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La maggior parte degli studi metabolici sui topi viene condotta a temperatura ambiente, sebbene in queste condizioni, a differenza degli esseri umani, i topi consumino molta energia per mantenere la temperatura interna. In questo articolo, descriviamo il peso normale e l'obesità indotta dalla dieta (DIO) in topi C57BL/6J alimentati rispettivamente con chow chow o con una dieta ricca di grassi al 45%. I topi sono stati tenuti per 33 giorni a 22, 25, 27,5 e 30 °C in un sistema di calorimetria indiretta. Dimostriamo che il dispendio energetico aumenta linearmente da 30 °C a 22 °C ed è circa il 30% superiore a 22 °C in entrambi i modelli murini. Nei topi di peso normale, l'assunzione di cibo contrastava l'EE. Al contrario, i topi DIO non diminuivano l'assunzione di cibo al diminuire dell'EE. Pertanto, al termine dello studio, i topi a 30 °C presentavano peso corporeo, massa grassa e livelli plasmatici di glicerolo e trigliceridi più elevati rispetto ai topi a 22 °C. Lo squilibrio nei topi DIO potrebbe essere dovuto a una dieta basata maggiormente sul piacere.
Il topo è il modello animale più comunemente utilizzato per lo studio della fisiologia e della fisiopatologia umana, ed è spesso l'animale di riferimento nelle prime fasi della scoperta e dello sviluppo di farmaci. Tuttavia, i topi differiscono dagli esseri umani per diversi importanti aspetti fisiologici e, sebbene la scala allometrica possa essere utilizzata in una certa misura per la traduzione all'uomo, le enormi differenze tra topi ed esseri umani risiedono nella termoregolazione e nell'omeostasi energetica. Ciò dimostra un'incoerenza fondamentale. La massa corporea media dei topi adulti è almeno mille volte inferiore a quella degli adulti (50 g contro 50 kg), e il rapporto tra superficie e massa differisce di circa 400 volte a causa della trasformazione geometrica non lineare descritta da Mee. Equazione 2. Di conseguenza, i topi perdono significativamente più calore rispetto al loro volume, quindi sono più sensibili alla temperatura, più inclini all'ipotermia e hanno un metabolismo basale medio dieci volte superiore a quello degli esseri umani. A temperatura ambiente standard (~22 °C), i topi devono aumentare il loro dispendio energetico totale (EE) di circa il 30% per mantenere la temperatura corporea interna. A temperature inferiori, l'EE aumenta ancora di più, di circa il 50% e il 100% a 15 e 7 °C, rispetto all'EE a 22 °C. Pertanto, le condizioni di alloggiamento standard inducono una risposta allo stress da freddo, che potrebbe compromettere la trasferibilità dei risultati sui topi agli esseri umani, poiché gli esseri umani che vivono nelle società moderne trascorrono la maggior parte del loro tempo in condizioni termoneutrali (perché il nostro rapporto tra area e volume inferiore ci rende meno sensibili alla temperatura, poiché creiamo una zona termoneutrale (TNZ) intorno a noi. EE al di sopra del tasso metabolico basale) si estende da circa 19 a 30 °C6, mentre i topi hanno una banda più alta e più stretta che si estende solo da 2 a 4 °C7,8 In effetti, questo importante aspetto ha ricevuto notevole attenzione negli ultimi anni4, 7,8,9,10,11,12 ed è stato suggerito che alcune "differenze di specie" possono essere mitigate aumentando la temperatura del guscio9. Tuttavia, non esiste un consenso sull'intervallo di temperatura che costituisce la termoneutralità nei topi. Pertanto, se la temperatura critica inferiore nell'intervallo termoneutrale nei topi con un solo ginocchio sia più vicina a 25 °C o più vicina a 30 °C4, 7, 8, 10, 12 rimane controverso. L'EE e altri parametri metabolici sono stati limitati a ore o giorni, quindi non è chiaro in che misura l'esposizione prolungata a diverse temperature possa influenzare parametri metabolici come il peso corporeo, il consumo, l'utilizzo del substrato, la tolleranza al glucosio e le concentrazioni plasmatiche di lipidi e glucosio e gli ormoni che regolano l'appetito. Inoltre, sono necessarie ulteriori ricerche per accertare in che misura la dieta possa influenzare questi parametri (i topi DIO con una dieta ricca di grassi potrebbero essere più orientati verso una dieta basata sul piacere (edonica)). Per fornire maggiori informazioni su questo argomento, abbiamo esaminato l'effetto della temperatura di allevamento sui suddetti parametri metabolici in topi maschi adulti di peso normale e topi maschi obesi indotti dalla dieta (DIO) con una dieta ricca di grassi al 45%. I topi sono stati tenuti a 22, 25, 27,5 o 30 °C per almeno tre settimane. Temperature inferiori a 22 °C non sono state studiate poiché gli allevamenti standard raramente sono inferiori alla temperatura ambiente. Abbiamo riscontrato che i topi DIO di peso normale e a cerchio singolo rispondevano in modo simile alle variazioni di temperatura del recinto in termini di EE e indipendentemente dalle condizioni del recinto (con o senza riparo/materiale per il nido). Tuttavia, mentre i topi di peso normale regolavano l'assunzione di cibo in base all'EE, l'assunzione di cibo dei topi DIO era ampiamente indipendente dall'EE, con conseguente aumento di peso dei topi. Secondo i dati sul peso corporeo, le concentrazioni plasmatiche di lipidi e corpi chetonici hanno mostrato che i topi DIO a 30 °C avevano un bilancio energetico più positivo rispetto ai topi a 22 °C. Le ragioni alla base delle differenze nel bilancio tra assunzione di energia ed EE tra topi di peso normale e DIO richiedono ulteriori studi, ma potrebbero essere correlate a cambiamenti patofisiologici nei topi DIO e all'effetto di una dieta basata sul piacere a seguito di una dieta obesa.
L'EE è aumentata linearmente da 30 a 22 °C ed era circa il 30% più alta a 22 °C rispetto a 30 °C (Fig. 1a, b). La frequenza respiratoria (RER) era indipendente dalla temperatura (Fig. 1c, d). L'assunzione di cibo era coerente con le dinamiche dell'EE e aumentava con la diminuzione della temperatura (anche ~30% più alta a 22 °C rispetto a 30 °C (Fig. 1e, f). Assunzione di acqua. Il volume e il livello di attività non dipendevano dalla temperatura (Fig. 1g). -to).
Topi maschi (C57BL/6J, 20 settimane di età, stabulazione individuale, n=7) sono stati stabulati in gabbie metaboliche a 22° C per una settimana prima dell'inizio dello studio. Due giorni dopo la raccolta dei dati di base, la temperatura è stata aumentata con incrementi di 2° C alle 06:00 al giorno (inizio della fase di luce). I dati sono presentati come media ± errore standard della media e la fase di buio (18:00–06:00 h) è rappresentata da un riquadro grigio. a Spesa energetica (kcal/h), b Spesa energetica totale a varie temperature (kcal/24 h), c Frequenza di scambio respiratorio (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d RER medio in fase di luce e buio (VCO2/VO2) (il valore zero è definito come 0,7). e assunzione cumulativa di cibo (g), f assunzione totale di cibo nelle 24 ore, g assunzione totale di acqua nelle 24 ore (ml), h assunzione totale di acqua nelle 24 ore, i livello di attività cumulativo (m) e j livello di attività totale (m/24 ore). I topi sono stati mantenuti alla temperatura indicata per 48 ore. I dati mostrati per 24, 26, 28 e 30 °C si riferiscono alle ultime 24 ore di ciascun ciclo. I topi sono rimasti alimentati per tutta la durata dello studio. La significatività statistica è stata testata mediante misurazioni ripetute di ANOVA a una via seguite dal test di confronto multiplo di Tukey. Gli asterischi indicano la significatività per il valore iniziale di 22 °C, l'ombreggiatura indica la significatività tra gli altri gruppi come indicato. *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.Sono stati calcolati i valori medi per l'intero periodo sperimentale (0-192 ore). n = 7.
Come nel caso dei topi normopeso, l'EE aumentava linearmente con la diminuzione della temperatura e, in questo caso, l'EE era anche circa il 30% più alto a 22 °C rispetto a 30 °C (Fig. 2a, b). Il RER non variava a diverse temperature (Fig. 2c, d). A differenza dei topi normopeso, l'assunzione di cibo non era coerente con l'EE in funzione della temperatura ambiente. L'assunzione di cibo, l'assunzione di acqua e il livello di attività erano indipendenti dalla temperatura (Figg. 2e–j).
Topi DIO maschi (C57BL/6J, 20 settimane) sono stati alloggiati individualmente in gabbie metaboliche a 22 °C per una settimana prima dell'inizio dello studio. I topi possono utilizzare il 45% di HFD ad libitum. Dopo due giorni di acclimatazione, sono stati raccolti i dati basali. Successivamente, la temperatura è stata aumentata con incrementi di 2 °C a giorni alterni alle 06:00 (inizio della fase di luce). I dati sono presentati come media ± errore standard della media e la fase di buio (18:00–06:00 h) è rappresentata da un riquadro grigio. a Spesa energetica (kcal/h), b Spesa energetica totale a varie temperature (kcal/24 h), c Tasso di scambio respiratorio (VCO2/VO2: 0,7–1,0), d RER medio in fase di luce e di buio (VCO2/VO2) (il valore zero è definito come 0,7). e assunzione cumulativa di cibo (g), f assunzione totale di cibo nelle 24 ore, g assunzione totale di acqua nelle 24 ore (ml), h assunzione totale di acqua nelle 24 ore, i livello di attività cumulativo (m) e j livello di attività totale (m/24 ore). I topi sono stati mantenuti alla temperatura indicata per 48 ore. I dati mostrati per 24, 26, 28 e 30 °C si riferiscono alle ultime 24 ore di ogni ciclo. I topi sono stati mantenuti al 45% di HFD fino alla fine dello studio. La significatività statistica è stata testata mediante misurazioni ripetute di ANOVA a una via seguite dal test di confronto multiplo di Tukey. Gli asterischi indicano la significatività per il valore iniziale di 22 °C, l'ombreggiatura indica la significatività tra gli altri gruppi come indicato. *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.Sono stati calcolati i valori medi per l'intero periodo sperimentale (0-192 ore). n = 7.
In un'altra serie di esperimenti, abbiamo esaminato l'effetto della temperatura ambiente sugli stessi parametri, ma questa volta tra gruppi di topi mantenuti costantemente a una certa temperatura. I topi sono stati divisi in quattro gruppi per minimizzare le variazioni statistiche nella media e nella deviazione standard di peso corporeo, grasso e peso corporeo normale (Fig. 3a–c). Dopo 7 giorni di acclimatazione, sono stati registrati 4,5 giorni di EE. L'EE è significativamente influenzata dalla temperatura ambiente sia durante le ore diurne che notturne (Fig. 3d) e aumenta linearmente al diminuire della temperatura da 27,5 °C a 22 °C (Fig. 3e). Rispetto agli altri gruppi, il RER del gruppo a 25 °C era leggermente ridotto e non si sono osservate differenze tra i restanti gruppi (Fig. 3f, g). L'assunzione di cibo parallela al modello di EE a è aumentata di circa il 30% a 22 °C rispetto a 30 °C (Fig. 3h, i). Il consumo di acqua e i livelli di attività non differivano significativamente tra i gruppi (Fig. 3j, k). L'esposizione a diverse temperature per un massimo di 33 giorni non ha portato a differenze di peso corporeo, massa magra e massa grassa tra i gruppi (Fig. 3n-s), ma ha determinato una diminuzione della massa magra di circa il 15% rispetto ai punteggi auto-riportati (Fig. 3n-s). 3b, r, c)) e la massa grassa è aumentata di oltre 2 volte (da ~1 g a 2–3 g, Fig. 3c, t, c). Sfortunatamente, la cappa a 30 °C presenta errori di calibrazione e non può fornire dati accurati su EE e RER.
- Peso corporeo (a), massa magra (b) e massa grassa (c) dopo 8 giorni (un giorno prima del trasferimento al sistema SABLE). d Consumo energetico (kcal/h). e Consumo energetico medio (0–108 ore) a varie temperature (kcal/24 ore). f Rapporto di scambio respiratorio (RER) (VCO2/VO2). g RER medio (VCO2/VO2). h Assunzione totale di cibo (g). i Assunzione media di cibo (g/24 ore). j Consumo totale di acqua (ml). k Consumo medio di acqua (ml/24 h). l Livello di attività cumulativo (m). m Livello di attività medio (m/24 h). n peso corporeo al 18° giorno, o variazione del peso corporeo (da -8° a 18° giorno), p massa magra al 18° giorno, q variazione della massa magra (da -8° a 18° giorno), r massa grassa al 18° giorno e variazione della massa grassa (da -8 a 18 giorni). La significatività statistica delle misure ripetute è stata testata mediante Oneway-ANOVA seguito dal test di confronto multiplo di Tukey. *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.I dati sono presentati come media + errore standard della media; la fase di buio (18:00-06:00) è rappresentata da riquadri grigi. I punti sugli istogrammi rappresentano i singoli topi. I valori medi sono stati calcolati per l'intero periodo sperimentale (0-108 ore). n = 7.
I topi sono stati abbinati per peso corporeo, massa magra e massa grassa al basale (Fig. 4a–c) e mantenuti a 22, 25, 27,5 e 30 °C come negli studi con topi di peso normale. Confrontando gruppi di topi, la relazione tra EE e temperatura ha mostrato una relazione lineare simile con la temperatura nel tempo negli stessi topi. Pertanto, i topi mantenuti a 22 °C hanno consumato circa il 30% di energia in più rispetto ai topi mantenuti a 30 °C (Fig. 4d, e). Quando si studiano gli effetti negli animali, la temperatura non ha sempre influenzato il RER (Fig. 4f, g). L'assunzione di cibo, l'assunzione di acqua e l'attività non sono stati significativamente influenzati dalla temperatura (Fig. 4h–m). Dopo 33 giorni di allevamento, i topi a 30 °C avevano un peso corporeo significativamente maggiore rispetto ai topi a 22 °C (Fig. 4n). Rispetto ai rispettivi valori basali, i topi allevati a 30°C presentavano pesi corporei significativamente più elevati rispetto ai topi allevati a 22°C (media ± errore standard della media: Fig. 4o). L'aumento di peso relativamente più elevato era dovuto a un aumento della massa grassa (Fig. 4p, q) piuttosto che a un aumento della massa magra (Fig. 4r, s). In linea con il valore di EE inferiore a 30°C, l'espressione di diversi geni BAT che aumentano la funzione/attività del BAT era ridotta a 30°C rispetto a 22°C: Adra1a, Adrb3 e Prdm16. Altri geni chiave che aumentano anche la funzione/attività del BAT non sono stati interessati: Sema3a (regolazione della crescita dei neuriti), Tfam (biogenesi mitocondriale), Adrb1, Adra2a, Pck1 (gluconeogenesi) e Cpt1a. Sorprendentemente, Ucp1 e Vegf-a, associati a un'aumentata attività termogenica, non sono diminuiti nel gruppo trattato a 30 °C. Infatti, i livelli di Ucp1 in tre topi erano più alti rispetto al gruppo trattato a 22 °C, mentre Vegf-a e Adrb2 erano significativamente elevati. Rispetto al gruppo trattato a 22 °C, i topi trattati a 25 °C e 27,5 °C non hanno mostrato alcuna variazione (Figura supplementare 1).
- Peso corporeo (a), massa magra (b) e massa grassa (c) dopo 9 giorni (un giorno prima del trasferimento al sistema SABLE). d Consumo energetico (EE, kcal/h). e Consumo energetico medio (0–96 ore) a varie temperature (kcal/24 ore). f Rapporto di scambio respiratorio (RER, VCO2/VO2). g RER medio (VCO2/VO2). h Assunzione totale di cibo (g). i Assunzione media di cibo (g/24 ore). j Consumo totale di acqua (ml). k Consumo medio di acqua (ml/24 h). l Livello di attività cumulativo (m). m Livello di attività medio (m/24 h). n Peso corporeo al giorno 23 (g), o Variazione del peso corporeo, p Massa magra, q Variazione della massa magra (g) al giorno 23 rispetto al giorno 9, Variazione della massa grassa (g) al giorno 23, massa grassa (g) rispetto al giorno 8, giorno 23 rispetto al giorno -8. La significatività statistica delle misure ripetute è stata testata mediante Oneway-ANOVA seguito dal test di confronto multiplo di Tukey. *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.I dati sono presentati come media + errore standard della media; la fase di buio (18:00-06:00) è rappresentata da riquadri grigi. I punti sugli istogrammi rappresentano i singoli topi. I valori medi sono stati calcolati per l'intero periodo sperimentale (0-96 ore). n = 7.
Come gli esseri umani, i topi spesso creano microambienti per ridurre la dispersione di calore verso l'ambiente. Per quantificare l'importanza di questo ambiente per l'EE, abbiamo valutato l'EE a 22, 25, 27,5 e 30 °C, con o senza protezioni in pelle e materiale per il nido. A 22 °C, l'aggiunta di pelli standard riduce l'EE di circa il 4%. La successiva aggiunta di materiale per il nido riduce l'EE del 3-4% (Fig. 5a, b). Non sono state osservate variazioni significative nel RER, nell'assunzione di cibo, nell'assunzione di acqua o nei livelli di attività con l'aggiunta di casette o pelli + lettiera (Figura 5i–p). L'aggiunta di pelle e materiale per il nido ha ridotto significativamente l'EE anche a 25 e 30 °C, ma le risposte erano quantitativamente inferiori. A 27,5 °C non è stata osservata alcuna differenza. In particolare, in questi esperimenti, l'EE è diminuita con l'aumentare della temperatura, in questo caso di circa il 57% in meno rispetto all'EE a 30 °C rispetto a 22 °C (Fig. 5c–h). La stessa analisi è stata eseguita solo per la fase di luce, dove l'EE era più vicino al metabolismo basale, poiché in questo caso i topi riposavano principalmente nella pelle, con conseguenti dimensioni dell'effetto comparabili a diverse temperature (Fig. 2a–h supplementare).
Dati per topi provenienti da rifugio e materiale per il nido (blu scuro), casa ma senza materiale per il nido (azzurro chiaro) e casa e materiale per il nido (arancione). Consumo energetico (EE, kcal/h) per le stanze a, c, e e g a 22, 25, 27,5 e 30 °C, b, d, f e h medie EE (kcal/h). ip Dati per topi alloggiati a 22 °C: i frequenza respiratoria (RER, VCO2/VO2), j RER medio (VCO2/VO2), k assunzione di cibo cumulativa (g), l assunzione di cibo media (g/24 h), m assunzione totale di acqua (mL), n assunzione media di acqua AUC (mL/24 h), o attività totale (m), p livello medio di attività (m/24 h). I dati sono presentati come media + errore standard della media, la fase scura (18:00-06:00 h) è rappresentata da riquadri grigi. I punti sugli istogrammi rappresentano i singoli topi. La significatività statistica delle misure ripetute è stata testata mediante Oneway-ANOVA seguito dal test di confronto multiplo di Tukey. *P < 0,05, **P < 0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P<0,05, **P<0,01.Sono stati calcolati i valori medi per l'intero periodo sperimentale (0-72 ore). n = 7.
Nei topi di peso normale (2-3 ore di digiuno), l'allevamento a diverse temperature non ha determinato differenze significative nelle concentrazioni plasmatiche di TG, 3-HB, colesterolo, ALT e AST, ma di HDL in funzione della temperatura (Figure 6a-e). Anche le concentrazioni plasmatiche a digiuno di leptina, insulina, peptide C e glucagone non differivano tra i gruppi (Figure 6g-j). Il giorno del test di tolleranza al glucosio (dopo 31 giorni a diverse temperature), il livello basale di glicemia (5-6 ore di digiuno) era di circa 6,5 mM, senza differenze tra i gruppi. La somministrazione di glucosio orale ha aumentato significativamente le concentrazioni di glucosio nel sangue in tutti i gruppi, ma sia la concentrazione di picco che l'area incrementale sotto le curve (iAUC) (15–120 min) erano inferiori nel gruppo di topi alloggiati a 30 °C (punti temporali individuali: P < 0,05–P < 0,0001, Fig. 6k, l) rispetto ai topi alloggiati a 22, 25 e 27,5 °C (che non differivano tra loro). La somministrazione di glucosio orale ha aumentato significativamente le concentrazioni di glucosio nel sangue in tutti i gruppi, ma sia la concentrazione di picco sia l'area incrementale sotto le curve (iAUC) (15–120 min) erano inferiori nel gruppo di topi alloggiati a 30 °C (punti temporali individuali: P < 0,05–P < 0,0001, Fig. 6k, l) rispetto ai topi alloggiati a 22, 25 e 27,5 °C (che non differivano tra loro). La formazione professionale dei carboidrati è stata concentrata in tutti i gruppi, no come una piccola conferenza, così è asciugatura del liquido di raffreddamento (iAUC) (15–120 minuti) non essere inserita nel gruppo della miscela, sodersa a 30 °C (in временные точки: P < 0,05–P < 0,0001, рис 6k, l) dopo la cottura con i funghi, la temperatura è compresa tra 22, 25 e 27,5 °C (il metodo non è stato dimensionato). La somministrazione orale di glucosio ha aumentato significativamente le concentrazioni di glucosio nel sangue in tutti i gruppi, ma sia la concentrazione di picco che l'area incrementale sotto le curve (iAUC) (15–120 min) erano inferiori nel gruppo di topi a 30 °C (punti temporali separati: P < 0,05–P < 0,0001, Fig. 6k, l) rispetto ai topi mantenuti a 22, 25 e 27,5 °C (che non differivano tra loro).Temperatura di esercizio: 30 °C峰值浓度和曲线下增加面积(iAUC) (15-120 分钟) 均较低（各个时间点：P < 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 小鼠组 中,点 点 点 点 点：P < 0,05–P < 0.0001, 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.La somministrazione orale di glucosio ha aumentato significativamente le concentrazioni di glucosio nel sangue in tutti i gruppi, ma sia la concentrazione di picco che l'area sotto la curva (iAUC) (15–120 min) erano inferiori nel gruppo di topi alimentati a 30°C (tutti i punti temporali).: P < 0,05–P < 0,0001, рис. : P < 0,05–P < 0,0001, Fig.6l, l) rispetto ai topi tenuti a 22, 25 e 27,5°C (nessuna differenza tra loro).
Le concentrazioni plasmatiche di TG, 3-HB, colesterolo, HDL, ALT, AST, FFA, glicerolo, leptina, insulina, peptide C e glucagone sono mostrate in topi maschi adulti DIO(al) dopo 33 giorni di alimentazione alla temperatura indicata. I topi non sono stati alimentati 2-3 ore prima del prelievo di sangue. L'eccezione è stata un test di tolleranza al glucosio orale, eseguito due giorni prima della fine dello studio su topi a digiuno per 5-6 ore e mantenuti alla temperatura appropriata per 31 giorni. I topi sono stati sottoposti a un challenge con 2 g/kg di peso corporeo. I dati dell'area sotto la curva (L) sono espressi come dati incrementali (iAUC). I dati sono presentati come media ± errore standard (SEM). I punti rappresentano i singoli campioni. *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.
Nei topi DIO (anch'essi a digiuno per 2-3 ore), le concentrazioni plasmatiche di colesterolo, HDL, ALT, AST e FFA non differivano tra i gruppi. Sia i TG che il glicerolo erano significativamente elevati nel gruppo a 30 °C rispetto al gruppo a 22 °C (Figure 7a–h). Al contrario, il 3-GB era circa il 25% inferiore a 30 °C rispetto a 22 °C (Figura 7b). Pertanto, sebbene i topi mantenuti a 22 °C avessero un bilancio energetico complessivamente positivo, come suggerito dall'aumento di peso, le differenze nelle concentrazioni plasmatiche di TG, glicerolo e 3-HB suggeriscono che i topi a 22 °C, quando il campionamento era inferiore rispetto a 22 °C. I topi allevati a 30 °C erano in uno stato energetico relativamente più negativo. Coerentemente con ciò, le concentrazioni epatiche di glicerolo e TG estraibili, ma non di glicogeno e colesterolo, erano più elevate nel gruppo trattato a 30 °C (Figura supplementare 3a-d). Per verificare se le differenze dipendenti dalla temperatura nella lipolisi (misurate da TG e glicerolo plasmatici) siano il risultato di alterazioni interne del grasso epididimale o inguinale, abbiamo estratto tessuto adiposo da queste riserve alla fine dello studio e quantificato ex vivo la produzione di acidi grassi liberi e il rilascio di glicerolo. In tutti i gruppi sperimentali, i campioni di tessuto adiposo prelevati dai depositi epididimali e inguinali hanno mostrato un aumento di almeno il doppio della produzione di glicerolo e FFA in risposta alla stimolazione con isoproterenolo (Figura supplementare 4a-d). Tuttavia, non è stato riscontrato alcun effetto della temperatura del guscio sulla lipolisi basale o stimolata da isoproterenolo. In linea con il peso corporeo e la massa grassa più elevati, i livelli plasmatici di leptina erano significativamente più alti nel gruppo a 30 °C rispetto al gruppo a 22 °C (Figura 7i). Al contrario, i livelli plasmatici di insulina e peptide C non differivano tra i gruppi di temperatura (Fig. 7k, k), ma il glucagone plasmatico mostrava una dipendenza dalla temperatura, ma in questo caso quasi 22 °C nel gruppo opposto erano il doppio rispetto a 30 °C. DA. Gruppo C (Fig. 7l). FGF21 non differiva tra i diversi gruppi di temperatura (Fig. 7m). Il giorno dell'OGTT, la glicemia basale era di circa 10 mM e non differiva tra i topi alloggiati a diverse temperature (Fig. 7n). La somministrazione orale di glucosio ha aumentato i livelli di glicemia e ha raggiunto il picco in tutti i gruppi a una concentrazione di circa 18 mM 15 minuti dopo la somministrazione. Non sono state rilevate differenze significative nell'iAUC (15–120 min) e nelle concentrazioni nei diversi punti temporali successivi alla somministrazione (15, 30, 60, 90 e 120 min) (Figura 7n, o).
Le concentrazioni plasmatiche di TG, 3-HB, colesterolo, HDL, ALT, AST, FFA, glicerolo, leptina, insulina, peptide C, glucagone e FGF21 sono state osservate in topi maschi adulti DIO (ao) dopo 33 giorni di alimentazione alla temperatura specificata. I topi non sono stati alimentati 2-3 ore prima del prelievo di sangue. Il test di tolleranza al glucosio orale ha rappresentato un'eccezione, in quanto è stato eseguito a una dose di 2 g/kg di peso corporeo due giorni prima della fine dello studio su topi a digiuno per 5-6 ore e mantenuti alla temperatura appropriata per 31 giorni. I dati dell'area sotto la curva (o) sono mostrati come dati incrementali (iAUC). I dati sono presentati come media ± errore standard (SEM). I punti rappresentano i singoli campioni. *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.
La trasferibilità dei dati sui roditori all'uomo è una questione complessa che gioca un ruolo centrale nell'interpretazione dell'importanza delle osservazioni nel contesto della ricerca fisiologica e farmacologica. Per ragioni economiche e per facilitare la ricerca, i topi vengono spesso mantenuti a temperatura ambiente al di sotto della loro zona termoneutrale, con conseguente attivazione di vari sistemi fisiologici compensatori che aumentano il tasso metabolico e potenzialmente ne compromettono la traslabilità9. Pertanto, l'esposizione dei topi al freddo può renderli resistenti all'obesità indotta dalla dieta e può prevenire l'iperglicemia nei ratti trattati con streptozotocina a causa di un aumento del trasporto di glucosio non insulino-dipendente. Tuttavia, non è chiaro in che misura l'esposizione prolungata a diverse temperature rilevanti (da quella ambiente a quella termoneutrale) influenzi la diversa omeostasi energetica dei topi normopeso (con cibo) e dei topi DIO (con dieta ricca di grassi) e i parametri metabolici, nonché la misura in cui siano stati in grado di bilanciare un aumento dell'EE con un aumento dell'assunzione di cibo. Lo studio presentato in questo articolo mira a fare chiarezza su questo argomento.
Dimostriamo che nei topi adulti di peso normale e nei topi DIO maschi, l'EE è inversamente proporzionale alla temperatura ambiente tra 22 e 30 °C. Pertanto, l'EE a 22 °C era circa il 30% superiore rispetto a 30 °C in entrambi i modelli murini. Tuttavia, un'importante differenza tra topi di peso normale e topi DIO è che mentre i topi di peso normale corrispondevano all'EE a temperature più basse regolando di conseguenza l'assunzione di cibo, l'assunzione di cibo dei topi DIO variava a livelli diversi. Le temperature dello studio erano simili. Dopo un mese, i topi DIO mantenuti a 30 °C hanno guadagnato più peso corporeo e massa grassa rispetto ai topi mantenuti a 22 °C, mentre gli esseri umani normali mantenuti alla stessa temperatura e per lo stesso periodo di tempo non hanno portato alla febbre. differenza dipendente dal peso corporeo. topi di peso. Rispetto a temperature prossime alla temperatura neutra o a temperatura ambiente, la crescita a temperatura ambiente ha portato i topi DIO o di peso normale a una dieta ricca di grassi, ma non a una dieta per topi di peso normale, ad aumentare di peso relativamente meno. Supportato da altri studi17,18,19,20,21 ma non da tutti22,23.
Si ipotizza che la capacità di creare un microambiente per ridurre la perdita di calore sposti la neutralità termica a sinistra8, 12. Nel nostro studio, sia l'aggiunta di materiale per il nido che il nascondiglio hanno ridotto l'EE ma non hanno portato a una neutralità termica fino a 28 °C. Pertanto, i nostri dati non supportano l'ipotesi che il punto più basso di termoneutralità nei topi adulti con un solo ginocchio, con o senza case arricchite dal punto di vista ambientale, debba essere 26-28 °C come mostrato8,12, ma supportano altri studi che mostrano la termoneutralità. temperature di 30 °C nei topi con il punto più basso7, 10, 24. A complicare le cose, è stato dimostrato che il punto di termoneutralità nei topi non è statico durante il giorno, poiché è più basso durante la fase di riposo (luce), probabilmente a causa della minore produzione di calorie derivante dall'attività e dalla termogenesi indotta dalla dieta. Pertanto, nella fase luminosa, il punto più basso di neutralità termica risulta essere ~29°C, e nella fase oscura, ~33°C25.
In definitiva, la relazione tra temperatura ambiente e consumo energetico totale è determinata dalla dissipazione del calore. In questo contesto, il rapporto tra superficie e volume è un importante determinante della sensibilità termica, influenzando sia la dissipazione del calore (superficie) che la generazione di calore (volume). Oltre alla superficie, il trasferimento di calore è determinato anche dall'isolamento (velocità di trasferimento di calore). Negli esseri umani, la massa grassa può ridurre la perdita di calore creando una barriera isolante attorno al guscio corporeo, ed è stato suggerito che la massa grassa sia importante anche per l'isolamento termico nei topi, abbassando il punto di neutralità termica e riducendo la sensibilità alla temperatura al di sotto del punto di neutralità termica (pendenza della curva). temperatura ambiente rispetto all'EE)12. Il nostro studio non è stato progettato per valutare direttamente questa presunta relazione poiché i dati sulla composizione corporea sono stati raccolti 9 giorni prima della raccolta dei dati sul dispendio energetico e poiché la massa grassa non è rimasta stabile durante lo studio. Tuttavia, poiché i topi normopeso e DIO presentano un'EE inferiore del 30% a 30 °C rispetto a 22 °C, nonostante una differenza di almeno 5 volte nella massa grassa, i nostri dati non supportano l'idea che l'obesità debba fornire un isolamento di base. fattore, almeno non nell'intervallo di temperatura studiato. Ciò è in linea con altri studi meglio progettati per esplorare questo4,24. In questi studi, l'effetto isolante dell'obesità era piccolo, ma si è scoperto che la pelliccia fornisce il 30-50% dell'isolamento termico totale4,24. Tuttavia, nei topi morti, la conduttività termica è aumentata di circa il 450% subito dopo la morte, suggerendo che l'effetto isolante della pelliccia è necessario per il funzionamento dei meccanismi fisiologici, inclusa la vasocostrizione. Oltre alle differenze di specie nella pelliccia tra topi ed esseri umani, lo scarso effetto isolante dell'obesità nei topi può anche essere influenzato dalle seguenti considerazioni: Il fattore isolante della massa grassa umana è principalmente mediato dalla massa grassa sottocutanea (spessore)26,27. Tipicamente nei roditori Meno del 20% del grasso animale totale28. Inoltre, la massa grassa totale potrebbe non essere nemmeno una misura subottimale dell'isolamento termico di un individuo, poiché è stato sostenuto che un migliore isolamento termico è compensato dall'inevitabile aumento della superficie (e quindi dalla maggiore perdita di calore) con l'aumentare della massa grassa.
Nei topi di peso normale, le concentrazioni plasmatiche a digiuno di TG, 3-HB, colesterolo, HDL, ALT e AST non sono cambiate a diverse temperature per quasi 5 settimane, probabilmente perché i topi si trovavano nello stesso stato di bilancio energetico. Il peso e la composizione corporea erano gli stessi alla fine dello studio. In linea con la somiglianza nella massa grassa, non si sono riscontrate differenze nei livelli plasmatici di leptina, né nell'insulina a digiuno, nel peptide C e nel glucagone. Ulteriori segnali sono stati riscontrati nei topi DIO. Sebbene i topi a 22 °C non presentassero un bilancio energetico complessivamente negativo in questo stato (mancando peso), alla fine dello studio presentavano una carenza energetica relativamente maggiore rispetto ai topi allevati a 30 °C, in condizioni quali un'elevata produzione di chetoni da parte dell'organismo (3-GB) e una diminuzione della concentrazione di glicerolo e TG nel plasma. Tuttavia, le differenze dipendenti dalla temperatura nella lipolisi non sembrano essere il risultato di cambiamenti intrinseci nel grasso dell'epididimo o inguinale, come cambiamenti nell'espressione della lipasi responsiva all'adipoormone, poiché gli FFA e il glicerolo rilasciati dal grasso estratto da questi depositi sono compresi tra i gruppi di temperatura sono simili tra loro. Sebbene non abbiamo studiato il tono simpatico nel presente studio, altri hanno scoperto che esso (in base alla frequenza cardiaca e alla pressione arteriosa media) è linearmente correlato alla temperatura ambiente nei topi ed è approssimativamente inferiore a 30 °C che a 22 °C 20% C Pertanto, le differenze dipendenti dalla temperatura nel tono simpatico possono svolgere un ruolo nella lipolisi nel nostro studio, ma poiché un aumento del tono simpatico stimola piuttosto che inibire la lipolisi, altri meccanismi possono contrastare questa diminuzione nei topi coltivati. Potenziale ruolo nella scomposizione del grasso corporeo. Temperatura ambiente. Inoltre, parte dell'effetto stimolatorio del tono simpatico sulla lipolisi è indirettamente mediato da una forte inibizione della secrezione di insulina, evidenziando l'effetto dell'interruzione dell'integrazione di insulina sulla lipolisi30, ma nel nostro studio, l'insulina plasmatica a digiuno e il tono simpatico del peptide C a diverse temperature non erano sufficienti ad alterare la lipolisi. Invece, abbiamo scoperto che le differenze nello stato energetico erano molto probabilmente il principale contributo a queste differenze nei topi DIO. Le ragioni alla base di una migliore regolazione dell'assunzione di cibo con EE nei topi di peso normale richiedono ulteriori studi. In generale, tuttavia, l'assunzione di cibo è controllata da segnali omeostatici ed edonici31,32,33. Sebbene vi sia dibattito su quale dei due segnali sia quantitativamente più importante,31,32,33 è ben noto che il consumo a lungo termine di cibi ricchi di grassi porta a un comportamento alimentare più basato sul piacere che è in una certa misura estraneo all'omeostasi. . – assunzione di cibo regolata34,35,36. Pertanto, l'aumentato comportamento alimentare edonistico dei topi DIO trattati con il 45% di HFD potrebbe essere una delle ragioni per cui questi topi non bilanciavano l'assunzione di cibo con l'EE. È interessante notare che differenze nell'appetito e negli ormoni che regolano la glicemia sono state osservate anche nei topi DIO a temperatura controllata, ma non nei topi normopeso. Nei topi DIO, i livelli plasmatici di leptina aumentavano con la temperatura e i livelli di glucagone diminuivano con la temperatura. La misura in cui la temperatura può influenzare direttamente queste differenze merita ulteriori studi, ma nel caso della leptina, il bilancio energetico relativo negativo e quindi la minore massa grassa nei topi a 22 °C hanno certamente giocato un ruolo importante, poiché la massa grassa e la leptina plasmatica sono altamente correlate37. Tuttavia, l'interpretazione del segnale del glucagone è più enigmatica. Come per l'insulina, la secrezione di glucagone è stata fortemente inibita da un aumento del tono simpatico, ma è stato previsto che il tono simpatico più elevato si verificasse nel gruppo a 22 °C, che presentava le più elevate concentrazioni plasmatiche di glucagone. L'insulina è un altro potente regolatore del glucagone plasmatico, e la resistenza all'insulina e il diabete di tipo 2 sono fortemente associati all'iperglucagonemia a digiuno e postprandiale 38,39. Tuttavia, i topi DIO del nostro studio erano anche insensibili all'insulina, quindi questo non potrebbe essere il fattore principale nell'aumento della segnalazione del glucagone nel gruppo a 22 °C. Anche il contenuto di grassi nel fegato è positivamente associato a un aumento della concentrazione plasmatica di glucagone, i cui meccanismi, a loro volta, possono includere la resistenza epatica al glucagone, la riduzione della produzione di urea, l'aumento delle concentrazioni circolanti di aminoacidi e l'aumento della secrezione di glucagone stimolata dagli aminoacidi40,41,42. Tuttavia, poiché le concentrazioni estraibili di glicerolo e TG non differivano tra i gruppi di temperatura nel nostro studio, anche questo non potrebbe essere un potenziale fattore nell'aumento delle concentrazioni plasmatiche nel gruppo a 22 °C. La triiodotironina (T3) svolge un ruolo critico nel metabolismo complessivo e nell'avvio della difesa metabolica contro l'ipotermia43,44. Pertanto, la concentrazione plasmatica di T3, probabilmente controllata da meccanismi mediati a livello centrale,45,46 aumenta sia nei topi che negli esseri umani in condizioni termoneutrali47, sebbene l'aumento sia minore negli esseri umani, che sono maggiormente predisposti ai topi. Ciò è coerente con la perdita di calore nell'ambiente. Non abbiamo misurato le concentrazioni plasmatiche di T3 nello studio attuale, ma le concentrazioni potrebbero essere state inferiori nel gruppo a 30 °C, il che potrebbe spiegare l'effetto di questo gruppo sui livelli plasmatici di glucagone, poiché noi (Figura 5a aggiornata) e altri abbiamo dimostrato che la T3 aumenta il glucagone plasmatico in modo dose-dipendente. È stato riportato che gli ormoni tiroidei inducono l'espressione di FGF21 nel fegato. Come il glucagone, anche le concentrazioni plasmatiche di FGF21 aumentavano con le concentrazioni plasmatiche di T3 (Figura 5b supplementare e rif. 48), ma rispetto al glucagone, le concentrazioni plasmatiche di FGF21 nel nostro studio non erano influenzate dalla temperatura. Le ragioni alla base di questa discrepanza richiedono ulteriori studi, ma l'induzione di FGF21 indotta da T3 dovrebbe verificarsi a livelli più elevati di esposizione a T3 rispetto alla risposta al glucagone indotta da T3 osservata (Figura 5b supplementare).
È stato dimostrato che l'HFD è fortemente associato a una ridotta tolleranza al glucosio e a una resistenza all'insulina (marcatori) nei topi allevati a 22 °C. Tuttavia, l'HFD non è stato associato né a una ridotta tolleranza al glucosio né a una resistenza all'insulina quando cresciuto in un ambiente termoneutro (definito qui come 28 °C) 19 . Nel nostro studio, questa relazione non è stata replicata nei topi DIO, ma i topi di peso normale mantenuti a 30 °C hanno migliorato significativamente la tolleranza al glucosio. La ragione di questa differenza richiede ulteriori studi, ma potrebbe essere influenzata dal fatto che i topi DIO nel nostro studio erano resistenti all'insulina, con concentrazioni plasmatiche di peptide C a digiuno e concentrazioni di insulina 12-20 volte superiori rispetto ai topi di peso normale. e nel sangue a stomaco vuoto. concentrazioni di glucosio di circa 10 mM (circa 6 mM a peso corporeo normale), il che sembra lasciare una piccola finestra per eventuali potenziali effetti benefici dell'esposizione a condizioni termoneutre per migliorare la tolleranza al glucosio. Un possibile fattore di confusione è che, per ragioni pratiche, l'OGTT viene eseguito a temperatura ambiente. Pertanto, i topi allevati a temperature più elevate hanno subito un lieve shock da freddo, che potrebbe influire sull'assorbimento/eliminazione del glucosio. Tuttavia, sulla base di concentrazioni di glicemia a digiuno simili in gruppi con temperature diverse, le variazioni della temperatura ambiente potrebbero non aver influenzato significativamente i risultati.
Come accennato in precedenza, è stato recentemente evidenziato che l'aumento della temperatura ambiente può attenuare alcune reazioni allo stress da freddo, il che potrebbe mettere in discussione la trasferibilità dei dati sui topi all'uomo. Tuttavia, non è chiaro quale sia la temperatura ottimale per mantenere i topi in condizioni di imitare la fisiologia umana. La risposta a questa domanda può anche essere influenzata dal campo di studio e dall'endpoint in esame. Un esempio è l'effetto della dieta sull'accumulo di grasso epatico, sulla tolleranza al glucosio e sulla resistenza all'insulina19. In termini di dispendio energetico, alcuni ricercatori ritengono che la termoneutralità sia la temperatura ottimale per l'allevamento, poiché gli esseri umani richiedono poca energia extra per mantenere la propria temperatura corporea interna, e definiscono una temperatura di 30 °C per topi adulti in un singolo grembo7,10. Altri ricercatori ritengono che una temperatura paragonabile a quella che gli esseri umani sperimentano tipicamente con topi adulti su un ginocchio sia di 23-25 °C, poiché hanno riscontrato una termoneutralità di 26-28 °C e, basandosi su una temperatura inferiore di circa 3 °C per gli esseri umani, la loro temperatura critica inferiore, definita qui come 23 °C, è di poco inferiore a 8,12. Il nostro studio è coerente con diversi altri studi che affermano che la neutralità termica non viene raggiunta a 26-28 °C4, 7, 10, 11, 24, 25 °C, indicando che 23-25 °C è una temperatura troppo bassa. Un altro fattore importante da considerare per quanto riguarda la temperatura ambiente e la termoneutralità nei topi è l'allevamento singolo o in gruppo. Quando i topi venivano allevati in gruppo anziché individualmente, come nel nostro studio, la sensibilità alla temperatura era ridotta, probabilmente a causa dell'affollamento degli animali. Tuttavia, la temperatura ambiente era ancora al di sotto del limite di tolleranza di 25 °C quando venivano utilizzati tre gruppi. Forse la differenza interspecie più importante a questo riguardo è il significato quantitativo dell'attività del BAT come difesa contro l'ipotermia. Pertanto, mentre i topi compensavano ampiamente la maggiore perdita di calorie aumentando l'attività del BAT, che è superiore al 60% dell'EE a soli 5 °C51,52, il contributo dell'attività del BAT umano all'EE era significativamente maggiore, molto inferiore. Pertanto, ridurre l'attività del BAT potrebbe essere un modo importante per aumentare la traduzione umana. La regolazione dell'attività del BAT è complessa, ma è spesso mediata dagli effetti combinati della stimolazione adrenergica, degli ormoni tiroidei e dell'espressione di UCP114,54,55,56,57. I nostri dati indicano che la temperatura deve essere aumentata oltre i 27,5 °C rispetto ai topi a 22 °C per rilevare differenze nell'espressione dei geni BAT responsabili della funzione/attivazione. Tuttavia, le differenze riscontrate tra i gruppi a 30 e 22 °C non indicavano sempre un aumento dell'attività del BAT nel gruppo a 22 °C, poiché Ucp1, Adrb2 e Vegf-a erano sottoregolati nel gruppo a 22 °C. La causa principale di questi risultati inattesi resta da determinare. Una possibilità è che la loro aumentata espressione potrebbe non riflettere un segnale di temperatura ambiente elevata, ma piuttosto un effetto acuto dello spostamento da 30 °C a 22 °C il giorno della rimozione (i topi hanno sperimentato questo 5-10 minuti prima del decollo). ).
Un limite generale del nostro studio è che abbiamo studiato solo topi maschi. Altre ricerche suggeriscono che il genere potrebbe essere un fattore importante nelle nostre indicazioni primarie, poiché i topi femmina con un solo ginocchio sono più sensibili alla temperatura a causa della maggiore conduttività termica e del mantenimento di temperature interne più strettamente controllate. Inoltre, i topi femmina (in HFD) hanno mostrato una maggiore associazione tra assunzione di energia ed EE a 30 °C rispetto ai topi maschi che hanno consumato più topi dello stesso sesso (20 °C in questo caso) 20 . Pertanto, nei topi femmina, l'effetto del contenuto subtermonetrale è maggiore, ma presenta lo stesso schema dei topi maschi. Nel nostro studio, ci siamo concentrati sui topi maschi con un solo ginocchio, poiché queste sono le condizioni in cui vengono condotti la maggior parte degli studi metabolici che esaminano l'EE. Un altro limite del nostro studio è stato che i topi hanno seguito la stessa dieta per tutta la durata dello studio, il che ha impedito di studiare l'importanza della temperatura ambiente per la flessibilità metabolica (misurata dalle variazioni del RER per le variazioni dietetiche in varie composizioni di macronutrienti). nei topi femmine e maschi tenuti a 20°C rispetto ai corrispondenti topi tenuti a 30°C.
In conclusione, il nostro studio dimostra che, come in altri studi, i topi normopeso di primo giro sono termoneutrali al di sopra dei 27,5 °C previsti. Inoltre, il nostro studio dimostra che l'obesità non è un fattore di isolamento importante nei topi normopeso o con DIO, con conseguenti rapporti temperatura:EE simili nei topi DIO e normopeso. Mentre l'assunzione di cibo dei topi normopeso era coerente con l'EE e quindi manteneva un peso corporeo stabile nell'intero intervallo di temperatura, l'assunzione di cibo dei topi DIO era la stessa a diverse temperature, con conseguente maggiore rapporto di topi a 30 °C e a 22 °C che aumentavano di peso corporeo. Nel complesso, studi sistematici che esaminano la potenziale importanza di vivere al di sotto delle temperature termoneutrali sono giustificati a causa della scarsa tollerabilità spesso osservata tra studi su topi e umani. Ad esempio, negli studi sull'obesità, una spiegazione parziale della traducibilità generalmente più scarsa potrebbe essere dovuta al fatto che gli studi sulla perdita di peso nei topi vengono solitamente eseguiti su animali sottoposti a stress da freddo moderato e mantenuti a temperatura ambiente a causa del loro aumento di EE. Perdita di peso esagerata rispetto al peso corporeo atteso di una persona, in particolare se il meccanismo d'azione dipende dall'aumento dell'EE attraverso l'aumento dell'attività del BAP, che è più attivo e attivato a temperatura ambiente che a 30°C.
In conformità con la legge danese sulla sperimentazione animale (1987) e con le disposizioni degli Istituti nazionali di sanità (Pubblicazione n. 85-23) e con la Convenzione europea per la protezione dei vertebrati utilizzati a fini sperimentali o ad altri fini scientifici (Consiglio d'Europa n. 123, Strasburgo, 1985).
Topi maschi C57BL/6J di venti settimane sono stati ottenuti da Janvier Saint Berthevin Cedex, Francia, e hanno ricevuto ad libitum cibo standard (Altromin 1324) e acqua (~22°C) dopo un ciclo luce:buio di 12:12 ore a temperatura ambiente. Topi maschi DIO (20 settimane) sono stati ottenuti dallo stesso fornitore e hanno ricevuto ad libitum accesso a una dieta ricca di grassi al 45% (Cat. No. D12451, Research Diet Inc., NJ, USA) e acqua in condizioni di allevamento. I topi si sono adattati all'ambiente una settimana prima dell'inizio dello studio. Due giorni prima del trasferimento al sistema di calorimetria indiretta, i topi sono stati pesati, sottoposti a risonanza magnetica (EchoMRITM, TX, USA) e divisi in quattro gruppi corrispondenti a peso corporeo, grasso e peso corporeo normale.
Un diagramma grafico del disegno dello studio è mostrato in Figura 8. I topi sono stati trasferiti in un sistema di calorimetria indiretta chiuso e a temperatura controllata presso Sable Systems Internationals (Nevada, USA), che includeva monitor della qualità del cibo e dell'acqua e un telaio Promethion BZ1 che registrava i livelli di attività misurando le interruzioni del fascio. XYZ. I topi (n = 8) sono stati alloggiati individualmente a 22, 25, 27,5 o 30 °C utilizzando lettiera ma senza riparo e materiale per il nido, con un ciclo luce:buio di 12:12 ore (luce: 06:00-18:00). 2500 ml/min. I topi sono stati acclimatati per 7 giorni prima della registrazione. Le registrazioni sono state raccolte per quattro giorni consecutivi. Successivamente, i topi sono stati mantenuti alle rispettive temperature di 25, 27,5 e 30 °C per altri 12 giorni, dopodiché sono stati aggiunti i concentrati cellulari come descritto di seguito. Nel frattempo, gruppi di topi mantenuti a 22°C sono stati mantenuti a questa temperatura per altri due giorni (per raccogliere nuovi dati di base), e poi la temperatura è stata aumentata con incrementi di 2°C a giorni alterni all'inizio della fase di luce (06:00) fino a raggiungere 30 °C. Successivamente, la temperatura è stata abbassata a 22°C e i dati sono stati raccolti per altri due giorni. Dopo altri due giorni di registrazione a 22°C, le pelli sono state aggiunte a tutte le celle a tutte le temperature e la raccolta dati è iniziata il secondo giorno (giorno 17) e per tre giorni. Successivamente (giorno 20), il materiale di nidificazione (8-10 g) è stato aggiunto a tutte le celle all'inizio del ciclo di luce (06:00) e i dati sono stati raccolti per altri tre giorni. Pertanto, alla fine dello studio, i topi mantenuti a 22°C sono stati mantenuti a questa temperatura per 21/33 giorni e a 22°C per gli ultimi 8 giorni, mentre i topi ad altre temperature sono stati mantenuti a questa temperatura per 33 giorni. /33 giorni. I topi sono stati alimentati durante il periodo di studio.
I topi di peso normale e quelli con DIO hanno seguito le stesse procedure di studio. Al giorno -9, i topi sono stati pesati, sottoposti a risonanza magnetica e divisi in gruppi comparabili per peso corporeo e composizione corporea. Al giorno -7, i topi sono stati trasferiti in un sistema di calorimetria indiretta chiuso a temperatura controllata prodotto da SABLE Systems International (Nevada, USA). I topi sono stati alloggiati individualmente con lettiera, ma senza materiali per il nido o per il riparo. La temperatura è impostata a 22, 25, 27,5 o 30 °C. Dopo una settimana di acclimatazione (giorni -7 a 0, gli animali non sono stati disturbati), i dati sono stati raccolti per quattro giorni consecutivi (giorni 0-4, dati mostrati nelle FIG. 1, 2, 5). Successivamente, i topi mantenuti a 25, 27,5 e 30 °C sono stati mantenuti in condizioni costanti fino al 17° giorno. Allo stesso tempo, la temperatura nel gruppo a 22 °C è stata aumentata a intervalli di 2 °C a giorni alterni regolando il ciclo di temperatura (ore 06:00) all'inizio dell'esposizione alla luce (i dati sono mostrati in Fig. 1). Il giorno 15, la temperatura è scesa a 22 °C e sono stati raccolti dati per due giorni per fornire dati di base per i trattamenti successivi. Le pelli sono state aggiunte a tutti i topi il giorno 17 e il materiale per il nido è stato aggiunto il giorno 20 (Fig. 5). Il giorno 23, i topi sono stati pesati e sottoposti a risonanza magnetica, quindi lasciati soli per 24 ore. Il giorno 24, i topi sono stati tenuti a digiuno dall'inizio del fotoperiodo (ore 06:00) e hanno ricevuto OGTT (2 g/kg) alle ore 12:00 (6-7 ore di digiuno). Successivamente, i topi sono stati riportati alle rispettive condizioni SABLE e soppressi il secondo giorno (giorno 25).
I topi DIO (n = 8) hanno seguito lo stesso protocollo dei topi di peso normale (come descritto sopra e nella Figura 8). I topi hanno mantenuto il 45% di HFD durante l'esperimento di dispendio energetico.
VO₂ e VCO₂, così come la pressione del vapore acqueo, sono stati registrati a una frequenza di 1 Hz con una costante di tempo di cella di 2,5 min. L'assunzione di cibo e acqua è stata registrata tramite registrazione continua (1 Hz) del peso dei contenitori di cibo e acqua. Il monitor di qualità utilizzato ha riportato una risoluzione di 0,002 g. I livelli di attività sono stati registrati utilizzando un monitor 3D XYZ beam array; i dati sono stati raccolti a una risoluzione interna di 240 Hz e riportati ogni secondo per quantificare la distanza totale percorsa (m) con una risoluzione spaziale effettiva di 0,25 cm. I dati sono stati elaborati con Sable Systems Macro Interpreter v.2.41, calcolando EE e RER e filtrando i valori anomali (ad esempio, falsi eventi di pasto). Il macro interpreter è configurato per generare dati per tutti i parametri ogni cinque minuti.
Oltre a regolare l'EE, la temperatura ambiente può anche regolare altri aspetti del metabolismo, incluso il metabolismo del glucosio postprandiale, regolando la secrezione di ormoni che metabolizzano il glucosio. Per verificare questa ipotesi, abbiamo finalmente completato uno studio sulla temperatura corporea stimolando topi normopeso con un carico orale di glucosio DIO (2 g/kg). I metodi sono descritti in dettaglio in materiali aggiuntivi.
Al termine dello studio (giorno 25), i topi sono stati tenuti a digiuno per 2-3 ore (a partire dalle 06:00), anestetizzati con isoflurano e sottoposti a dissanguamento completo mediante venipuntura retroorbitaria. La quantificazione dei lipidi plasmatici, degli ormoni e dei lipidi epatici è descritta nei Materiali Supplementari.
Per studiare se la temperatura del guscio induca cambiamenti intrinseci nel tessuto adiposo che influenzano la lipolisi, il tessuto adiposo inguinale ed epididimale è stato asportato direttamente dai topi dopo l'ultima fase del sanguinamento. I tessuti sono stati processati utilizzando il nuovo test di lipolisi ex vivo descritto nei Metodi Supplementari.
Il tessuto adiposo bruno (BAT) è stato raccolto il giorno della conclusione dello studio e trattato come descritto nei metodi supplementari.
I dati sono presentati come media ± errore standard (SEM). I grafici sono stati creati con GraphPad Prism 9 (La Jolla, CA) e modificati con Adobe Illustrator (Adobe Systems Incorporated, San Jose, CA). La significatività statistica è stata valutata in GraphPad Prism e testata mediante t-test per campioni appaiati, ANOVA a una via/due vie a misure ripetute seguita dal test di comparazione multipla di Tukey, oppure ANOVA a una via non appaiata seguita dal test di comparazione multipla di Tukey, a seconda delle necessità. La distribuzione gaussiana dei dati è stata convalidata dal test di normalità di D'Agostino-Pearson prima dell'esecuzione del test. La dimensione del campione è indicata nella sezione corrispondente della sezione "Risultati", nonché nella legenda. La ripetizione è definita come qualsiasi misurazione effettuata sullo stesso animale (in vivo o su un campione di tessuto). In termini di riproducibilità dei dati, è stata dimostrata un'associazione tra dispendio energetico e temperatura corporea in quattro studi indipendenti che utilizzavano topi diversi con un disegno di studio simile.
Protocolli sperimentali dettagliati, materiali e dati grezzi sono disponibili su richiesta ragionevole all'autore principale Rune E. Kuhre. Questo studio non ha generato nuovi reagenti unici, linee animali/cellulari transgeniche o dati di sequenziamento.
Per maggiori informazioni sulla progettazione dello studio, consultare l'abstract del Nature Research Report collegato a questo articolo.
Tutti i dati formano un grafico. I dati da 1 a 7 sono stati depositati nel repository del database Science, numero di accesso: 1253.11.sciencedb.02284 o https://doi.org/10.57760/sciencedb.02284. I dati mostrati in ESM possono essere inviati a Rune E Kuhre dopo un ragionevole periodo di verifica.
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Data di pubblicazione: 28 ottobre 2022
