卡路里攝入限制的研究進展

王雨濛 韓明志 楊治國 張穎博 黃淑紅

(山東大學醫學院神經生物研究所，山東 濟南 250012)

卡路里攝入限制(CR)概念是美國康奈爾大學Mary Crowell等人在1934年提出的,可以作為一種延長機體壽命的方法。在維持大鼠微量營養素的同時降低其卡路里的供應，與沒有限制卡路里攝入的大鼠相比，這些大鼠壽命延長了近一倍。CR的研究被廣泛地應用到大鼠、小鼠等嚙齒動物中，研究結果均證實其對動物壽命的延長作用。近年，CR受到越來越多的關注，實驗模型從嚙齒動物轉向了靈長類動物甚至人類本身，研究范圍從單純的壽命拓展到年齡相關性疾病、記憶甚至神經退行性疾病中。本文就現階段CR的研究范圍和進展做一綜述。

1 CR與壽命

過去的幾十年中，威斯康星州國立靈長類動物研究中心(WNPRC)和NIH動物研究中心(NIA)一直對長壽命的靈長類動物進行CR的相關研究〔1，2〕。WNPRC的實驗從1989年開始，選定30只7～14歲的雄性恒河猴，結果顯示降低30%卡路里攝入量的實驗組在25歲之后的自然存活率顯著上升；與自然老化聯系密切的疾病(如糖尿病、惡性腫瘤、心血管疾病及腦萎縮等)的發病率呈顯著下降的趨勢〔1〕。此外，有研究證實在嚙齒動物內，CR可顯著提升大鼠的壽命〔3〕。與WNPRC的結果不同的是，NIA發現CR雖然可以降低恒河猴年齡相關性疾病的發病率，但無法延長其壽命〔2〕。兩項研究的結果顯示，CR的具體方法在這個過程中起了非常重要的作用。

1.1食物來源 由于自然界的食物在營養成分的組成和卡路里含量方面具有較大的不確定性，因此相對于天然食物，經過特殊處理的食物有更為精確的營養成分對比及卡路里含量，對于卡路里攝入量的控制更為準確；另外，食物碳水化合物的含量高低以及蔗糖的含量也發揮著重要的作用。

1.2礦物質及維生素 雖然在一定程度上，機體可根據卡路里攝入量的不同調節自身對能量的需求，但對礦物質和維生素的需求不會隨之改變。相反的，尤其在CR的過程中，保證機體礦物質和維生素的攝入對延長壽命及降低年齡相關性疾病的發病率起著巨大的作用。

1.3CR量 雖然CR可以起到延長壽命、降低年齡相關性疾病發病率等作用，CR量非常重要，既不能降低過少導致無法發揮作用，又不能降低過多導致機體出現其他問題，只有尋找到最佳的限制程度才能發揮其最大的作用。根據WNPRC與NIA的研究結果，30%左右的CR，以及18%的體重下降對于壽命的延長及健康的改善最為有效。

日本沖繩縣人口的研究顯示，因居民普遍保持低卡路里飲食，平均壽命較長且存在異常多的逾百歲老人〔4〕。由此可見，CR可以延長人類壽命。Anisimov等〔5〕深入探索了CR延長壽命的機制，研究結果表明與胰島素和胰島素樣生長因子(IGF)-1的減少，以及胰島素敏感性的降低密切相關。

2 CR與記憶

Witte等〔6〕發現，CR可以顯著提升老年人的記憶能力。該研究小組選取50名50～80歲的健康人作為實驗對象，在對其進行記憶力測試后分為3組：限制30%卡路里攝入的20人實驗組、給予非飽和脂肪酸(UFA)的20人實驗組及10人的對照組。經過3個月的觀察，CR的老年人的記憶跟3個月前相比顯著提升(約30%)，另外兩組并無統計學差異。除此之外，實驗證實記憶水平的提升與CR的時間呈正相關的趨勢。

CR后，機體的胰島素敏感性顯著升高，同時大量抗炎保護性分子被激活，這些分子水平的變化改變了神經元內的信號通路，增強了神經營養因子〔如IGF-1，腦源性神經生長因子(BDNF)〕的活性。而神經營養因子對神經元正常功能的維持以及突觸可塑性具有極其重要的保護作用，其活性的增強對于記憶力的改善可能發揮著重要的作用〔7〕。

另外一項研究則從大腦內DNA的甲基化水平對CR進行了探討〔8〕。DNA的甲基化隨著年齡的增加在腦內積累，達到一定程度后會引發大腦的一系列疾病。作者以5-甲基胞苷(DNA甲基化的標志物)作為指示物，檢測了小鼠腦內DNA甲基化隨年齡變化的趨勢。在對12個月的小鼠進行CR一年之后，與對照組相比，CR組的小鼠腦內DNA甲基化明顯下降，提示CR在機體老化中起到了一定的保護作用。

除此之外，Veyrat-Durebex等〔9〕發現，長期的CR可通過調節大鼠腦內的神經肽Y受體亞型的密度影響大鼠的記憶。神經肽Y是一種廣泛存在于中樞和外周神經系統并維持內環境穩態的抑制性激素，影響情緒和記憶。該研究以神經肽Y各亞型的放射性配體指示密度，給予20個月雄性大鼠40% CR一年，與對照組相比，神經肽Y受體的不同亞型在相應的腦區均有明顯降低，提示CR對情緒、記憶等神經回路具有保護作用。

3 CR與阿爾茨海默病(AD)

AD的發病機制，目前的研究主要認為是腦內淀粉樣蛋白β(Aβ)斑塊的沉積，神經纖維纏結(NFT)以及線粒體功能受損等造成〔10，11〕。CR在老年性癡呆中的保護作用主要基于其對于Aβ斑塊以及線粒體功能的影響。

3.1CR可降低小鼠腦內Aβ斑塊的含量 美國Mount Sinai大學的Wang等〔12〕發現在AD小鼠模型中，CR可以顯著降低腦內的Aβ斑塊。該實驗選取AD的小鼠模型作為研究對象，在3個月時給予30%的CR，在其9個月時檢測大腦皮層及海馬腦區的Aβ斑塊的含量。

研究結果顯示，相比對照組，CR組腦內的Aβ斑塊顯著降低，揭示CR對于AD的發病起到一定的抑制作用。以往的研究〔13〕發現，Aβ的形成主要是由于其前體APP的游離形式即sAPP在β分泌酶及γ分泌酶的作用下分解，而α分泌酶可以阻止β分泌酶的形成。ADAM10作為調節α分泌酶活性的重要蛋白質，在CR的作用下表達量顯著增加，相應的增強了α分泌酶的活性，從而降低了Aβ在大腦及海馬的沉積，對于AD的延緩有著顯著的增強。小鼠3個月時開展實驗，該時間點小鼠腦內并無Aβ的產生，因此，CR是否可以降解已經產生的Aβ斑塊仍然是個疑問。另外，CR在靈長類動物尤其是人類中能否起到同樣的作用，也需要進一步的研究。

3.2CR可以改善腦內線粒體的功能 大量研究證實，線粒體功能的缺失是導致AD發病的重要原因〔14〕。

Picca等〔15〕研究主要針對大鼠腦內線粒體DNA與線粒體轉錄因子A(TFAM)在CR后的含量變化。該實驗選取6個月的大鼠進行實驗，實驗組給予30%的CR。26個月時，對照組大鼠的TFAM含量上升70%而線粒體DNA下降25%。通過實時定量PCR的方法，該研究小組發現與6個月的大鼠相比，TFAM結合的線粒體DNA降低了60%～70%，這對線粒體蛋白質的表達影響巨大，從而嚴重影響了線粒體的正常功能。而CR實驗組雖然也有所降低，但降低幅度相比對照組并不顯著。

另一方面，線粒體的動態平衡及膜內外電勢差等對線粒體的功能十分重要，CR能否對這些方面產生影響，仍然需要進一步的研究。大量的研究證實，30%CR對于延長壽命、改善記憶以及降低糖尿病、惡性腫瘤、心腦血管疾病和腦萎縮方面有著顯著的作用。此外，最新研究結果表明，CR可以升高芳香酶水平，從而控制肥胖相關的乳腺炎〔16〕。

4 參考文獻

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