编译：Ares，编辑：十九、江舜尧。
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导读
长期过量摄入热量（特别是以碳水化合物为主）会对人体健康产生负面影响，已有研究证实热量限制（CR）可延长包括恒河猴在内的模型生物的健康和寿命。CR降低了心血管疾病（CVD）的危险因素，并改善了整体适应性和心脏功能参数（即血压，心率和能量消耗）。相反，持续性的CR也会导致血液中白细胞数量下降，免疫抑制和骨密度降低。间歇性禁食（IF）可代表持续性CR的替代方案。基础医学研究表明，这些饮食干预降低氧化应激和代谢率，激活自噬（CR介导的寿命延长的生物标志物），并扩大各种模式生物的健康周期并延长寿命。然而，关于CR和IF的安全性和效率仍然存在争议，特别是对健康人类。因此，本研究采用健康人群隔日禁食（ADF）的形式，对健康指标进行量化，使用多组学手段，探索ADF促进健康的分子机制，为ADF的临床转化提供了理论依据。
原名：Alternate Day Fasting Improves Physiological and Molecular Markers of Aging in Healthy, Non-obese Humans
译名：隔天禁食改善了健康、非肥胖人群衰老的生理和分子标记
期刊：Cell Metabolism
IF：22.415
发表时间：2019年9月
通信作者：Frank Madeo
通信作者单位：奥地利格拉茨大学
作者使用嵌入式随机对照试验进行了一项前瞻性人群研究（图1）。隔日禁食（ADF），定义为严格的36小时无卡路里摄入，随后是12小时的随意饮食（''节日''） ，在这项研究中被严格实施，作者对42名感兴趣的人进行了资格评估，其中12人不符合纳入标准被排除（图1A）。选择了30名在研究开始前已经进行ADF至少6个月（“> 6个月的ADF”组）的受试者，并将他们与60名健康对照受试者进行比较。随后，受试者以1：1随机分组至进行ADF 4周的组或对照组（保持其常规饮食）以研究ADF的短期效应（图1B）。在>6个月和4周ADF组中，参与者被要求每天随意进食，但禁食的日子完全不吃固体和液体食物以及高热量饮料。随后，测量了各种人体测量，生理，激素，代谢和生化参数，以估计纳入参与者的健康状况和干预的效果。人群研究中的两组（对照与ADF> 6个月）以及RCT内（对照组与ADF 4周组）的性别分布，年龄（48至52岁的队列中位数），体重指数（队列平均值在25.37和25.66之间，以及基线时的腰臀比。RCT期间的依从率非常高（对照组有2例中途退出，ADF组有1例退出;图1）。
图1. 实验设计流程
ADF的短期影响包括改善脂肪分布和心血管健康以及降低三碘甲腺原氨酸的水平
本研究旨在评估短期（4周）严格ADF对健康，非肥胖成人的生理，心血管参数和身体成分的影响。为了评估ADF达到的CR水平，作者通过严格的食物频率调查问卷在整个RCT过程中估算了卡路里摄入量。观察到每周计算的卡路里摄入量显着下降：与基线值相比，ADF组在干预期间的卡路里摄入量减少了37.40％（48.32至24.36）。有趣的是，保持随意饮食的对照组也报告卡路里摄入量减少了8.22％（32.23至3.57）（图2A和2B）。然而，与Redman等人最近的CR研究不同，4周ADF内在''节日'时的静息能量消耗值并未降低（图2C）。在4周试验期间没有发生不良反应。之前的研究反复报道，连续CR（15％卡路里减少）导致3-12个月后体重显著减少。作者发现4周ADF后对脂肪和净体重以及总体重产生类似的影响（图3A-3C）。总体而言，这些效果足以使体重指数（BMI）降低1 kg / m2以上。通过双能X射线吸收测定法（DEXA）分析身体成分，发现躯干脂肪显著减少，特别是向心区域平均减少14.5％±6.4个百分点（图3D-3F），向心区域中过多的脂肪被认为是最具脂毒性的。而ADF显著改善了脂瘦比（图3G），此外，骨量未受影响（（图3H），腰椎区BMD仅因ADF略微下降0.867％。值得注意的是，BMD的下降只有在ADF组内分析时才显著，而两组DBMDs的比较没有显著差异。在随后的12个月的长期研究中，相对轻度CR可使BMD显著降低1%以上。
图2. ADF治疗4周后的热量限制、活动和休息能量消耗水平
在人类长时间禁食期后，循环酮体会增高，它们在营养缺乏条件下充当能量底物。作者发现4周ADF后血清中的β-羟基丁酸盐水平升高，这种化合物一般被认为具有抗衰老和心脏保护作用（图3J）。值得注意的是，抽样是在非禁食日进行的，表明酮代谢在禁食期间能够持续改变。在啮齿动物中，不同形式的周期性禁食通过降低循环葡萄糖，胆固醇和甘油三酯浓度，心率和血压来显示对代谢和心血管健康的积极影响。即使摄入高脂肪饮食，这种饮食干预也可以预防或改善肥胖，胰岛素敏感性，肝脏脂肪变性，以及炎症。同样，ADF降低了肥胖个体和中高危CVD患者的总体重，腰臀比，脂肪量和无脂肪净体重。在RCT中，ADF改善了心血管标志物，降低了收缩压和舒张压，心率，动脉和脉压以及脉搏波速度（图3K和3L;表1）。但是，不能排除ADF对心率的抑制作用是由于ADF组基线值的升高（图3K）。因此，根据Framingham风险评分，该变化足以显著降低即使在健康成人中，未来不良心血管病变的发生风险（图3M）。鉴于一般良好的健康状况和各组较低的基线风险，这种改善表明短期ADF是改善一般人群心血管健康的有效干预措施。
图3. 4周的ADF影响身体成分，降低心血管疾病的风险
探究这些改善是否也可能是由于机体活动增加所致。因此，作者记录了RCT最后一周的活动能量消耗，并将其与基线值进行了比较，但发现两组之间没有差异（图2D）。大多数血脂，健康和衰老参数的浓度以及各种免疫细胞类型的丰度保持不变（图3O-3T和S2A）。有趣的是，短期ADF足以降低循环三碘甲腺原氨酸（fT3）水平（图3N），而低水平的fT3并不会导致甲状腺功能受损，相反，其与人类的长寿密切相关。虽然这些结果很有希望，但这里仍然需要谨慎，因为作者不知道严格的超过6个月ADF的后果。
ADF的长期影响包括降低胆固醇和三碘甲状腺原氨酸而且没有副作用
4周的ADF，带来一些身体机能的改善，包括体重减轻，Framingham风险评分和fT3水平，而其他健康和衰老参数没有显着变化。与RCT组相似，长期ADF组的卡路里摄入量显著减少（图4A）。与RCT结果一致，本研究仍然未观察到长期ADF人群中静息能量消耗的显著差异（图4B）。然而，与RCT组不同，在ADF > 6个月组内，与对照组相比，循环总胆固醇，低密度（LDL），极低密度脂蛋白（VLDL）和甘油三酯水平较低，而高密度脂蛋白（HDL）在两组中相似（图5A-5E）。与4周ADF的影响一致，作者观察到ADF > 6个月组内心率降低（图5F），支持ADF可能导致心血管健康改善的假设。同样，这些差异无法通过总体活动水平的差异来解释，因为长期ADF组的活动能量消耗没有显着差异（图4C）。
图4. 在一组健康的非肥胖人群中进行为期6个月的ADF治疗，观察他们的热量限制、活动和休息能量消耗水平
已知CR在12个月后会损害免疫功能并对BMD产生负面影响，伴随着白细胞数量减少（WBC）。然而，与4周的干预结果中骨量，腰椎区BMD，白细胞计数（图5I-5K）和各种其他免疫细胞类型的丰度相比（图5L-5Q），在长期ADF组中没有显著差异。RBC计数以及血浆中的铁代谢标志物（血细胞比容，血红蛋白，铁和转铁蛋白饱和度）在ADF> 6个月组内较低，但仍保持在参考范围内，而铁蛋白和转铁蛋白没有差异，并且没有诊断出铁缺乏。接受ADF的参与者的平均血小板体积略高，而血小板的数量保持不变，甲状旁腺激素（PTH）的分泌更多，并且在实施ADF> 6个月的人中循环fT3水平较低（图5H）。与fT3不同，甲状腺刺激素（TSH）和游离甲状腺素的循环水平没有差异，表明ADF> 6个月后甲状腺仍然功能正常。未检测到其他老化生物标志物如氧化型血浆蛋白，IGFBP1和IGFBP3（数据未显示）和CRP水平的变化。有趣的是，与对照组相比，与RCT不同，在长期ADF组的夜晚时间（12小时）中，未发现β-羟基丁酸酯的显著提高。然而，比较长期ADF组中12小时禁食和36小时禁食条件下的β-羟基丁酸盐水平后能观察到空腹诱导的β-羟基丁酸盐水平的波动。最后，在长期ADF群组中，sICAM-1（年龄相关疾病和炎症的生物标志物）的浓度显著降低（图5G）。
图5. 与健康对照组相比，健康、非肥胖人群坚持ADF 6个月后血脂水平的差异
ADF期间代谢组的周期性变化包括衰老的蛋氨酸的消耗
与持续性CR相反，IF代表对生物体的周期性刺激，基础医学研究表明IF的有益作用不能仅仅归因于总热量摄入的减少。为了探索ADF诱导的生理和生化变化的可能机制，作者分析了“禁食”和“节日”之间发生的代谢和蛋白质组学变化。血浆代谢组和PBMC（外周血单核细胞）蛋白质组的非靶向分析显示，即使在超过六个月的ADF以后，禁食和饮食之间也存在明显的差异。在代谢组中，113个检测到的显著修饰代谢物中有54个在禁食36小时后至少高出20％，其中大部分脂质或游离脂肪酸，包括多不饱和脂肪酸酸（PUFA），α-生育酚。相反，49种代谢物至少降低20％，主要由氨基酸或相关代谢物组成（例如，鸟氨酸，瓜氨酸和牛磺酸;表S2A）。有趣的是，低浓度的氨基酸，特别是甲硫氨酸能延长模型生物的寿命。此外，还发现几种短链FFA和脂质被下调。这些包括丙酸（C3：0），壬酸（C9：0）和十九烷酸（C19：0），它们都与肠道细菌代谢有关。另外，肉毒碱水平降低，而棕榈酰肉碱升高近2倍。通过代谢物组富集分析（MSEA）的进一步分析证实了脂质和氨基酸代谢的总体变化模式（图6A和S5）。其中，必需的PUFAs -3/6亚麻酸和亚油酸以及花生四烯酸与长链FAs β-氧化反应的通路得到了富集（图6A，6C和S5），而尿素循环代谢产物、氨循环代谢产物以及与氨基酸代谢相关的几种通路则被大量消耗。值得注意的是，PUFAs的饱和和延伸途径得到了富集（图6C）。随着FA的富集和氨基酸的消耗，血浆代谢体的整体变化类似于从禁食或CR的小鼠和非人类灵长类动物(猴子)中收集的数据。很可能，这些变化可以归因于脂肪组织中脂肪分解的增强，以及糖异生作用中氨基酸在肝脏中的捕获增强。
图6. ADF期间血浆代谢组和Pbmc的周期性变化
ADF期间蛋白质组的周期性变化指向一般蛋白质组学消耗和调节脂质代谢
在禁食36小时后，在PBMC蛋白质组中的2,089个显著变化的蛋白质中仅有13个显示增加≥15％，而剩余的蛋白质被下调。在PBMC蛋白质组上进行的基因集富集分析（GSEA）揭示了与脂质代谢相关的途径（即脂质转运，脂蛋白和类固醇结合过程），与能量代谢相关的通路（即线粒体β-氧化，糖原代谢，TCA循环）和应激反应（即热休克蛋白结合，Caspase活化）等发生了变化（图6B）。GSEA可检测的免疫途径与自然杀伤（NK）细胞抑制性受体信号传导以及通过整联蛋白等的NK细胞活化相关。因此，禁食期间PBMCs的状态可能是血浆中PUFAs (如omega 3/6亚油酸-亚麻酸) 过量的结果，而PUFAs是已知的免疫功能调节剂。连续4周的严格隔日禁食（ADF）改善健康中年人的健康指标，同时平均降低了37％的卡路里摄入。即使在6个月后也没有发生不良反应。ADF改善心血管标志物，减少脂肪量（特别是躯干脂肪），改善体脂与肌肉率，并增加血液β-羟基丁酸盐，即使在非禁食日也是如此。在禁食日，促老化的蛋氨酸等氨基酸被定期耗尽，而多不饱和脂肪酸则增多。作者发现在长期ADF后，sICAM-1（一种与年龄相关的炎症标记物），低密度脂蛋白和代谢调节剂三碘甲状腺原氨酸水平降低。这些结果揭示了ADF的生理影响并支持其安全性。ADF最终可能成为临床相关的干预措施。热量限制是目前为止最具可行性的可以增加多个物种寿命的干预手段之一。作为一种治疗疾病和延缓人类寿命的手段,热量限制具有重要的应用价值。该研究为解释适度减少食物摄入如何预防多种与年龄相关的疾病，以及采用何种禁食方式提供了重要线索。
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