Chestnut Studying
摘要
Host defenses against pathogens are energetically expensive, leading ecological immunologists to postulate that they might participate in energetic trade-offs with other maintenance programs. However, the metabolic costs of immunity and the nature of physiologic trade-offs it engages are largely unknown. We report here that activation of immunity causes an energetic trade-off with the homeothermy (the stable maintenance of core temperature), resulting in hypometabolism and hypothermia. This immunity-induced physiologic trade-off was independent of sickness behaviors but required hematopoietic sensing of lipopolysaccharide (LPS) via the toll-like receptor 4 (TLR4). Metabolomics and genome-wide expression profiling revealed that distinct metabolic programs supported entry and recovery from the energy-conserving hypometabolic state. During bacterial infections, hypometabolic states, which could be elicited by competition for energy between maintenance programs or energy restriction, promoted disease tolerance. Together, our findings suggest that energy-conserving hypometabolic states, such as dormancy, might have evolved as a mechanism of tissue tolerance.
宿主防御病原体的能量消耗巨大,导致生态免疫学家推测它们可能与其他维护程序进行能量交换。然而,免疫的代谢成本及其所涉及的生理交换的性质在很大程度上是未知的。我们在此报告,免疫激活会导致与恒温(核心温度的稳定维持)的能量交换,从而导致代谢低下和体温过低。这种免疫引起的生理权衡与疾病行为无关,但需要通过Toll样受体4(TLR4)对脂多糖(LPS)进行造血感应。代谢组学和全基因组表达谱分析表明,不同的代谢程序支持进入和恢复节能的低代谢状态。在细菌感染期间,维持程序或能量限制之间的能量竞争可能会引发代谢状态低下,从而提高对疾病的耐受性。我们的研究结果共同表明,休眠等能量节约型代谢状态可能已经进化为一种组织耐受机制。
前言
免疫是一种高成本、高收益的特性,可以抵御感染和伤害。除了间接损害和免疫病理学之外,免疫激活还会对宿主造成重大的代谢挑战。例如,病原体诱导的炎症反应(包括炎症介质产生、呼吸爆发、急性期反应、细胞迁移和细胞增殖)需要消耗大量能量,因此需要重新分配营养物质(葡萄糖、氨基酸和脂肪酸)来为免疫激活提供能量。此外,由于厌食症伴随感染,调动储存的燃料对于生存至关重要。外周胰岛素抵抗会减少肌肉、脂肪和肝脏中的营养储存,为优先分配和重新分配代谢燃料用于宿主防御提供了一种机制。由于免疫的代谢成本很高,免疫很可能与其他宿主维持程序争夺能量。然而,这种竞争的性质以及它们可能促进的生理权衡仍然知之甚少。
宿主对病原体的反应受多种因素影响,包括感染的严重程度、类型和持续时间,以及病原体的位置、毒性和复制状态。先天免疫系统利用细胞表面和细胞内的模式识别受体来感知病原体。免疫系统通过这些传感器收集的信息来判断威胁的性质(病毒、细菌、真菌)、位置(细胞外、细胞内)、复制状态和严重程度。这些信息被整合到效应反应中,旨在消灭、中和或抑制微生物病原体。效应反应的类型及其部署顺序经过进一步优化,以最大限度地降低成本(代谢和免疫病理学),同时提供足够的保护,抵御病原体。
受感染的宿主可以使用两种不同的防御策略来自我保护。首先,它们可以使用抗性来攻击病原体,从而减轻病原体的负担。其次,它们可以使用耐受性来限制病原体和宿主免疫反应造成的损害。虽然这两种防御策略在植物生态学领域已被认可数十年,但组织耐受的概念直到最近才引入动物研究。因此,控制组织耐受程序表达的总体原则和机制在很大程度上仍然未知。然而,最近的研究表明,对细菌感染的代谢适应是组织耐受性的关键决定因素。
在这里,我们研究了能量需求和竞争是否可能是动物对抗病原体防御类型的另一个决定因素。我们通过激活小鼠免疫系统的能量密集型特征来检验这一想法,因为小鼠需要竞争能量来维持恒定体温。我们发现,通过多种TLR配体激活免疫系统会促进厌食和嗜睡等疾病行为,而TLR4配体脂多糖(LPS)则优先诱导与恒定体温的能量交换。我们以LPS激活的免疫系统为模型,揭示了免疫系统与恒温调节之间生理权衡的机制。这些发现的应用表明,能量竞争或能量限制引起的代谢低下状态可增强细菌感染期间的耐受性。
实验结果1
LPS激活免疫系统触发能量保护机制
生物从环境中获取能量,并将其用于生长、繁殖和维持。在实验室环境中,基础组织稳态(基础代谢率[BMR])、活动(运动活动)和适应性生热(恒温)是成年非繁殖小鼠的主要能量消耗维持程序。为了模拟这些维持程序和免疫系统之间的能量竞争,作者用各种TLR配体处理小鼠,因为它们提供了一个可解释的系统来探讨宿主产生的反应。作者的实验模式包括将小鼠置于正常饲养温度(22°C)下,该温度低于它们的体温中性区,并监测免疫激活后各种生理参数的变化。通过对TLRs 1-5、7/8和9的配体进行系统筛选,作者发现TLR4配体LPS对能量保存(即减少耗氧量、VO2)的影响最大,且呈剂量依赖性(图1A、1B)。相比之下,在给小鼠注射TLRs 1-5配体后,出现了厌食和嗜睡等不适症状(图1A)。
为了研究免疫系统与其他维持程序之间对能量的竞争如何引发生理权衡,作者使用在不同环境温度(Ta)下饲养的小鼠重复了LPS实验。在热中性(Ta = 30°C)下,小鼠无需消耗额外能量来维持体温,而在22°C的正常饲养温度下,小鼠需要依靠适应性生热来维持核心温度。虽然用LPS处理降低了两组小鼠的VO2,但由此产生的能量节省的机制和表型是不同的(图1C和1D)。在热中性小鼠中,通过抑制暗周期中的运动活动,耗氧量减少了约35%(图1C和1E)。由于这些动物的耗氧量没有降到基础代谢率以下(图1C,红色虚线),这表明抑制运动活动所节省的能量足以激活免疫系统。相比之下,在22°C下饲养的小鼠的VO2降低了约52%(图1D)。在这种情况下,通过减少三个维持项目(运动活动、BMR和恒温)的支出实现了能量节省(图1D和1F)。因此,在22°C饲养的动物放弃了恒温,降低了核心体温,而热中性小鼠在给予LPS后核心体温并未降至35°C以下(图1G)。红外成像显示这些动物的背部表面温度也有类似下降(图1H和1I)。这些观察到的能量保存策略差异与厌食和嗜睡等疾病行为无关,两组小鼠均表现出这些行为(图1E、1F、1J和1K)。LPS诱导的能量保存也与呼吸交换比以及葡萄糖和瘦素循环水平(图1L和1M)的变化无关。由于LPS激活先天免疫主要是通过糖酵解而非氧化代谢,作者的研究结果表明,宿主监测与先天免疫激活相关的代谢成本,而不是燃料偏好,以指导维持程序之间的生理权衡。
实验结果2
造血内皮细胞对LPS的感应会触发能量保存,但不会引发疾病行为
为了理解其内在机制,作者首先思考了如何感知LPS,以促进与恒温的能动权衡。细胞表面TLR4和转导蛋白髓样分化初级反应88(MyD88)感知细胞外的LPS,从而启动炎症反应,而细胞内的LPS以一种独立于TLR4的方式激活Caspase 11,从而启动焦亡。作者发现Tlr4基因敲除和Myd88基因敲除小鼠不会表现出疾病行为或与恒温相关的生理权衡(图2A-2D),这表明LPS诱导的能量保存和疾病行为是由对细胞外LPS的感知启动的。
接下来,作者思考是什么细胞感知LPS来启动能量保存和疾病行为。在注射LPS的部位,作者发现腹膜巨噬细胞、CD11c+细胞表达TLR4,B1a细胞也有少量表达。为了测试髓样细胞是否是LPS进入低代谢状态的主要传感器,作者使用Lyz2Cre小鼠在髓样细胞中删除了Tlr4或Myd88。尽管Tlr4f/fLyz2Cre和Myd88f/fLyz2Cre小鼠进入低代谢状态的速度、深度和持续时间都降低了(图2E、2F),但这些动物仍然通过降低代谢率来应对LPS。这些发现表明,Lyz2Cre介导的缺失是不完全的,或者CD11c+或B1a细胞等其他细胞能够感知LPS以触发能量保存。为了解决这个问题,作者使用Vav1Cre在所有造血和内皮细胞中缺失Tlr4或Myd88。与Tlr4f/fLyz2Cre和Myd88f/fLyz2Cre小鼠不同,Tlr4f/fVav1Cre和Myd88f/fVav1Cre小鼠在应激状态下不会降低VO2至低于静息代谢率(RMR,由图2G和2H中的红色虚线表示 图2G和2H)或放弃恒温,这表明当免疫系统未直接通过LPS-TLR4-MyD88信号通路激活时,其代谢成本较低,且无需与恒温进行权衡。然而,Tlr4f/fVav1Cre和Myd88f/fVav1Cre小鼠仍通过表现出疾病行为来对LPS作出反应,表现为运动活动、食物摄入和体重减少(图2I-2L)。综合这些数据,作者得出结论:造血内皮细胞对 LPS 的感知是进入代谢低下和体温过低状态所必需的,而非造血细胞(如基质细胞和实质细胞)对 LPS 的感知足以引发嗜睡和厌食等疾病行为。
实验结果3
核心设定点变化和Q10效应抑制代谢率
接下来,作者探讨了哪些机制能够降低代谢率,从而促进能量保存。为了回答这个问题,作者量化了呼吸超复合体(RSCs)的组装和活性变化,呼吸超复合体通过呼吸链动态调节耗氧量。作者发现,在22°C和30°C下饲养的小鼠,用LPS处理后,其肝脏、棕色脂肪组织(BAT)和心脏中含复合体I(CI,NADH:泛醌氧化还原酶)和复合体IV(CIV,细胞色素c氧化酶)的呼吸超复合体(RSC)的组装或活性没有显著变化(图3A-3C)。此外,这些动物的肝脏和心脏中,含有复合体II(CII,琥珀酸脱氢酶)、复合体V(CV,ATP合酶)和复合体III(CIII,泛醌-细胞色素c氧化还原酶)的呼吸链粒体的表达没有显著差异(图3A和3C)。与这些观察结果一致的是,当动物降低代谢率时,分离组织(肝脏、BAT和心脏)的耗氧率并未降低。这些结果表明,RSCs或线粒体呼吸的动态变化并不能解释LPS抑制代谢率的原因。
Q10对温度对生化反应的影响是降低代谢率的另一种机制。Q10系数是衡量化学或生化反应随温度变化的一种方法。例如,Q10值为2表示温度每升高或降低10°C,生化反应的速度将分别增加或降低2倍。由于小型异温动物在每日冬眠期间依靠温度的Q10效应来降低代谢率,作者想知道这种机制是否也能抑制LPS处理小鼠的代谢呼吸。使用基础代谢状态(VO2 = 36 mL/h,核心温度 = 36.1°C,来自图1C和1G)和低代谢状态(VO2 = 17.5 mL/h,核心温度 = 27.6°C,来自图1D和1G)的参数,计算出C57BL/6J小鼠在LPS刺激下的Q10值约为2.3。由于该Q10值与老鼠(Q10为2.4)和冬眠期间的小异温动物的Q10值相似,这表明在用LPS处理的动物中,温度依赖机制可能将代谢率抑制到BMR以下。在这个模型中,LPS通过降低核心温度的中心设定点来诱导低代谢状态,这会导致代谢率从较高的RMR(在22°C下测量)降低到较低的BMR(在30°C下测量)(图3D)。由于代谢率降低了约50%,核心温度随之降低,这又导致代谢率因温度的Q10效应而额外降低约25%,从而使得在22°C下接受LPS处理的小鼠的VO2降低了约75%(图1D和3D)。
实验结果4
免疫的相对代谢成本与恒温生理权衡
虽然激活的免疫反应被认为代谢成本很高,但其能量成本尚未被系统量化。为了解决这个问题,作者首先量化了各种维护程序在24小时内的能量需求。作者发现,在热中性小鼠(Ta = 30°C)中,基础代谢消耗了约67%的能量(2243 mL的VO2),其余的能量用于运动(约33%;1123 mL的VO2)(图3E和3F)。相比之下,在22°C下饲养的小鼠将约37%(2243 mL的VO2)用于基础代谢率,约15%(898 mL的VO2)用于运动,约48%(2933 mL的VO2)用于适应性生热(图3E和3F)。接下来,作者计算了22°C和30°C条件下小鼠免疫相关的能量节省。在热中性小鼠中,LPS引起的免疫激活导致运动活动减少,从而节省了1170毫升的VO2(图3G),而在22°C条件下饲养的小鼠,由于运动活动、适应性生热和BMR的减少,节省的能量绝对值(3182毫升的VO2)提高了约2.7倍(图3G)。
在22°C条件下饲养的小鼠能量节省率更高,这可能有两个原因。首先,由于免疫的代谢成本与引发的炎症反应成正比,在22°C条件下饲养的小鼠先天免疫反应可能更高。其次,相对成本而非绝对成本是生理权衡和能量保存的触发因素。为了区分这两种可能性,作者对22°C和30°C条件下小鼠体内由LPS引起的炎症反应进行了量化。作者发现,无论小鼠所处的温度如何,LPS都会使这些动物体内促炎细胞因子和抗炎细胞因子的分泌增加,程度相似(图3H)。这些数据表明,免疫的相对而非绝对代谢成本可能与恒温生理权衡有关。根据这一假设,两组小鼠的相对能量节省率相当(Ta = 22°C 时约为 52%,Ta = 30°C 时约为 35%),尤其是考虑到 Q10 对代谢率的抑制作用(占 33%)(图 3I)。
实验结果5
激活免疫系统,重新编程肝脏的营养代谢
接下来,作者研究了宿主在免疫激活期间如何满足各种维持程序相互竞争的新陈代谢需求。由于LPS诱导的疾病行为减少了食物摄入,导致两组小鼠的底物从摄入的碳水化合物转变为酮体(图4A)。脂肪酸和氨基酸的氧化分别从白色脂肪组织和骨骼肌中动员,支持肝脏的酮生成。为了深入了解这一过程,作者分析了小鼠在注射LPS前后体内的成分。作者发现两组小鼠都出现了体重下降,这主要是由于瘦体重减少(图4B)。这些观察结果表明,LPS激活免疫系统会从骨骼肌中动员氨基酸,然后用于分解代谢或合成代谢。事实上,参与将细胞内蛋白质分解为氨基酸的泛素连接酶(MuRF1和Atrogin1)的表达和活性在肌肉中得到了诱导。
在进食和禁食状态下,肝脏在向外围组织提供能量方面发挥着关键作用。为了了解免疫系统如何重新编程肝脏代谢,作者在注射LPS后的不同时间点进行了RNA测序(RNA-seq)。主成分分析(PCA)显示,PCA1(51.4%)和PCA2(27.3%)的差异分别反映了LPS和环境温度的影响。然而,令大家惊讶的是,LPS诱导的肝基因表达变化在两组小鼠中遵循了相似的路径。因此,作者对在30°C下饲养的小鼠在12 h时差异表达的基因进行了通路分析。作者发现,诱导基因中富含与炎症反应、宿主防御、细胞因子产生和LPS信号传导相关的通路,而与脂肪酸代谢、药物和异生物代谢、氨基酸代谢和PPAR信号传导相关的基因本体被抑制(图4C)。
在禁食期间,PPARα诱导参与脂肪酸β-氧化和酮生成的基因。然而,作者发现脂肪酸分解代谢的几乎所有程序,包括线粒体β-氧化和过氧化物酶体脂肪酸氧化的PPARα靶点,都被抑制(图4D),这表明在LPS诱导的厌食症中,脂肪酸氧化可能不是支持酮生成的主要方式。作者通过定量血浆和肝脏中的酰基肉碱来检验这一假设,当脂肪酸或氨基酸的氧化受损时,酰基肉碱水平会升高。例如,C2-C5肉碱水平升高表明短链脂肪酸或氨基酸的氧化受损,而C6-C18肉碱水平升高则表明中链和长链脂肪酸的氧化受损。与RNA-seq数据一致,血浆和肝脏中酰基肉碱的液相色谱-质谱(LC-MS)分析显示,中链和长链脂肪酸的氧化普遍受损。例如,在热中性小鼠体内给予LPS后,几乎所有中链和长链酰基肉碱(C6-C20)在血浆中的含量均增加(图4E)。血浆酰基肉碱的总体增加伴随着血浆游离肉碱(C0)的约3.4倍下降,表明肉碱更多地用于产生酰基肉碱(图4E)。事实上,肝脏中酰基肉碱的定量分析表明游离肉碱的积累和中长链酰基肉碱水平升高(图4F)。qRT-PCR分析进一步证实,在热中性小鼠肝脏中,酰基肉碱生成中重要的基因(Cpt1a、Cpt1b和Sl c22a5 [肉碱转运蛋白])被诱导,而将酰基肉碱转运到线粒体内基质进行β-氧化的线粒体肉碱-酰基肉碱转运蛋白(Slc25a20)的表达在热中性小鼠的肝脏中被抑制。在22°C下饲养的小鼠在经LPS处理后,血浆和肝脏中中链和长链酰基肉碱的含量也出现了类似的增加。这些发现表明,LPS诱导的炎症通过抑制PPARα调节的线粒体和过氧化物酶体脂肪酸氧化,破坏了正常空腹稳态反应。为了支持这一假设,血浆代谢组学揭示了中链、长链和超长链脂肪酸在两组小鼠中的积累(图4G)。
除脂肪酸外,氨基酸也可作为酮体合成的底物。氨基酸进入生酮途径的示意图见图4H。RNA-seq分析显示,在经LPS处理的小鼠肝脏中,控制生酮氨基酸分解代谢的途径受到动态调节(图4I)。例如,虽然两组小鼠中赖氨酸和酪氨酸分解代谢中重要的基因没有变化或诱导,但控制亮氨酸、异亮氨酸和色氨酸降解的基因在表达上表现出更大的差异。这些发现表明,在LPS诱导的厌食症中,并非所有生酮氨基酸的分解代谢都是相同的。事实上,代谢组学显示,两组小鼠的赖氨酸和酪氨酸循环水平迅速下降,而苯丙氨酸保持不变(图4L)。此外,血浆中亮氨酸、异亮氨酸和色氨酸水平的降低与它们的分解代谢酶的表达谱在时间上相对应(图4I和4J)。这些观察结果共同表明,LPS激活免疫系统,使肝脏代谢重新编程,以促进氨基酸的分解代谢,而非脂肪酸的分解代谢,从而支持酮生成。为支持这种底物转移,肝脏和血浆中的尿素生成增加,从而证实氨基酸的分解代谢增加(图4K)。
实验结果6
BAT中的产热作用有助于从代谢低下-体温过低状态中恢复
BAT介导的产热作用为哺乳动物抵御环境寒冷提供了保护。虽然BAT可以利用葡萄糖和脂肪酸来支持产热,但血浆甘油三酯更有利于寒冷引起的产热。例如,在高甘油三酯血症Apoa5基因敲除小鼠中,寒冷暴露会激活BAT产热,加速血浆甘油三酯的清除。作者得到一个提示,即从LPS诱导的低代谢-低温状态中恢复过来时,情况可能也是如此,因为血浆代谢组学显示,在30°C下饲养的小鼠在24小时时甘油三酯增加(图5A),但并未出现低温。对血浆的目视检查证实了血脂血症(图5B),这是这些动物短暂性高甘油三酯血症的继发症状。接下来,作者思考了肝脏中甘油三酯合成增加或外周清除受损是否导致了所观察到的甘油三酯血症。虽然30°C饲养的小鼠在给予LPS后24小时出现脂肪变性,但脂肪生成转录因子Srebf1及其靶基因(Fasn、Scd1和Acaca)的表达受到抑制(图5C),表明这些动物的甘油三酯清除功能受损。作者测试了这一假设,通过定量分析ANGPTL4的水平,ANGPTL4是脂蛋白脂肪酶和甘油三酯清除的强效抑制剂。作者发现,在30°C条件下,小鼠血浆中ANGPTL4的循环水平更高(图5D)。为了确定ANGPTL4是否会导致30°C条件下饲养的小鼠甘油三酯清除能力受损,作者量化了C57BL/6J和Angptl4-/-/小鼠注射LPS 24小时后的血浆甘油三酯水平。作者发现,在30°C条件下饲养的Angptl4基因敲除小鼠的血浆甘油三酯水平降低(图5E),这表明这些动物体内甘油三酯的积累是由于清除能力受损,而非合成增加。
脱偶联蛋白1(UCP1)是BAT产热所必需的,这促使作者思考,BAT产热是否是摆脱代谢低下和体温过低状态所必需的。事实上,与C57BL/6J小鼠不同,Ucp1基因缺失小鼠无法提高代谢率(图5F),导致持续性体温过低和组织功能障碍,肾脏(肌酐)、心脏(肌钙蛋白)以及骨骼和心肌(肌酸激酶)损伤的生物标志物增加(图5G-5J)。这种器官功能的恶化与急性炎症反应无关,两组小鼠的急性炎症反应相似(图5K)。此外,无法从低温低代谢状态中恢复,降低了Ucp1基因缺失小鼠在22°C环境下的存活率,但在30°C环境下的存活率没有受到影响,因为30°C环境下的UCP1介导的产热是不必要的(图5F和5L)。总之,这些结果表明,棕色脂肪中脂肪酸驱动的解偶联呼吸支持从LPS诱导的低代谢状态中退出,而无法从这种低温状态中退出会导致组织损伤并降低存活率,这与急性炎症反应无关。
实验结果7
能源竞争指导宿主防御策略
由于免疫与恒温作用争夺能量,作者接下来探讨了争夺能量是否会影响宿主对抗病原体的防御策略(抵抗与耐受)。作者使用两种不同的感染模型——单核细胞增生李斯特菌和大肠杆菌——来检验这一假设。单核细胞增生李斯特菌感染可导致厌食(图6A),导致两组小鼠体重下降(图6B)。然而,在22°C环境中饲养的小鼠,厌食和体重减轻的严重程度明显减轻(图6A和6B)。由于这些体重差异与炎症或发热反应以及肝脏细菌负荷无关(图6C、6D),作者想知道它们是否反映了组织耐受性的内在差异。为了验证这一想法,作者将宿主健康状况与肝脏细菌负荷进行了对比,发现22°C环境中的小鼠更具耐受性(图6E),反应常态图中较低的斜率也证明了这一点。
此前对果蝇的研究表明,抗性或耐受性的利用是微生物特异性的,这促使作者思考,对能量的竞争是否调节了宿主防御其他病原体的策略的可塑性。通过感染小鼠大肠杆菌,作者发现两组小鼠都出现了发烧和厌食等疾病行为(图6F)。虽然两组小鼠的宿主健康状况(通过体重减轻来评估)没有显著差异(图6F),但22°C环境中的小鼠肝脏和脾脏的细菌负荷更高(图6G和6H),这与组织质量无关。与观察到的LPS代谢适应类似,感染大肠杆菌导致30°C饲养的小鼠血浆甘油三酯和酮体增加(图6I)。由于两组小鼠对大肠杆菌的全身炎症反应相似(图6J),这表明在22°C饲养的小鼠能够承受其组织中更高的病原体负荷。与这一假设相一致的是,在22°C饲养的小鼠感染较高剂量的大肠杆菌后,其体温调节能力下降,但死亡率降低(图6K、6L)。在22°C饲养的小鼠中,给予更高剂量的LPS后,也观察到了类似的生存获益。总之,这些发现表明,宿主对病原体的反应具有高度可塑性,维持程序之间的能量竞争是决定宿主是否采用耐受性(除了抵抗性)来防御病原体的决定因素。
接下来,作者想知道在感染期间,组织耐受性的维持是否需要及时退出低温-低代谢状态。作者发现,感染1×10 7个大肠杆菌菌落形成单位(CFU)的野生型和Ucp1基因敲除小鼠的组织病原体负荷相似(图6M和6N)。然而,感染较高剂量的大肠杆菌(1×10 8 CFU)会导致Ucp1基因敲除小鼠的死亡率上升(图6O),这可能是持续性体温过低(图6P)的继发结果。总之,这些发现表明,在免疫激活或大肠杆菌感染期间,UCP1对于维持组织耐受性是必需的。
实验结果8
节能低代谢状态可提高细菌感染时的耐受性
哺乳动物在冬眠休眠状态时会保存能量,在实验室条件下,可以通过禁食来模拟冬眠。因此,作者想知道,作为一种热量限制模型,隔日禁食(EODF)是否可以延长能量保存时间,从而提高小鼠的耐受性。为了验证这一假设,作者将小鼠置于热中性环境(Ta = 30°C),即它们耐受性较低的环境温度,并对其实施EODF。作者发现,当C57BL/6J雌性小鼠经历5个周期的EODF时,它们在禁食期间体重下降,但在进食期间体重又恢复了(图7A)。体重保持稳定是因为能量保存和食欲亢进(图7B)。例如,与自由采食对照组相比,EODF小鼠在禁食(VO2降低约44%)和进食(VO2降低约23%)时都节约了能量(图7B-7D),进食时食物摄入量增加了约45%(图S6I)。伴随着代谢率的大幅降低,核心温度也略有下降(约1.5°C)(图7E),这可能是由于运动活动减少(图7F-7H)所致。
由于EODF小鼠能够节约能量并保持恒温,这为作者提供了一个模型,让作者可以研究节约能量是否足以增强疾病耐受性。在这些实验中,小鼠自由采食或接受5个周期的EODF,并在体重相似的最后采食周期结束后感染大肠杆菌(图7A)。与自由采食对照组相比,EODF小鼠从感染引起的体重减轻和体温过低中恢复得更快,感染1×107 CFU大肠杆菌后的死亡率也较低(图7I-7K)。此外,在大肠杆菌接种量较高(1×10 8 CFU)时,作者发现自由采食组和EODF组小鼠的存活率差异更大,但组织细菌负荷没有差异(图7L)。综上所述,这些结果表明,在细菌感染期间,能量节约型低代谢状态而非体温过低能够提高组织耐受性。
