle reaktioner på kuldestress, hvilket kan sætte spørgsmålstegn ved overførbarheden af musedata til mennesker. Det er dog ikke klart, hvad den optimale temperatur er til at holde mus for at efterligne menneskelig fysiologi. Svaret på dette spørgsmål kan også påvirkes af studiefeltet og det endepunkt, der undersøges. Et eksempel på dette er kostens effekt på ophobning af leverfedt, glukosetolerance og insulinresistens19. Med hensyn til energiforbrug mener nogle forskere, at termoneutralitet er den optimale temperatur til opdræt, da mennesker kræver lidt ekstra energi for at opretholde deres kernetemperatur, og de definerer en enkelt omgangstemperatur for voksne mus som 30°C7,10. Andre forskere mener, at en temperatur, der kan sammenlignes med den, mennesker typisk oplever med voksne mus på ét knæ, er 23-25°C, da de fandt termoneutralitet til at være 26-28°C, og baseret på at mennesker er lavere end omkring 3°C, er deres nedre kritiske temperatur, her defineret som 23°C, lidt 8,12. Vores undersøgelse er i overensstemmelse med adskillige andre undersøgelser, der angiver, at termisk neutralitet ikke opnås ved 26-28°C4, 7, 10, 11, 24, 25, hvilket indikerer, at 23-25°C er for lavt. En anden vigtig faktor at overveje vedrørende stuetemperatur og termoneutralitet hos mus er enkelt- eller gruppeophold. Når mus blev opbevaret i grupper i stedet for individuelt, som i vores undersøgelse, blev temperaturfølsomheden reduceret, muligvis på grund af trængsel af dyrene. Stuetemperaturen var dog stadig under LTL på 25, når der blev anvendt tre grupper. Den måske vigtigste forskel mellem arter i denne henseende er den kvantitative betydning af BAT-aktivitet som et forsvar mod hypotermi. Således, mens mus i vid udstrækning kompenserede for deres højere kalorietab ved at øge BAT-aktiviteten, hvilket er over 60 % EE ved 5°C alene,51,52 var bidraget fra menneskelig BAT-aktivitet til EE signifikant højere, meget mindre. Derfor kan reduktion af BAT-aktivitet være en vigtig måde at øge menneskelig translation på. Reguleringen af BAT-aktivitet er kompleks, men medieres ofte af de kombinerede effekter af adrenerg stimulering, skjoldbruskkirtelhormoner og UCP114,54,55,56,57-ekspression. Vores data indikerer, at temperaturen skal hæves til over 27,5 °C sammenlignet med mus ved 22 °C for at kunne detektere forskelle i ekspressionen af BAT-gener, der er ansvarlige for funktion/aktivering. Forskellene mellem grupperne ved 30 og 22 °C indikerede dog ikke altid en stigning i BAT-aktivitet i 22 °C-gruppen, fordi Ucp1, Adrb2 og Vegf-a var nedreguleret i 22 °C-gruppen. Grundårsagen til disse uventede resultater er stadig uafklaret. En mulighed er, at deres øgede ekspression muligvis ikke afspejler et signal om forhøjet stuetemperatur, men snarere en akut effekt af at flytte dem fra 30 °C til 22 °C på dagen for fjernelse (musene oplevede dette 5-10 minutter før start).
En generel begrænsning ved vores undersøgelse er, at vi kun studerede hanmus. Anden forskning tyder på, at køn kan være en vigtig overvejelse i vores primære indikationer, da hunmus med et enkelt knæ er mere temperaturfølsomme på grund af højere varmeledningsevne og opretholdelse af mere nøje kontrollerede kernetemperaturer. Derudover viste hunmus (på HFD) en større sammenhæng mellem energiindtag og EE ved 30 °C sammenlignet med hanmus, der indtog flere mus af samme køn (20 °C i dette tilfælde)20. Hos hunmus er effekten af det subthermonetrale indhold således højere, men har samme mønster som hos hanmus. I vores undersøgelse fokuserede vi på hanmus med et enkelt knæ, da det er disse forhold, hvorunder de fleste metaboliske undersøgelser, der undersøger EE, udføres. En anden begrænsning ved vores undersøgelse var, at musene var på den samme diæt gennem hele undersøgelsen, hvilket udelukkede undersøgelse af betydningen af stuetemperatur for metabolisk fleksibilitet (målt ved RER-ændringer for diætændringer i forskellige makronæringsstofsammensætninger) hos hun- og hanmus holdt ved 20 °C sammenlignet med tilsvarende mus holdt ved 30 °C.
Afslutningsvis viser vores undersøgelse, at mus med normal vægt i omgang 1, ligesom i andre undersøgelser, er termoneutrale over de forudsagte 27,5 °C. Derudover viser vores undersøgelse, at fedme ikke er en væsentlig isolerende faktor hos mus med normal vægt eller DIO, hvilket resulterer i lignende temperatur:EE-forhold hos mus med DIO og normal vægt. Mens fødeindtaget hos mus med normal vægt var i overensstemmelse med EE og dermed opretholdt en stabil kropsvægt over hele temperaturområdet, var fødeindtaget hos DIO-mus det samme ved forskellige temperaturer, hvilket resulterede i et højere forhold mellem mus ved 30 °C og 22 °C, der tog mere på i kropsvægt. Samlet set er systematiske undersøgelser, der undersøger den potentielle betydning af at leve under termoneutrale temperaturer, berettigede på grund af den ofte observerede dårlige tolerance mellem muse- og menneskestudier. For eksempel kan en delvis forklaring på den generelt dårligere oversættelsesevne i fedmestudier skyldes, at murine vægttabsundersøgelser normalt udføres på moderat kuldestressede dyr, der holdes ved stuetemperatur på grund af deres øgede EE. Overdrevet vægttab sammenlignet med en persons forventede kropsvægt, især hvis virkningsmekanismen afhænger af at øge EE ved at øge aktiviteten af BAP, som er mere aktiv og aktiveret ved stuetemperatur end ved 30°C.
I overensstemmelse med den danske dyreforsøgslov (1987) og de nationale sundhedsinstitutter (publikation nr. 85-23) samt den europæiske konvention til beskyttelse af hvirveldyr, der anvendes til forsøg og andre videnskabelige formål (Europarådet nr. 123, Strasbourg, 1985).
Tyve uger gamle hanmus af typen C57BL/6J blev indkøbt fra Janvier Saint Berthevin Cedex, Frankrig, og fik ad libitum standardfoder (Altromin 1324) og vand (~22°C) efter en 12:12 timers lys:mørke-cyklus ved stuetemperatur. Hanmus af typen DIO (20 uger) blev indkøbt fra samme leverandør og fik ad libitum adgang til en diæt med 45% fedtindhold (katalognr. D12451, Research Diet Inc., NJ, USA) og vand under opvækstforhold. Musene blev tilpasset miljøet en uge før studiets start. To dage før overførsel til det indirekte kalorimetrisystem blev musene vejet, underkastet MR-scanning (EchoMRITM, TX, USA) og opdelt i fire grupper svarende til kropsvægt, fedt og normal kropsvægt.
Et grafisk diagram over studiedesignet er vist i figur 8. Musene blev overført til et lukket og temperaturkontrolleret indirekte kalorimetrisystem hos Sable Systems Internationals (Nevada, USA), som omfattede foder- og vandkvalitetsmonitorer og en Promethion BZ1-ramme, der registrerede aktivitetsniveauer ved at måle strålebrud. XYZ. Musene (n = 8) blev anbragt individuelt ved 22, 25, 27,5 eller 30 °C med strøelse, men uden ly og redemateriale i en 12:12-timers lys:mørke-cyklus (lys: 06:00-18:00). 2500 ml/min. Musene blev akklimatiseret i 7 dage før registrering. Optagelserne blev indsamlet fire dage i træk. Derefter blev musene holdt ved de respektive temperaturer på 25, 27,5 og 30 °C i yderligere 12 dage, hvorefter cellekoncentraterne blev tilsat som beskrevet nedenfor. I mellemtiden blev grupper af mus, der blev holdt ved 22 °C, holdt ved denne temperatur i yderligere to dage (for at indsamle nye baseline-data), og derefter blev temperaturen øget i trin på 2 °C hver anden dag i begyndelsen af lysfasen (06:00), indtil 30 °C blev nået. Derefter blev temperaturen sænket til 22 °C, og data blev indsamlet i yderligere to dage. Efter yderligere to dages registrering ved 22 °C blev der tilsat skind til alle celler ved alle temperaturer, og dataindsamlingen begyndte på den anden dag (dag 17) og i tre dage. Derefter (dag 20) blev redemateriale (8-10 g) tilsat til alle celler i begyndelsen af lyscyklussen (06:00), og data blev indsamlet i yderligere tre dage. Ved afslutningen af undersøgelsen blev mus, der blev holdt ved 22 °C, således holdt ved denne temperatur i 21/33 dage og ved 22 °C i de sidste 8 dage, mens mus ved andre temperaturer blev holdt ved denne temperatur i 33/33 dage. Musene blev fodret i løbet af undersøgelsesperioden.
Normalvægtige mus og mus med dioksidant (DIO) fulgte de samme undersøgelsesprocedurer. På dag -9 blev musene vejet, MR-scannet og opdelt i grupper med sammenlignelige kropsvægt og kropssammensætning. På dag -7 blev musene overført til et lukket temperaturkontrolleret indirekte kalorimetrisystem fremstillet af SABLE Systems International (Nevada, USA). Musene blev anbragt individuelt med strøelse, men uden rede- eller lymaterialer. Temperaturen er indstillet til 22, 25, 27,5 eller 30 °C. Efter en uges akklimatisering (dag -7 til 0, dyrene blev ikke forstyrret) blev data indsamlet på fire på hinanden følgende dage (dag 0-4, data vist i FIG. 1, 2, 5). Derefter blev musene, der blev holdt ved 25, 27,5 og 30 °C, holdt under konstante forhold indtil den 17. dag. Samtidig blev temperaturen i 22°C-gruppen øget med intervaller på 2°C hver anden dag ved at justere temperaturcyklussen (kl. 06:00) ved begyndelsen af lyseksponeringen (data er vist i figur 1). På dag 15 faldt temperaturen til 22°C, og der blev indsamlet to dages data for at give baseline-data til efterfølgende behandlinger. Skind blev tilføjet til alle mus på dag 17, og redemateriale blev tilføjet på dag 20 (figur 5). På den 23. dag blev musene vejet og underkastet MR-scanning, hvorefter de blev efterladt alene i 24 timer. På dag 24 blev musene fastet fra begyndelsen af fotoperioden (kl. 06:00) og modtog OGTT (2 g/kg) kl. 12:00 (6-7 timers faste). Derefter blev musene returneret til deres respektive SABLE-forhold og aflivet på den anden dag (dag 25).
DIO-mus (n = 8) fulgte den samme protokol som mus med normal vægt (som beskrevet ovenfor og i figur 8). Musene opretholdt 45 % HFD gennem hele energiforbrugsforsøget.
VO2 og VCO2, samt vanddamptryk, blev registreret med en frekvens på 1 Hz med en celletidskonstant på 2,5 min. Mad- og vandindtag blev indsamlet ved kontinuerlig registrering (1 Hz) af vægten af mad- og vandspandene. Den anvendte kvalitetsmåler rapporterede en opløsning på 0,002 g. Aktivitetsniveauer blev registreret ved hjælp af en 3D XYZ beam array-monitor, data blev indsamlet med en intern opløsning på 240 Hz og rapporteret hvert sekund for at kvantificere den samlede tilbagelagte afstand (m) med en effektiv rumlig opløsning på 0,25 cm. Dataene blev behandlet med Sable Systems Macro Interpreter v.2.41, hvor EE og RER blev beregnet og outliers (f.eks. falske måltidshændelser) blev filtreret fra. Makrofortolkeren er konfigureret til at udsende data for alle parametre hvert femte minut.
Ud over at regulere EE kan omgivelsestemperaturen også regulere andre aspekter af metabolismen, herunder postprandial glukosemetabolisme, ved at regulere udskillelsen af glukosemetaboliserende hormoner. For at teste denne hypotese gennemførte vi endelig en kropstemperaturundersøgelse ved at provokere normalvægtige mus med en oral DIO-glukosebelastning (2 g/kg). Metoderne er beskrevet detaljeret i yderligere materialer.
Ved afslutningen af studiet (dag 25) blev musene fastet i 2-3 timer (startende kl. 06:00), bedøvet med isofluran og fuldstændigt forblødt ved retroorbital venepunktur. Kvantificering af plasmalipider og hormoner og lipider i leveren er beskrevet i supplerende materialer.
For at undersøge, om skaltemperaturen forårsager iboende ændringer i fedtvæv, der påvirker lipolysen, blev inguinalt og epididymalt fedtvæv udskåret direkte fra mus efter den sidste blødningsfase. Væv blev behandlet ved hjælp af det nyudviklede ex vivo lipolyseassay beskrevet i Supplerende Metoder.
Brunt fedtvæv (BAT) blev indsamlet på dagen for undersøgelsens afslutning og behandlet som beskrevet i de supplerende metoder.
Data præsenteres som middelværdi ± SEM. Grafer blev oprettet i GraphPad Prism 9 (La Jolla, CA), og grafik blev redigeret i Adobe Illustrator (Adobe Systems Incorporated, San Jose, CA). Statistisk signifikans blev vurderet i GraphPad Prism og testet ved parret t-test, gentagne målinger envejs/tovejs ANOVA efterfulgt af Tukeys multiple sammenligningstest eller uparret envejs ANOVA efterfulgt af Tukeys multiple sammenligningstest efter behov. Gauss-fordelingen af dataene blev valideret ved D'Agostino-Pearson-normalitetstesten før testning. Stikprøvestørrelsen er angivet i det tilsvarende afsnit i afsnittet "Resultater" samt i forklaringen. Gentagelse er defineret som enhver måling foretaget på det samme dyr (in vivo eller på en vævsprøve). Med hensyn til dataenes reproducerbarhed blev der påvist en sammenhæng mellem energiforbrug og casetemperatur i fire uafhængige studier med forskellige mus med et lignende studiedesign.
Detaljerede forsøgsprotokoller, materialer og rådata er tilgængelige efter rimelig anmodning fra hovedforfatter Rune E. Kuhre. Dette studie genererede ikke nye unikke reagenser, transgene dyre-/cellelinjer eller sekventeringsdata.
For mere information om studiedesign, se Nature Research Report-resuméet, der er linket til denne artikel.
Alle data danner en graf. 1-7 blev deponeret i Science-databasen, accessionsnummer: 1253.11.sciencedb.02284 eller https://doi.org/10.57760/sciencedb.02284. Dataene vist i ESM kan sendes til Rune E Kuhre efter rimelig testning.
Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO & Tang-Christensen, M. Forsøgsdyr som surrogatmodeller for menneskelig fedme. Nilsson, C., Raun, K., Yan, FF, Larsen, MO & Tang-Christensen, M. Forsøgsdyr som surrogatmodeller for menneskelig fedme.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. og Tang-Christensen M. Forsøgsdyr som surrogatmodeller for menneskelig fedme. 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 & Tang-Christensen, M. Forsøgsdyr som erstatningsmodel for mennesker.Nilsson K, Raun K, Yang FF, Larsen MO. og Tang-Christensen M. Forsøgsdyr som surrogatmodeller for fedme hos mennesker.Acta Farmakologi. kriminalitet 33, 173–181 (2012).
Gilpin, DA Beregning af den nye Mie-konstant og eksperimentel bestemmelse af forbrændingsstørrelsen. Burns 22, 607–611 (1996).
Gordon, SJ Musens termoreguleringssystem: dets implikationer for overførsel af biomedicinske data til mennesker. Physiology. Behavior. 179, 55-66 (2017).
Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Ingen isolerende effekt af fedme. Fischer, AW, Csikasz, RI, von Essen, G., Cannon, B. & Nedergaard, J. Ingen isolerende effekt af fedme.Fischer AW, Chikash RI, von Essen G., Cannon B. og Nedergaard J. Ingen isolationseffekt af fedme. 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. Fedme har ingen isolerende effekt.Ja. J. Fysiologi. endokrin. metabolisme. 311, E202–E213 (2016).
Lee, P. et al. Temperaturtilpasset brunt fedtvæv modulerer insulinfølsomhed. Diabetes 63, 3686–3698 (2014).
Nakhon, KJ et al. Lavere kritisk temperatur og kuldeinduceret termogenese var omvendt proportionalt relateret til kropsvægt og basalstofskifte hos slanke og overvægtige individer. J. Warmly. biology. 69, 238–248 (2017).
Fischer, AW, Cannon, B. & Nedergaard, J. Optimale hustemperaturer for mus for at efterligne menneskers termiske miljø: En eksperimentel undersøgelse. Fischer, AW, Cannon, B. & Nedergaard, J. Optimale hustemperaturer for mus for at efterligne menneskers termiske miljø: En eksperimentel undersøgelse.Fischer, AW, Cannon, B., og Nedergaard, J. Optimale hustemperaturer for mus til at efterligne det menneskelige termiske miljø: En eksperimentel undersøgelse. 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., og Nedergaard J. Optimal hustemperatur for mus, der simulerer det menneskelige termiske miljø: En eksperimentel undersøgelse.Moore. Metabolisme. 7, 161–170 (2018).
Keijer, J., Li, M. & Speakman, JR Hvad er den bedste boligtemperatur til at overføre museforsøg til mennesker? Keijer, J., Li, M. & Speakman, JR Hvad er den bedste boligtemperatur til at overføre museforsøg til mennesker?Keyer J, Lee M og Speakman JR Hvad er den bedste stuetemperatur til overførsel af museforsøg til mennesker? 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 og Speakman JR Hvad er den optimale skaltemperatur til overførsel af museforsøg til mennesker?Moore. metabolisme. 25, 168–176 (2019).
Seeley, RJ & MacDougald, OA Mus som eksperimentelle modeller for menneskelig fysiologi: når flere grader i boligtemperatur har betydning. Seeley, RJ & MacDougald, OA Mus som eksperimentelle modeller for menneskelig fysiologi: når flere grader i boligtemperatur har betydning. Seeley, RJ & MacDougald, OA. Seeley, RJ & MacDougald, OA Mus som eksperimentelle modeller for menneskelig fysiologi: når et par grader i en bolig gør en forskel. 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 & MacDougald, OA Мыши Seeley, RJ & MacDougald, OA как экспериментальная модель физиологии человека: когда несколько градусов температию значение. Seeley, RJ & MacDougald, OA-mus som en eksperimentel model for menneskelig fysiologi: når et par graders stuetemperatur betyder noget.National metabolisme. 3, 443–445 (2021).
Fischer, AW, Cannon, B. & Nedergaard, J. Svaret på spørgsmålet "Hvad er den bedste boligtemperatur til at overføre museforsøg til mennesker?" Fischer, AW, Cannon, B. & Nedergaard, J. Svaret på spørgsmålet "Hvad er den bedste boligtemperatur til at overføre museforsøg til mennesker?" Fischer, AW, Cannon, B. & Nedergaard, J. Svar på spørgsmålet "Hvad er den bedste stuetemperatur til overførsel af museforsøg til mennesker?" 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昼多少 Fischer, AW, Cannon, B. & Nedergaard, J.Fisher AW, Cannon B. og Nedergaard J. Svar på spørgsmålet "Hvad er den optimale skaltemperatur til overførsel af museforsøg til mennesker?"Ja: termoneutral. Moore. metabolisme. 26, 1-3 (2019).
Opslagstidspunkt: 28. oktober 2022
