遗传和环境因素在肥胖的发生发展中起着重要作用,而饮食是导致肥胖及其相关代谢疾病的主要环境因素之一。人类研究表明,脂肪摄入增加与体重增加有关,这可能导致肥胖和其他相关的代谢疾病。因此,动物啮齿类动物模型是确定肥胖症的机制方面并开发治疗方法的有用工具,因为当喂食高脂肪食物时,它们很容易增加体重。在这里,我们讨论了设计饮食诱导肥胖动物模型时需要考虑的重要因素。
对照组饮食
在计划饮食诱发的肥胖症研究时,应特别注意高脂饮食的成分。在文献中经常会发现实验中使用的饮食不能很好地匹配,从而引入了许多混杂因素。例如,在许多情况下,谷物(GB)饮食被用作纯高脂饮食的低脂“对照”饮食。GB日粮包含植物来源的成分,这些成分在生长期会有所波动,并且在收获时成分会有所不同。因此,GB饮食配方的营养成分可能会根据制造过程中使用的成分类型而有所不同。另一方面,纯化的成分是高度精制的,并且包含一种主要营养素(即,玉米淀粉用于碳水化合物,大豆油用于脂肪)。
这些成分几乎没有差异,因此在批次之间具有一致性。GB和纯日粮之间存在许多差异,在数据分析过程中引入了无数变量,因此在研究中将这些日粮一起使用时难以解释结果。此外,GB日粮还含有植物性化合物,例如植物雌激素,与纯净日粮相比,已显示出它们可减轻体重增加的程度。由于这些原因,适当匹配的对照饮食应低脂肪(而碳水化合物较高),同时以其他方式与高脂饮食相匹配。实际上,由于当今使用的大多数高脂肪饮食都是由纯净成分制成的,因此这意味着要使用适当匹配的低脂纯净成分饮食作为对照,而不是GB饮食。
脂肪的热量值
实验室研究中使用的高脂肪饮食通常含有约32%至60%的脂肪热量。从营养学的角度来看,60千卡%脂肪的人类饮食被认为是极端的和生理上无关的。也就是说,含有60千卡%脂肪的饮食通常用于诱导啮齿类动物的肥胖,因为它们希望在短时间内促进体重增加,因为动物往往会更快地增加体重,从而使研究人员能够快速建立与肥胖相关的疾病模型,并在较短的时间内筛选出它们的试验化合物。因此,有理由选择使用非常高脂肪的饮食来快速增加体重,或者使用更温和的脂肪饮食来减缓体重增长,以模仿人类饮食中的脂肪消耗。还应注意的是,在研究药物、生物活性食品化合物、营养制剂或基因改造对肥胖的影响时,通过饮食/基因改造来预防或逆转非常高脂肪饮食的影响可能更困难,然而,当饮食中含有较低比例的脂肪(即45千卡)时,可能会看到治疗的效果。
脂肪的类型
在为动物研究选择高脂肪饮食时,应考虑用于研究的脂肪类型,因为饮食中的脂肪酸成分会影响研究结果。许多用于实验动物研究的高脂肪饮食通常含有高饱和脂肪源,如猪油、牛脂、椰子油或乳脂,或反式脂肪,如氢化植物油,这些饮食相当有可能诱发易感菌株的肥胖和代谢性疾病。相比之下,富含n-3脂肪酸和单不饱和脂肪酸(MUFAs)的油对健康有益。例如,有研究表明,在喂食相同脂肪量的动物中,那些喂食含有鱼油的饲料的动物体重没有增加那么多,而胰岛素敏感度要比那些摄入更多饱和脂肪的动物高。此外,富含n-3脂肪酸和MUFAs的饮食已经证明可以减轻饮食诱导的肥胖大鼠的肝脏脂肪变性和改变肝脏磷脂脂肪酸的分布。由于脂肪酸可通过多种机制影响表型,如参与能量调节和胰岛素功能的基因表达、二十碳酸的产生、细胞因子的产生、膜通透性和肠道微生物群的变化,重要的是要包括在研究中使用的脂肪类型和水平的信息,以便其他研究人员能够比较得出的数据。
动物模型
虽然大多数啮齿类动物在高脂饮食中趋于肥胖,但在增重、糖耐量、胰岛素抵抗、血脂谱和其他参数方面可能会有不同的反应,这取决于菌株。一些近交系小鼠,如C57BL/6J或AKR/J小鼠,在喂食高脂肪饲料时更容易肥胖。然而,具有相似增重水平的菌株可能对其他参数表现出不同的反应。例如,当喂食58千卡%脂肪的饮食时,C57BL/6J小鼠和AKR/J小鼠的体重增加程度相似,但与AKR/J小鼠相比,C57BL/6J小鼠更不耐葡萄糖。其他菌株对肥胖的抵抗力更强,比如SWR/J、A/J和BALB/c小鼠。即使在同一个品系中,在不同设施中饲养的动物对高脂肪饮食的反应也不同。包括远缘繁殖的Sprague-Dawley和Wistar大鼠在内的大鼠模型是研究肥胖的流行品系,因为它们在高脂肪饮食中容易增加体重。有趣的是,已知这些毒株对高脂饮食有可变的增重反应,有些动物体重迅速增加,而另一些动物的体重只增加了那些喂食低脂食物的动物。这种体重增加的变化被认为是模仿人类肥胖的多样性,对一些研究人员来说是一个有吸引力的模型。事实上,随着时间的推移,斯普拉格-道利大鼠被选择性地培育来研究动物的遗传特征,在这些动物中,高脂肪饮食中的肥胖或瘦肉表型从出生就知道了。此外,与C57BL/6J小鼠模型相比,在45-60千卡%脂肪饮食中,这些大鼠品系的体重增加通常没有太大差异,研究人员在为这些品种选择饮食时应该考虑这一点。另一个品种,F344xBrown Norway大鼠,一直被用作人类衰老的肥胖模型,因为这些动物的体重增加到大约30个月大,然后趋于平稳,这与普通人的体重增加模式相似。
有越来越多的文献将啮齿动物作为人类肥胖的模型,尽管有许多混杂的因素,包括物种、品系、动物的年龄、饮食类型、脂肪水平和控制饮食的类型。幸运的是,关于这些问题的讨论越来越多,这将有助于科学家设计更严格控制条件的研究,从而提高我们对肥胖和相关疾病的认识。啮齿类动物饮食诱导肥胖模型继续得到广泛应用,为研究人类肥胖的机制提供了有价值的工具。当设计一个使用动物模型来分析人类肥胖的机制的研究时,有两个关键的考虑因素应该支配讨论。首先要考虑的因素是动物模型本身——特定动物模型将为研究提供的益处和局限性。研究人员还需要仔细关注他们选择的饮食,以便有意义地解释他们的数据。在任何高脂饮食(或其他营养干预)研究中考虑饮食成分时,最重要的是使用适当匹配的对照饮食,这允许研究者将表型差异的原因分配给特定的饮食变量。