一种甜味敏感的食物配方及其动物模型的构建方法
阅读说明：本技术 一种甜味敏感的食物配方及其动物模型的构建方法 (Sweet taste sensitive food formula and construction method of animal model thereof ) 是由 王巧平 胡芸 李安琦 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种改善有机体甜味敏感性的食物营养配方,利用果蝇模型和营养几何框架,首次系统性地评价了食物中主要营养素：蛋白和碳水化合物对甜味敏感性的影响,并找到了最佳的改善甜味敏感性的食物营养配方,其中蛋白质与碳水化合物的质量比为1：(1～2)。本发明还提供了一种高甜味敏感性的动物模型的构建方法以及检测蛋白质和碳水化合的比例对改善果蝇甜味敏感性的方法。(The invention discloses a food nutrition formula for improving organism sweet taste sensitivity, which utilizes a fruit fly model and a nutrition geometric framework to systematically evaluate main nutrients in food for the first time: influence of protein and carbohydrate on sweetness sensitivity, and finding an optimal food nutrition formula for improving sweetness sensitivity, wherein the mass ratio of protein to carbohydrate is 1: (1-2). The invention also provides a construction method of the animal model with high sweet taste sensitivity and a method for detecting the ratio of protein and carbohydrate to improve the sweet taste sensitivity of drosophila melanogaster.)
技术领域
本发明属于生物技术领域，更具体地，涉及一种甜味敏感的膳食配方及其动物模型的构建方法。
背景技术
甜味敏感性是指机体对甜味的感知水平。自然界许多富含营养和能量的食物都具有甜味，因此甜味味觉对指导人和多种动物进行食物选择和能量摄入非常重要。人和多种动物天生喜好甜食，甜味味觉敏感性的减弱或缺失会导致机体对甜食的兴趣降低，往往发生于机体食欲不振，厌食症，糖尿病等一些代谢相关疾病以及抑郁症中，故改善机体甜味敏感性有利于增强机体食欲，促进摄食，帮助维持机体正常的营养和代谢水平。
机体的甜味敏感性影响对食物的感知，同时，也可以被食物改变。目前在人体、小鼠和果蝇中的一些研究发现，食物可以显著上调或下调机体的甜味敏感性这提示了膳食调节在改善机体甜味敏感性上的应用潜力。现有研究仍不清楚甜味敏感性主要受到何种食物成分影响，也未曾分析食物中的各主要营养成分如何综合影响甜味敏感性以及影响甜味敏感性的最佳食物配方。
黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)是研究食物如何改善甜味敏感性及甜味味觉调控机制的理想动物模型。黑腹果蝇具有与人类似的味觉感受系统和甜味嗜好，其吻部、腿和翅膀上都分布有味觉受体神经元，可以感知甜味，其长吻部通常缩放在头部，而当受到食物如甜味物质刺激时，长吻部伸长、张开，进食行为清晰可见，故其生理构造用于研究甜味敏感性和味觉偏好十分便利。此外果蝇遗传背景清晰，具有丰富的遗传学及神经学研究工具，是成熟可控、容易获得的生理药理研究模式动物。
发明内容
本发明的目的在于利用果蝇模型和营养几何框架，统一评价了食物中主要营养素蛋白和碳水对甜味敏感性的影响，找出了能够有效改善机体甜味敏感性的最佳食物配方，并提供了一种具有高甜味敏感性的动物模型的构建方法。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一个方面，提供一种改善有机体甜味敏感性的食物营养配方，所述食物营养配方中蛋白质与碳水化合物的质量比为(0.8～1)：(1～2.5)。
进一步地，所述有机体为人、小鼠或果蝇。
优选地，所述食物营养配方中蛋白质与碳水化合物的质量比为(0.9～1)：(1.8～2)，更优选为1:2。
本方明的第二个方面，提供一种改善有机体甜味敏感性的膳食方法，摄入的蛋白质与碳水化合物的质量比为(0.8～1)：(1～2.5)。
进一步弟，所述有机体优选为人、小鼠或果蝇。
优选地，所述食物营养配方中蛋白质与碳水化合物的质量比为(0.9～1)：(1.8～2)，更优选为1:2。
本发明的第三个方面，提供一种高甜味敏感性的动物模型的构建方法，所述动物模型的食物配方中蛋白质与碳水化合物的质量比为(0.8～1)：(1～2.5)。
进一步地，所述有机体为小鼠或果蝇。
优选地，所述动物模型的食物配方中蛋白质与碳水化合物的质量比为(0.9～1)：(1.8～2)；更优选为1:2。
本发明的第四个方面，提供一种检测蛋白质和碳水化合的比例对改善果蝇甜味敏感性的方法，包括以下步骤：
S1.分组对果蝇喂食具有目标指标比例的食物，所述指标比例为蛋白质和碳水化合物的比例；
S2.通过果蝇的长鼻伸吻反应测试，检测目标指标比例的食物对果蝇甜味敏感性的影响。
进一步地，步骤S2中所述果蝇的长鼻伸吻反应测试的具体方法为：
将果蝇转移至不含食物的容器中；
饥饿4小时后，麻醉果蝇，固定于载玻片上；
饥饿6小时后，用蔗糖溶液液滴轻触果蝇前腿两次，每次间隔1秒，记录下产生伸吻反应的个体数并计算反应率。
更进一步的，麻醉果蝇通过冰麻醉果蝇。
更进一步的，根据权利要求8所述的方法，其特征在于，用梯度浓度的蔗糖溶液液滴轻触果蝇前腿。
优选地，所述梯度浓度的蔗糖溶液分别为6.25、12.5、25、50、100、200、400、800(mM)的蔗糖溶液。
更进一步的，用蔗糖溶液液滴轻触果蝇前腿，先剔除对水有反应的个体。
本发明的有益效果是：
本发明利用果蝇模型和营养几何框架，首次系统性地评价了食物中主要营养素：蛋白和碳水化合物对甜味敏感性的影响，并找到了最佳的改善甜味敏感性的食物营养配方。其中，食物中含有蛋白和碳水组分及蛋白含量的比例为1：(1～2)。具体而言，对于模式生物果蝇而言，食物中含有蛋白和碳水组分及蛋白含量在80～100g/L、碳水含量在100～250g/L范围内可以显著增加机体甜味敏感性，尤其蛋白和碳水比例为1:2是最佳增强甜味敏感性的食物配方。
附图说明
图1不同碳水/蛋白比例下果蝇对不同浓度蔗糖溶液的响应。
图2不同碳水/蛋白比例下果蝇的半数蔗糖敏感浓度分布。
图3不同碳水/蛋白比例下果蝇的体重和饥饿生存时间分布。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例结合附图详细说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用化学试剂，均为市售产品。
实施例
动物模型：野生型果蝇W1118。
按照标准的流程培养扩增大量的该品系果蝇(W1118),实验饲养果蝇的恒温恒湿培养箱的参数为：温度：25±1℃；相对湿度65％±5％；昼夜循环：12h光照(7：30～19：30)/12h黑暗(19：30～7：30)。
实验试剂：
表1实验试剂表
饲养和繁殖实验果蝇的常规食物配方：每1L食物中含有水、琼脂(1％)，酵母粉(10％)，蔗糖(5％)，丙酸(0.6％)，10％m/v尼泊金甲酯-乙醇溶液(1.2％)。
甜味敏感性检测方法：
果蝇的甜味敏感性可以通过长鼻伸吻反应(Proboscis extension response,PER)(Shiraiwa T,Carlson JR.Proboscis extension response(PER)assay inDrosophila.Journal of visualized experiments:JoVE,2007,(3):193-193)来进行检测。PER是指果蝇受外界特定刺激后伸出吻部的一种本能反应，在本研究中用来测试果蝇对甜味的敏感性。甜味敏感性的高低的量化是通过采用从低到高一系列梯度浓度的蔗糖溶液刺激果蝇后，记录一组果蝇(通常含10-12只)中对每种浓度溶液产生伸吻反应的个数并计算比例，用比例大小来衡量甜味敏感性高低，通常用百分比表示。敏感性高是指有较高比例的果蝇作出伸吻反应，反之亦然。
采用营养几何框架研究蛋白和碳水对甜味敏感性的影响：
总流程：制备多种不同蛋白和碳水含量和比例的食物，喂养果蝇一段时间后，检测果蝇的甜味敏感性，用R对结果进行数据分析和响应面作图。
发明人为了探究食物中的主要营养素蛋白质(Protein，P)和碳水化合物(carbohydrates,C)以及两者之间的比例(P:C)对果蝇甜味敏感性的影响，实验中采用了由28种不同蛋白和碳水含量和比例的食物组成的二维营养几何框架食物(Lee KP,SimpsonSJ,Clissold FJ,et al.Lifespan and reproduction in Drosophila:New insightsfrom nutritional geometry.Proceedings of the National Academy of Sciences ofthe United States of America,2008,105(7):2498-2503.)，其中包含七种蛋白和碳水比例(P:C＝0:1，1:16，1:8，1:4，1:2，1:1，1.9:1)和四种蛋白和碳水总能量水平(45，90，180，360g/L)。这28种食物的配方如下表2。
表2 28种食物配方表
备注：酵母中含45％的蛋白和24％的碳水；每1L各组食物中另含1％琼脂、1.2％的尼泊金甲酯10％溶液、0.6％丙酸。
选取在常规食物上发育成熟的4-7日龄的健康雄性W1118果蝇，每组35只，分别转移到28组食物中，培养6天。在第七天通过检测-PER测试进行甜味敏感性。
对每组食物处理后的果蝇进行甜味敏感性测试的具体过程为：
9：00-10:00AM：将果蝇转移至不含食物，仅含被2ml水浸润的湿纸巾的果蝇管中开始饥饿果蝇。
1：00-2:00PM：饥饿4h后，用冰麻醉果蝇，用指甲油和镊子将果蝇背部固定于载玻片上。每排固定12只，固定三排。随后将粘附着果蝇的载玻片置于湿盒中，放回培养箱静待果蝇苏醒。
3：00-4：00PM：饥饿6h后，同批次果蝇在在1h内测试PER。测试过程为：首先在显微镜下用水测试果蝇，剔除对水有反应的个体。随后用6.25、12.5、25、50、100、200、400、800(mM)的蔗糖溶液液滴轻触果蝇前腿两次，每次间隔1秒，记录下产生伸吻反应的个体数并计算反应率。该实验每组设置三个平行实验，每个平行含10～12只果蝇，保证每个平行剔除对水敏感个体后数量大于8只。
这样就得到了28种不同碳水和蛋白含量和比例的食物对果蝇甜味敏感性的影响的数据(统计结果见表3)。最后通过Excel和R(3.6.3)处理PER实验数据，生成了蛋白/碳水营养几何-甜味敏感性响应面图，结果见图1和2。
表3 28种不同碳水和蛋白含量和比例的食物对果蝇甜味敏感性的影响
另外，发明人还对28种食物培养6天后的果蝇的体重(6个重复样本，统计结果见表4)和无食物状态下的饥饿耐受生存时间进行测量(12个重复样本，统计结果见表5)，得到了蛋白/碳水营养几何-体重响应面图和蛋白/碳水营养几何-饥饿生存时间响应面图，结果见图1和2。
表4 28种食物培养6天后的果蝇的体重
体重(g)
M1
M2
M3
M4
M5
M6
合计
平均值
1#
0.0077
0.0074
0.008
0.0079
0.0076
0.0078
0.0464
0.007733
2#
0.0081
0.008
0.0082
0.0081
0.008
0.008
0.0484
0.008067
3#
0.0084
0.0085
0.0083
0.0084
0.0082
0.0087
0.0505
0.008417
4#
0.0086
0.0086
0.0085
0.0083
0.0085
0.0083
0.0508
0.008467
5#
0.0092
0.0087
0.0085
0.0083
0.0085
0.0085
0.0517
0.008617
6#
0.0086
0.0087
0.0084
0.0083
0.0076
0.0078
0.0494
0.008233
7#
0.0079
0.0081
0.0081
0.0073
0.007
0.007
0.0454
0.007567
8#
0.0077
0.008
0.0081
0.0079
0.0076
0.0082
0.0475
0.007917
9#
0.0083
0.0081
0.0082
0.0079
0.0081
0.0081
0.0487
0.008117
10#
0.0082
0.0084
0.0085
0.0084
0.0083
0.0082
0.05
0.008333
11#
0.0087
0.0088
0.0086
0.0082
0.0086
0.0085
0.0514
0.008567
12#
0.0088
0.0085
0.009
0.009
0.0085
0.0088
0.0526
0.008767
13#
0.0086
0.0087
0.0085
0.0082
0.0086
0.0085
0.0511
0.008517
14#
0.0081
0.0082
0.0082
0.008
0.0077
0.0076
0.0478
0.007967
15#
0.008
0.0079
0.0081
0.0078
0.0078
0.0077
0.0473
0.007883
16#
0.0086
0.0081
0.0084
0.0082
0.0084
0.008
0.0497
0.008283
17#
0.0084
0.0084
0.0084
0.0084
0.0084
0.0082
0.0502
0.008367
18#
0.0086
0.0086
0.0086
0.0086
0.0079
0.008
0.0503
0.008383
19#
0.0088
0.0083
0.0085
0.0085
0.0082
0.0087
0.051
0.0085
20#
0.0087
0.0086
0.0084
0.0087
0.0085
0.0086
0.0515
0.008583
22#
0.008
0.0079
0.0079
0.0077
0.008
0.0075
0.047
0.007833
23#
0.0082
0.0084
0.0083
0.0081
0.0082
0.008
0.0492
0.0082
24#
0.0087
0.0087
0.0085
0.0081
0.0086
0.0084
0.051
0.0085
25#
0.0088
0.0085
0.0087
0.0087
0.0086
0.0087
0.052
0.008667
26#
0.0087
0.0089
0.0088
0.0075
0.0096
0.0088
0.0523
0.008717
表5无食物状态下的饥饿耐受生存时间统计结果
从附图1-2中可以看出，在6.26-200mM这六个梯度蔗糖溶液刺激中，含不同含量和比例的蛋白和碳水食物对果蝇的甜味敏感性造成了显著的差异化影响。含高蛋白且中低碳水化合物的食物有助于提高甜味敏感性。特别是在蛋白含量在80～100g/L、碳水含量在100-250g/L范围内时可以显著增加甜味敏感性；进一步地，在蛋白含量在90～100g/L、碳水含量在180-200g/L范围内时可以更显著地增加甜味敏感性；在当P:C比例为1：2时，食物诱导的甜味敏感性最强(p<0.001)。辅助地，从附图3可以得知，在该范围即最佳比例处有相对最佳的体重积累和饥饿耐受生存期。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
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