Център за сън и циркадна биология, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Център за сън и циркадна биология, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Катедра по медицина, Медицинско училище Файнберг, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Център за сън и циркадна биология, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Център за сън и циркадна биология, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Център за сън и циркадна биология, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Център за сън и циркадна биология, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Център за сън и циркадна биология, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Катедра по медицина, Медицинско училище Файнберг, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Център за сън и циркадна биология, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Център за сън и циркадна биология, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Център за сън и циркадна биология, Северозападен университет, Еванстън, Илинойс, САЩ

Резюме

Изследванията за регулиране на телесното тегло са фокусирани почти изцяло върху приема на калории и енергийните разходи. Въпреки това, редица неотдавнашни проучвания върху животни, свързващи регулирането на енергията и циркадния часовник на молекулярно, физиологично и поведенческо ниво, повишават възможността самият момент на приема на храна да играе значителна роля за увеличаване на теглото. Настоящото проучване се фокусира върху ролята на циркадната фаза на консумация на храна в наддаването на тегло. Ние предоставяме доказателства, че нощните мишки, хранени с диета с високо съдържание на мазнини само по време на 12-часовата светлинна фаза, наддават значително повече тегло от мишките, хранени само по време на 12-часовата тъмна фаза. По-доброто разбиране на ролята на циркадната система за наддаване на тегло може да има важни последици за разработването на нови терапевтични стратегии за борба с епидемията от затлъстяване, пред която е изправена човешката популация днес.

Методи и процедури

Мъжки мишки C57BL/6J бяха поддържани на 12 часа светлина: 12 часа тъмен цикъл от раждането и бяха хранени с редовна диета (кат. № 5K52; Lab Diet, Richmond, IN), съдържаща 6% ккал от мазнини след отбиване на 3 седмици на възраст. На 9-седмична възраст мишките бяха разделени на две групи (н = 6 на група) и хранени с високо съдържание на мазнини (60% ккал от мазнини, кат. № D12492; Research Diets, New Brunswick, NJ) или само по време на 12-часовата светлинна фаза или 12-часовата тъмна фаза, за 6 седмици. През останалите 12 часа на ден животните не получават храна. Условията за диета се поддържат чрез ръчно превключване на мишките между две обичайни клетки при включени и изключени светлини (клетка с лека фаза и клетка с тъмна фаза), само една от които съдържа храна. Вода беше на разположение ad libitum. Калоричният прием се определя чрез осигуряване на претеглена храна в излишък в клетката за хранене и претегляне на остатъци от храна след 1 седмица. Теглото на тялото се измерва два пъти седмично по време на двете времена за превключване на клетката. Локомоторната активност се измерва чрез инфрачервени прекъсвания на лъча, както е описано по-рано ((5)).

Резултати

Мишките осигуряват диета с високо съдържание на мазнини само по време на светлата фаза са натрупали значително повече тегло от мишките, хранени само по време на тъмната фаза през 6-седмичния период (Фигура 1а, F (1,20) = 10,78, P 0.10) и показва сходни нива на двигателна активност през 6-седмичния период (Фигура 1б, F (1,10) = 1,95, P > 0,10). В допълнение, анализът на телесния състав показва тенденция към лекомислената група да има по-висок процент мазнини (средно 7,8% повече, P = 0,06) от тъмнохранени мишки.

приема

Ефектът от циркадното хранене върху телесното тегло, приема на калории и активността. (а) Ефектът от храненето в светла или тъмна фаза върху телесното тегло. Телесно тегло (средно ± s.e.m.) на мишки B6, хранени с 60% високо съдържание на мазнини само по време на 12-часова светла фаза (пунктирана линия) или само по време на 12-часовата тъмна фаза (плътна линия). Теглото на тялото е взето в края на 12-часовата фаза на хранене при всички животни. Подобни значителни разлики се наблюдават и при вземане на тежести в края на 12-часовата фаза на гладно (данните не са показани). В рамките на 2 седмици поддръжка на диета с високо съдържание на мазнини, леко хранените животни тежаха значително повече от хранените с тъмно хранене (*P 0.10), изглежда, че групата с хранене консумира повече калории и се движи по-малко от групата с тъмно хранене. Това повдигна възможността адитивният ефект от малкото увеличаване на приема на калории и малкото намаляване на активността заедно да допринесат за специфични разлики в телесното тегло.

Дискусия

Подобно на други инбредни щамове на лабораторни мишки, мишките C57BL/6J са нощни, като са по-активни и консумират по-голямата част от калориите си (80%) по време на тъмната фаза, когато се поддържат на светлина: тъмен цикъл ((5), (8)). Настоящите резултати показват, че простото модифициране на времето на хранене само може значително да повлияе на телесното тегло. Мишките, хранени с диета с високо съдържание на мазнини, само по време на „правилното“ време на хранене (т.е. по време на тъмно) тежат значително по-малко от мишките, хранени само през времето, когато храненето обикновено е намалено (т.е. по време на светлина). Въпреки че статистически приемът на калории и двигателната активност не се различават значително между условията на светлина и хранене с тъмно хранене, мишките със светло хранене средно са били постоянно по-малко активни от групата с тъмно хранене с течение на времето (Фигура 1б), което показва намаляване на енергийните разходи. Освен това групата с лека храна също консумира малко повече от групата с тъмно хранене. Въздействието на тези два ефекта може да бъде адитивно и да комбинира, за да допринесе за разликите в телесното тегло между двете групи.

Тези резултати са в съответствие с предишни проучвания ((5)), подкрепящи хипотезата, че храненето в лека фаза може да бъде критичен компонент на наддаването на тегло. Въпреки че механизмът на наднорменото напълняване с леко хранене при мишки е неизвестен, телесната температура, хормоните на ситост и сънят могат да допринесат за фенотипа. Отбелязано е, че храненето в лека фаза води до намаляване на телесната температура в тъмна фаза ((9)), което би могло да допринесе за увеличеното съхранение на мазнини и увеличаване на теглото, наблюдавано в настоящото проучване. Циркулиращите хормони за ситост, като лептин, могат да имат циркадна вариация, независима от времето на хранене, и да допринасят за нивата на прием на храна, както се наблюдава при хората при циркаден грешен график ((10)). Ограничаването на съня или лошото качество на съня също може да доведе до увеличаване на теглото ((11)), въпреки че предварителните ни данни ((12)) не показват общи разлики в съня между светли и тъмно хранени мишки.

През последните няколко години имаше редица генетични и екологични изследвания, свързващи циркадния часовник и метаболитните генни мрежи помежду си. Например, мутация на гена на циркадния часовник, Часовник, може да доведе до затлъстяване и метаболитен синдром и промени в циркадната експресия на метаболитни гени ((4)), докато мишките, хранени с диета с високо съдържание на мазнини, показват промени в циркадното поведение, както и нивата и времето на изразяване на часовника и метаболизма гени както в централната, така и в периферната тъкан, участващи в енергийната регулация ((5), (8)). При хората фазите на забавено хранене на не закусващите или пациентите със синдром на нощно хранене предполагат връзка с повишен ИТМ ((6), (7), (13)). Освен това, проучвания на пациенти с циркаден: несъответствие в поведението развиват показатели на метаболитния синдром, по-специално повишаване на нивата на циркулиращата глюкоза и инсулин ((10)). Тези открития, взети заедно с настоящите резултати, показват, че синхронът между циркадните и метаболитните процеси играе важна роля в регулирането на енергийния баланс и контрола на телесното тегло. Важно е, че това проучване е първото, което показва причинно-следствени доказателства, че храненето в „неподходящо” време може да доведе до наддаване на тегло.

Настоящите резултати показват, че по-доброто разбиране на ролята на циркадната система в регулирането на теглото може да има важни последици за борбата с епидемията от затлъстяване, изправена пред човешката популация днес. Веднъж спечелено, загубата на телесно тегло чрез контролиране на енергийния прием чрез диета и/или разход на енергия се оказва трудна за продължителен период от време, което прави значителна и продължителна загуба на тегло предизвикателна ((14)). Превантивната стратегия, основана на модификация на поведението (напр. Времето на приемане на храна), вероятно без значителна промяна в приема на калории или физическа активност, може да бъде критичен елемент, необходим за забавяне на непрекъснато нарастващата честота на затлъстяването и свързаните с него кардиометаболитни нарушения, изправени пред света днес.

Признавам

Това изследване беше подкрепено с безвъзмездна помощ от NIH/NIA P01 AG114212 и безвъзмездна помощ от NIH/NHLBI T32 HL007909.

Разкриване

Авторите не декларират конфликт на интереси.