群体维护以及经过选择性繁殖的易肥胖和抗肥胖大鼠的行为及生理特征

《Physiology & Behavior》：Colony maintenance and the behavioral and physiological characteristics of selectively bred obesity prone and obesity resistant rats

　　

摘要

肥胖是由多种因素相互作用引起的，包括生理、环境和基因。对人类的研究显示，高达70%的超重和肥胖现象可以归因于生物和遗传因素。因此，能够捕捉对肥胖先天易感性或抵抗力的啮齿动物模型对于区分肥胖的固有驱动因素与因摄入致肥食物和/或脂肪增加而发生的神经生物学变化至关重要。例如，通过对特定品系的大鼠进行选择性培育（根据其对饮食诱导体重增加的倾向或抵抗力），研究发现下丘脑回路在瘦素信号传导方面存在差异，并揭示了对食物线索的动机反应以及对中脑边缘系统（mesocorticolimbic systems）的先天性和饮食诱导的改变在这些品系之间的差异。为了防止近亲繁殖，需要在封闭的繁殖群体中定期引入新的基因以维持这些选择性培育的品系。本文描述了维持这些品系的过程，分析了选择过程中的关键表型，并验证了最终群体中的体重增加和肥胖表型。此外，鉴于纹状体（striatum）在食物动机中的核心作用，我们使用全细胞膜片钳技术（whole-cell patch clamping）和实验手段检测了这些更新后的品系的基础纹状体功能及食物动机。结果表明，在更新后的群体中，关键的体重和代谢表型得到了保持，同时肥胖倾向大鼠的食物动机也得到了增强。这为研究基因、环境和促进体重增加及肥胖的神经行为可塑性之间的相互作用提供了坚实的基础。

引言

肥胖是一种复杂的疾病，由遗传、生理和环境因素相互作用引起。据估计，在美国，每5个成人中就有2人、每5个儿童中有1人患有肥胖症；截至2022年，全球有超过20亿人受到超重和肥胖的影响[7,8,48]。大规模的人类研究表明，高达70%的超重和肥胖（基于BMI）可以归因于影响基础代谢率和调节饥饿感、饱腹感以及食物动机的神经生理系统的生物和遗传因素[12,26,30,40,43]。因此，人们开发出了能够捕捉对肥胖先天易感性或抵抗力的啮齿动物模型[[27], [28], [29]]。这些模型对于区分肥胖的固有驱动因素与因摄入致肥食物和/或脂肪增加而发生的神经生物学变化至关重要[24,27,29,37]。

选择性培育模型的一个挑战是，初步选择后，这些品系必须在封闭的繁殖群体中维持。这可能导致基因漂变和近亲繁殖（即使采用外交配系统最终也会失败）。为了解决这些问题，必须将新的基因引入已建立的品系中。本文描述了我们的实验室如何维持和“更新”Levin在1997年最初开发的OP/OR品系。这是通过将已建立的OP或OR大鼠与经过筛选的对饮食诱导体重增加敏感的外交配Sprague Dawley大鼠进行杂交来实现的。我们分析了选择过程中的关键表型，并验证了最终群体中的体重增加和肥胖表型。此外，鉴于纹状体在食物动机和机会性进食（即在没有饥饿或能量需求时的进食）中的核心作用，我们使用全细胞膜片钳技术和实验手段检测了这些更新后品系的基础纹状体功能及食物动机。

章节摘录

方法

一般对象和条件：除非另有说明，否则大鼠按性别分组饲养，可自由摄取水和食物。所有在实验室培育的大鼠的年龄均为实际年龄；通过商业供应商购买的大鼠的年龄仅为近似值。所有在实验室培育的大鼠在21天大时断奶。已建立的OP和OR品系（每种品系10对繁殖对）由密歇根大学啮齿动物繁殖核心团队及其专门的饲养人员负责维护。

结果

图1A展示了用于更新现有OP和OR品系的一般筛选和回交方案。这种方法遵循了Levin及其同事之前使用的方法（个人交流，CRF）。图1B显示了所有最初筛选的大鼠的体重增加频率分布，按性别分组（雄性N=60，雌性N=60）。图1C显示了被选为繁殖对象的大鼠随时间的体重变化情况（12只体重增加的和12只体重不变的，其中6只为雄性，6只为雌性）

讨论

人类和啮齿动物的研究表明，遗传因素通过与食物环境的相互作用减缓新陈代谢、改变动机并促进不健康的饮食模式，从而增加了肥胖的风险。包括这里描述的选择性培育的OP和OR品系在内的饮食诱导肥胖易感性和抵抗力的啮齿动物模型，对于理解这些相互作用及其对生理和行为的影响至关重要。

作者贡献

所有作者都参与了手稿的撰写、研究的概念化、数据分析和结果呈现；JSC主要负责行为和全身生理学研究；MOD、RJC和LMR负责电生理实验及相关数据分析。

生成式AI声明

在准备本手稿过程中未使用生成式AI或AI辅助技术。

CRediT作者贡献声明

Joy Sales Colquitt：写作——审阅与编辑、初稿撰写、方法学研究、数据分析、数据整理。Maria Ortego-Dominguez：写作——审阅与编辑、研究、数据分析、数据整理。Lauren M. Raycraft：写作——审阅与编辑、研究、数据分析、数据整理。Rowan J. Calkins：写作——审阅与编辑、研究、数据分析、数据整理。Carrie R. Ferrario：写作——审阅与编辑、初稿撰写

致谢

我们感谢Barry Levin在DIO（OP）和DR（OR）品系的利用和维护方面的帮助和指导。我们感谢Julia Deshazor、Kimberly Gates和密歇根大学啮齿动物繁殖核心团队在维护繁殖群体和提供许多用于这些研究的大鼠方面的协助。我们感谢Zufan Johnson、Juliette Manzur和Edison Zheng在电生理数据分析方面的帮助，以及Emaa Elrayah在行为研究方面的协助。我们还要感谢Joseph J.博士。

Joy Sales Colquitt|Maria Ortego-Dominguez|Lauren M. Raycraft|Rowan J. Calkins|Carrie R. Ferrario

密歇根大学药理学系，密歇根州安阿伯市，美国