改性高蔗糖食源性腹部肥胖和体重正常的老鼠发达高血浆游离脂肪酸和胰岛素抵抗

文摘

介绍。新陈代谢肥胖但正常体重(MONW)个人明显肥胖的代谢特性,和腹部肥胖是常见的。MONW个人缺乏的动物模型。我们旨在开发一个腹部肥胖和正常体重(AONW)大鼠模型。方法和结果。年轻男性Sprague-Dawley老鼠喂养食物或修改高蔗糖(HS)饮食20周。HS饮食诱导增加内脏脂肪组织没有增加体重,减少葡萄糖的处理速度,并增加肝葡萄糖输出hyperinsulinemic-euglycemic夹,增加血浆葡萄糖在腹腔内葡萄糖耐量试验,并增加血浆游离脂肪酸。肝脂沉积症和肝细胞线粒体肿胀在海关被发现老鼠通过光学显微镜和透射电子显微镜;类似的障碍中,并未观察到肌肉。rt - pcr显示mRNA表达的解偶联蛋白3和过氧物酶体proliferator-activated receptor-gamma共激活剂1α增加肌肉的HS老鼠,而线粒体转录因子的表达,葡萄糖转运体类型4,胰岛素受体底物并没有显著变化。结论。AONW老鼠代谢紊乱在MONW看到个人发展。脂肪变性、线粒体形态变化和胰岛素抵抗在肝比肌肉更严重。脂肪酸代谢基因与线粒体功能变化在受损的肌肉。

1。介绍

有一群特殊的人体重正常但有观察到明显的肥胖代谢特性。这些人并不是肥胖的基础上身高和体重,但血糖,胰岛素抵抗,并倾向于2型糖尿病、高甘油三酯血症、冠心病过早。他们已经被确认为新陈代谢肥胖但正常体重(MONW)个人1]。在一般人群(MONW个人非常普遍2- - - - - -6]。尽管他们有一个正常的体重指数或轻度肥胖,MONW个人通常有明显增加内脏脂肪双x线吸收仪上测量,计算机断层扫描和磁共振成像(3,7,8]。内脏脂肪的增加是与胰岛素抵抗密切相关和其他代谢紊乱在MONW个人8]。

腹部肥胖的动物模型没有明显增加体重会是有价值的研究代谢紊乱模仿MONW个人的情况。然而,几乎所有可用的老鼠模型与代谢障碍(9- - - - - -11肥胖与胰岛素抵抗模型。

高脂肪和高蔗糖饮食是最常用的饮食建立胰岛素抵抗大鼠模型。与高脂肪饮食相比,高蔗糖饮食不增加大鼠的体重从长远来看(12- - - - - -14]。因此,我们试图开发腹部肥胖与体重正常的大鼠模型(AONW)使用修改后的高蔗糖的饮食提供了一个小比例的热量从蔗糖比一般高蔗糖公式。代谢特征、胰岛素敏感性和形态测量肝脏和肌肉的变化。基因表达参与线粒体功能和肌肉中脂肪酸和葡萄糖代谢中发现这只老鼠模型。

2。材料和方法

2.1。动物和饮食

4 - 5-week-old男性Sprague-Dawley从四川大学华西动物中心获得老鼠被随机分配到对照组(CG)或HS饮食组(HS)。每个饮食的总热量中包含100 g在CG和HS 349和365千卡,分别。碳水化合物、蛋白质和脂肪提供62%,17%,和21%的卡路里,分别在CG和70%,20%,和10%的卡路里,分别在海关。在HS饮食,蔗糖和淀粉提供了35%的卡路里。提供的食物是大学动物中心。日常饮食的数量没有限制在两组。老鼠住在笼子里有12个小时的光(7:00-19:00),温度21°C到26°C,湿度和60%到70%。老鼠体重每4天前4周,然后从5到20周每周。

2.2。腹腔内葡萄糖耐量试验

19周的治疗后,大鼠禁食12小时前腹腔内葡萄糖耐量试验(IPGTT)。10%的葡萄糖溶液(2 g / kg)在清醒和禁食大鼠腹腔注射。通过尾静脉血样顺序收集和30之前,60岁,120分钟后注入。

2.3。Hyperinsulinemic-Euglycemic夹和代谢测量

20周的治疗后,大鼠禁食过夜后从8点进行了研究。麻醉后腹腔内注射戊巴比妥,套管插入的右颈静脉和左颈动脉血液采样和输液,分别。套管插入成功之后,血液样本收集测量血脂水平。当老鼠开始在1小时,从麻醉恢复胰岛素注入的速度4 U·公斤⁻¹·最小值⁻¹在正常维护的注入20%的葡萄糖。在胰岛素和葡萄糖输注前60分钟,测量的初始样本收集基础胰岛素和葡萄糖。与此同时,丸葡萄糖(6μCi)在0.5毫升的生理盐水注射、输液0.1紧随其后μCi /分钟,直到实验结束。胰岛素的输注和标记葡萄糖后,血液样本是每10分钟测量血糖浓度的葡萄糖输注率(GIR),直到调整血糖水平达到一个稳定状态(基本葡萄糖±0.1更易/ L),然后每5分钟直到实验结束。(0.5毫升)的血液标本,10点30、60、90、100、110和120分钟。葡萄糖消失率()和肝葡萄糖输出率计算的消失葡萄糖。血浆胰岛素水平在夹从平均获得血样的稳态值。胰岛素是检测到放射免疫检定法(美国Linco)。血清甘油三酯和胆固醇是由一个酶检查方法(Dongou,中国)。考察了血浆游离脂肪酸(FFA)色度法(英国草毒死)。

2.4。组织病理学

从上述手术恢复后,老鼠牺牲在禁食状态与过量的腹腔内9点戊巴比妥。肝、腓肠肌、股外侧肌被迅速删除和固定组织学部分。片被苏木精和伊红染色和苏丹III和在显微镜下观察到的150 x。

2.5。电子显微镜

透射电子显微镜(TEM),肌肉在2.5%戊二醛固定24小时。照片被捕获的第四使用h - 600透射电子显微镜(日本日立公司(Hitachi Ltd .)) TEM四川大学的实验室。

2.6。实时荧光定量聚合酶链反应

老鼠的总RNA从30毫克的腓肠肌肌肉分离试剂盒试剂(美国Gibco)。总RNA于100年解散μL DEPC-treated水和储存在−80°C,直到进一步的使用。RNA电泳完整性评估的1% (wt /卷)琼脂糖minigels和溴化乙锭染色。互补脱氧核糖核酸合成的指令RevertAid合成第一链cDNA工具包(MBI,立陶宛)。TaqMan引物和探针是由上海生物科技公司提供的数组分开蛋白3 (UCP3)、过氧物酶体proliferator-activated receptor-gamma共激活剂1α(PGC-1α),线粒体转录因子(TFAM),葡萄糖转运蛋白4 (GLUT4)类型,和胰岛素受体底物(IRS-1)在NCBI基因库使用底漆表达软件(PE应用生物系统公司,CA)。RT-qPCR反应在FTC 2000进行实时PCR系统(Fenglyn公司、加拿大)。

2.7。统计分析

所有值都呈现在图和表样本均值±SE。统计分析是使用双尾成对的学生的表现以及或方差分析CG和海关建立干预的影响。我错误率的类型是先验的。使用SPSS 13.0进行分析。

3所示。结果

3.1。高蔗糖饮食诱导腹部肥胖大鼠与正常体重

如图1,体重增加组没有差异的第一个20周研究期间()。20周后,体重增加的商品增加更快比CG(数据没有显示)。然而,如图2、肠系膜、腹膜后、附睾的总腹腔内脂肪重量HS增加显然与CG (,0.021,0.008,和0.012,分别地)。其中,附睾的脂肪增加最明显。因此,HS老鼠可以称为AONW老鼠。

3.2。AONW鼠功能增加血浆FFA和葡萄糖耐受不良

如图3、血清甘油三酯、总胆固醇、血糖、空腹血浆胰岛素水平的状态显示,两组之间没有差异,而空腹血浆FFA水平增加()AONW老鼠。IPGTT, AONW鼠血清葡萄糖水平增加30岁,60岁,120分钟(图4)。IPGTT血糖曲线下的面积在AONW老鼠和在控制()。AONW老鼠显示葡萄糖耐受不良。

3.3。AONW老鼠显示肝脏胰岛素抵抗和外围组织

hyperinsulinemic-euglycemic夹的数据研究后20周如表所示1。在基础状态,没有葡萄糖处理速率的差异(东德)或肝葡萄糖输出(HGO)被发现在两组之间。在夹在稳定状态,HS饮食诱导与CG相比显著减少GIR饮食()。东德的外围组织也显著降低HS (在夹)。有一个趋势,HGO不能抑制胰岛素在HS, CG。的胰岛素的抑制率HGO AONW老鼠显然是降低的价格相比CG,虽然差别不大,因为大SD。HGO的抑制率只有38%的CG老鼠。

3.4。肝脂沉积症和AONW大鼠肝脏线粒体的变化

AONW鼠的肝脂沉积症在苏丹ⅲ染色(图中5)。在电子显微镜下,AONW老鼠显示线粒体肿胀,线粒体嵴减少。更多的观察糖AONW老鼠(图6)。

3.5。肌肉的形态AONW老鼠的后腿

在老鼠的后腿,线粒体的形态没有CG和海关之间的差异虽然线粒体没有测量的内容。脂滴在HS肌肉被发现。肌肉纤维的HS毛细血管坏死(图7)。

3.6。脂肪酸代谢相关基因的表达和线粒体功能的肌肉AONW老鼠的后腿

由于胰岛素抵抗肌肉并没有显示出明显的形态学变化,我们探索了一些重要基因的表达是否参与FFA代谢,葡萄糖吸收,和线粒体功能被调制。rt - pcr结果如图所示8。和UCP3 PGC-1α在AONW老鼠mRNA表达水平显著增加。TFAM、GLUT4和IRS-1 mRNA表达水平在统计学上没有改变。

4所示。讨论

这项研究显示,含有35%的卡路里摄入量的饮食从蔗糖导致大鼠胰岛素抵抗,而身体体重没有增加在喂养20周。正如所料,胰岛素抵抗大鼠与正常体重发达高度增加增值税。因此,这个模型可以被称为一个AONW鼠模型。AONW老鼠发达高血浆FFA、葡萄糖耐量IPGTT的增长表明,hyperinsulinemic-euglycemic夹和胰岛素抵抗如图所示,这是MONW个体的代谢特征(4,8]。因此,AONW老鼠模仿的特点情况下MONW个体在某种程度上,可以用来研究腹部adiposity-related代谢紊乱。这是有价值的因为活检在人类在很多情况下无法执行。

hyperinsulinemic-euglycemic夹,AONW老鼠显示显著降低GIR,演示了一个减少整体处理能力外生的葡萄糖。东德在AONW老鼠被减少到64.2%的CG老鼠,这证明了胰岛素抵抗的外围组织,主要包括白色脂肪组织和肌肉。HGO的抑制率AONW老鼠在CG减少到38%的老鼠,这证明肝胰岛素抵抗。这些结果表明,肝胰岛素抵抗可能是更严重的胰岛素抵抗的外围组织。

在肝脏,AONW老鼠表现出明显的脂沉积症,线粒体肿胀,线粒体嵴减少,而相似的变化没有发现光和电子显微镜在骨骼肌。比肌肉更严重的肝脏形态学改变与hyperinsulinemic-euglycemic夹的发现是一致的。这些研究表明肝胰岛素抵抗较早开发和更严重的胰岛素抵抗外围组织(主要是肌肉)。这些发现也支持其他研究显示肥胖大鼠模型的组织序列食源性胰岛素抵抗的发展(15,16]。

观察一些脂滴和毛细血管坏死的肌肉AONW老鼠,而线粒体异常和其他形态学变化并没有观察到。检测是否有基因调节参与FFA代谢、线粒体功能,和葡萄糖吸收的肌肉没有明显的形态学变化,我们测量mRNA表达UCP3 PGC-1α、TFAM GLUT4和IRS-1。

UCP3 mRNA表达显著增加了高血浆FFA水平AONW老鼠的肌肉,就像在其他情况下涉及血浆FFA水平升高,包括禁食状态,锻炼,streptomycin-induced糖尿病和高脂肪饮食(17- - - - - -19]。因为UCP3已经证明能够增加脂肪酸运输和氧化20.)和保护线粒体免受lipid-induced线粒体功能障碍(21),增加UCP3 mRNA水平可以被视为一个标记线粒体或更多可用FFA的FFA代谢增加。其他研究已经表明,短期高表达UCP3的转基因老鼠保护大鼠脂肪食源性胰岛素抵抗[22,23),而连续高脂肪饮食4到8个月最终导致胰岛素抵抗,虽然在控制体重增加更少(23]。因此,骨骼阳性规定,自适应增加UCP3信使rna可能占减少胰岛素抵抗在肌肉和相对温和的相比,肌肉线粒体和细胞形态学变化与肝脏。

目前的研究表明增加PGC-1的表达式α信使rna在鼠引起的肌肉HS饮食和随后的高血浆FFA水平。然而,PGC-1α和一些在骨骼肌线粒体氧化磷酸化所需基因表达下调与3天3周的高脂肪饮食在人类和小鼠,分别为(24]。另一项研究表明,acipimox-induced减少血浆FFA水平导致PGC-1表达降低α在胰岛素抵抗个体肌肉(25]。在这些研究中,PGC-1α对血浆FFA水平变化的矛盾的态度。有可能是PGC-1的表达水平α造成供过于求的FFA依赖于接触FFA的持续时间。另一个可能性是FFA的构成原因PGC-1的不同反应α(26]。最近的研究表明,PGC-1α改善脂肪酸氧化,增加基因表达参与培养的骨骼肌细胞线粒体生物起源和功能(27,28]。这些影响的PGC-1α会导致肌肉和减少脂质积累的增加胰岛素敏感性(29日]。因此,PGC-1增加α在这项研究中可能是一个代偿机制对脂肪沉积和骨骼肌胰岛素抵抗,尽管最终胰岛素抵抗不可避免。

TFAM mRNA表达AONW老鼠的肌肉没有明显变化。作为一个关键线粒体转录的激活,TFAM稳定线粒体DNA通过类核的形成和滴定线粒体DNA的数量(30.]。在这项研究中,由显微镜观察线粒体密度没有明显的变化,尽管线粒体数没有执行。线粒体的形态研究是符合TFAM mRNA的表达。在另一项研究[24),TFAM信使rna并没有改变一贯PGC1 -α在目前的研究中,这意味着存在一个未被监管的途径。

无显著变化IRS-1或GLUT4 mRNA表达AONW中发现了老鼠。是否有功能障碍的酪氨酸磷酸化IRS-1 GLUT4转位并没有确定在本研究31日,32]。IRS-1和GLUT4是否参与这个AONW的胰岛素抵抗大鼠模型也不确定。

本研究的局限性。首先,脂肪酸代谢基因和葡萄糖吸收没有检测到。第二,线粒体内容并未测量和基因参与线粒体生物起源被检测到。

总之,目前的研究表明一个AONW鼠模型由修改商品的饮食。AONW模型模拟一些MONW个体的代谢特性,如增加内脏脂肪,高血浆FFA和胰岛素抵抗。形态学损伤和肝脏胰岛素抵抗更严重比骨骼肌在这个模型。受损的肌肉越少,增加UCP3 PGC-1α信使rna表达可能是应对增加可用的FFA和可能在一定程度上防止肌肉胰岛素抵抗。

作者的贡献

l .曹、刘x和h .曹了同样的工作。

引用

1. n . b . Ruderman s h·施耐德,p . Berchtold”“metabolically-obese,“正常体重的人,”美国临床营养学杂志》上,34卷,不。8,1617 - 1621年,1981页。视图:谷歌学术搜索
2. e . Molero-Conejo l·m·莫拉莱斯诉费尔南德斯et al .,“精益青少年代谢综合征的风险增加,”Archivos Latinoamericanos de Nutricion,53卷,不。1,39-46,2003页。视图:谷歌学术搜索
3. r·v·德沃夏克w·f·DeNino p·a·埃兹和e . t . Poehlman“表型特征与胰岛素抵抗相关的新陈代谢肥胖但体重正常的年轻女性,”糖尿病,48卷,不。11日,第2214 - 2210页,1999年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. m·p·St-Onge。詹森,s . b .赫穆斯菲尔德“代谢综合征在体重正常的美国人:新定义的新陈代谢肥胖,体重正常的人,”糖尿病护理,27卷,不。9日,第2228 - 2222页,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. f .圆锥d·b·埃里森r . Rabasa-Lhoret et al .,“代谢和行为特征的新陈代谢肥胖但正常体重的女性,”临床内分泌和代谢杂志》上,卷89,不。10日,5013 - 5020年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 朱s . y . w .公园l .印度s Heshka m . r . Carnethon和s . b .赫穆斯菲尔德,“代谢综合征:患病率及相关危险因素的发现在美国人口从第三次全国健康和营养调查,1988 - 1994,”内科医学档案,卷163,不。4、427 - 436年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. n . Ruderman d . Chisholm x Pi-Sunyer,施耐德,“他们肥胖,体重正常个体重新审视,“糖尿病卷,47号5,699 - 713年,1998页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. a . Katsuki y住田,h . Urakawa et al .,“内脏脂肪增加,血清甘油三酯水平与胰岛素抵抗有关日本新陈代谢肥胖,体重正常受试者正常糖耐量,”糖尿病护理,26卷,不。8,2341 - 2344年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. m·p·克利里j . r . Vasselli, m·r·格林伍德“Zucker肥胖肥胖的发展(fafa)老鼠缺乏食欲过盛的情况下,“《美国生理学杂志》上,卷238,不。3,E284-E292, 1980页。视图:谷歌学术搜索
10. d . n .布林德利和j·c·罗素的胰岛素抵抗动物模型和心血管疾病:一些治疗方法使用JCR: LA-cp老鼠,”糖尿病、肥胖和新陈代谢,4卷,不。1、1 - 10,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. j . Sassard a . Larcan j . d . sra et al .,“人类原发性高血压和基因在大鼠高血压:里昂模型”公报de l 'Academie国家医学院学习,卷190,不。1,第121 - 111页,2006。视图:谷歌学术搜索
12. l·李·g·杨,李问:y . Tang和k·李,“高脂肪,lipid-induced胰岛素抵抗大鼠:葡萄糖代谢的比较,血浆抵抗素和脂联素水平,”年报的营养和新陈代谢,50卷,不。6,499 - 505年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. 田中,t . Hayashi t .丰田et al .,“高脂肪饮食会损害的影响,单一的耐力运动对大鼠骨骼肌葡萄糖运输和胰岛素敏感性,”新陈代谢卷,56号12日,第1728 - 1719页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. c . Raffaella b弗朗西斯卡,f .意大利,p .码头,l·乔凡娜和苏珊娜,“改变肝线粒体室模型的肥胖和胰岛素抵抗,“肥胖,16卷,不。5,958 - 964年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. r . Kleemann m . Van Erk l . Verschuren et al .,“时间分辨和修复胰岛素抵抗的发病机制的系统分析,“《公共科学图书馆•综合》,5卷,不。1,文章e8817, 2010。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. m . j . Pagliassotti和p . a .开环”,蔗糖量改变了胰岛素抵抗的组织模式和时间进程在年轻的老鼠,”美国生理学杂志》上,卷269,不。3,第2部分,R641-R646, 1995页。视图:谷歌学术搜索
17. m·p·汤普森和d·金”,脂肪酸和UCP2的表达之间的联系和UCP3 mrna,”2月的信,卷568,不。1 - 3、4 - 9日,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. 伊藤j .松田k . Hosoda h . et al .,“克隆鼠解偶联蛋白质3、解偶联protein-2互补:他们在吃高脂肪食物的老鼠的基因表达,“2月的信,卷418,不。1 - 2、200 - 204年,1997页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. d . w .锣,y, m·l·莱特曼”基因组的膳食脂肪组织和调节解偶联蛋白3和2的基因,”生物化学和生物物理研究通信,卷256,不。1,新,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. 诉Bezaire l . l . Spriet美国坎贝尔et al .,“本构UCP3超表达在生理水平增加小鼠骨骼肌脂肪酸运输和氧化的能力,”美国实验生物学学会联合会杂志,19卷,不。8,977 - 979年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. m . Nabben j . hoek大肠Moonen-Kornips et al .,“意义线粒体解偶联蛋白3的功能在中期和长期食用高脂肪的曝光,“2月的信,卷585,不。24日,第4017 - 4010页,2011年。视图:谷歌学术搜索
22. c . s . Choi j·j·菲尔莫,j·k·金et al .,“超表达骨骼肌解偶联蛋白3的防止fat-induced胰岛素抵抗,“临床研究杂志,卷117,不。7,1995 - 2003年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. s . r . Costford乔杜里、s a·克劳福德m . Salkhordeh和m·e·哈珀“长期高脂喂养诱发更大的脂肪存储在老鼠身上缺乏UCP3,”美国生理学杂志》上,卷295,不。5,E1018-E1024, 2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. l . m .火花h·谢·r·A . Koza et al .,“协调高脂肪饮食会使骨骼肌线粒体氧化磷酸化,所需基因”糖尿病,54卷,不。7,1926 - 1933年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. m·巴贾杰r . Medina-Navarro s Suraamornkul c·梅耶,r . a . DeFronzo和l . j . Mandarino”矛盾的肌肉基因表达变化在胰岛素抵抗者血浆游离脂肪酸浓度持续下降之后,“糖尿病卷,56号3、743 - 752年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. h .小马,小马,c·哈斯m . weis f . MacHicao和h·哈林,”胖子段微分调节的基因编码过氧物酶体proliferator-activated受体-γcoactivator-1α和1β在人类骨骼肌细胞分化的体外,”Diabetologia,48卷,不。10日,2115 - 2118年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. e . Mormeneo c . Jimenez-Mallebrera x Palomer et al .,“PGC-1alpha诱导线粒体myokine转录程序和脂滴和糖原累积在人工培养的骨骼肌细胞,”《公共科学图书馆•综合》,7卷,不。1,文章e29985, 2012。视图:谷歌学术搜索
28. n .尼克里奇m . Rhedin a.c. Rustan et al .,“过度PGC-1alpha增加脂肪酸氧化人类骨骼肌细胞的能力,”生物化学研究国际文章ID 714074卷,2012年,2012年。视图:谷歌学术搜索
29. c·r·本顿j·g . Nickerson j·劳丽et al .,“适度PGC-1α超表达体内肌肉足以增加胰岛素敏感性和棕榈酸酯氧化subsarcolemmal,不是intermyofibrillar,线粒体,”生物化学杂志,卷283,不。7,4228 - 4240年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. d·康、s h·金和n . Hamasaki“线粒体转录因子(TFAM):角色维护mtDNA和细胞功能”线粒体,7卷,不。1 - 2,39-44,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. r . m . n . Bezerra m .上野m . s .席尔瓦·d·塔瓦雷斯,c·r·o·卡瓦略和m·j·A·萨德”高果糖饮食影响的早期步骤胰岛素在肌肉和肝脏的老鼠,”营养学杂志》,卷130,不。6,1531 - 1535年,2000页。视图:谷歌学术搜索
32. p·A·汉森·d·h·汉,b . A .马歇尔et al .,“高脂肪饮食会刺激肌肉中葡萄糖运输:功能评估的潜在机制,“生物化学杂志,卷273,不。40岁,26157 - 26163年,1998页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2012李曹等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。