間歇性禁食與代謝相關脂肪性肝病的研究進展

孫銘雨,辛 婧,程愛斌,吳 靜 綜述 門秀麗 審校

目前,各種飲食治療改善代謝疾病的方法受到越來越多的關注,大量文獻報道了各種形式飲食治療方法的益處。間歇性禁食(intermittent fasting,IF)已被提出作為一種潛在的干預手段來治療肥胖和代謝性疾病,動物和人類試驗的研究表明,IF在改善代謝紊亂中的作用超出了熱量限制的作用[1],IF不僅能夠減輕體質量,改善糖脂代謝,優化腸道微生物群、調整代謝紊亂[2-3],還在預防或治療多種慢性疾病方面展現出一定潛力,包括糖尿病、心血管疾病、癌癥、多發性硬化、神經退行性腦病等[4-8]。與熱量限制不同,IF是通過平衡自由進食和限制攝食來達到預防或改善疾病的目的,一般包括隔日禁食(alternate-day fasting,ADF)、限時禁食(time-restricted feeding, TRF)和全天禁食(whole-day fasting,WDF)。本文主要綜述IF對代謝相關脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease,MAFLD)的作用。

1 IF概述

IF是一種禁食與進食交替進行的飲食方案,在特定時間內自由進食,隨后一段時間限制能量攝入或者嚴格禁食,形成穩定的生物節律以達到調節機體代謝平衡的目的。禁食的起源與西方宗教有關,在我國最早的應用可追溯到古代,“辟谷”是我國古人常用的一種養生方式,源自養生方中的“不食五谷”,即不吃五谷雜糧,以藥食等其他之物充腹,或在一定時間內斷食以達到延年益壽的目的。目前,已有IF方案應用于臨床,作為一種新形式的飲食限制方式取得良好效果。

1.1 IF類型目前已經提出幾種IF方案,常見的方法包括:① ADF:即24 h自由進食,24 h禁食或低能量攝入;② 5 ∶2飲食:即每周5 d進食,2 d為斷食日,斷食日熱量攝入限制在500～1 000 kcal;③ 限時進食(TRF):TRF形式多樣,目前應用比較廣泛的主要是16 ∶8、18 ∶6進食模式,16 ∶8即禁食16 h后進食8 h,18 ∶6即禁食18 h后進食6 h。另有文獻[9]表明隔日過午不食效果顯著,即當日12:00-次日08:00禁食,然后恢復進食,直到第3天中午再次禁食。

1.2 IF對機體糖脂代謝的影響

1.2.1IF對糖代謝影響 許多動物和人體研究發現IF可以在多種飲食條件下降低空腹血糖和胰島素水平,同時改善葡萄糖耐量和胰島素抵抗。Sutton et al[10]首次設計了早期限時飲食(early time-restricted feeding,eTRF)實驗,糖尿病前期的男性患者被隨機分配到eTRF組(6 h自由進食期:08:00—14:00,15:00前吃晚飯)或對照組(12 h自由進食期:08:00—20:00)5周。結果顯示,雖然5周的eTRF并沒有改善葡萄糖水平,但它大大降低了胰島素水平,改善了胰島素敏感性和β細胞反應性。一項在非肥胖健康志愿者中進行的TRF的隨機對照試驗也得出了相同的結論,證明eTRF改善了胰島素敏感性[11]。表明IF在改善胰島素敏感性方面具有一定益處。

1.2.2IF對脂質代謝的影響 IF改善脂質代謝的機制主要與調節脂蛋白、膽固醇和三酰甘油有關,一是IF通過提高脂肪酸氧化能力和調節載脂蛋白來改善脂蛋白代謝;二是IF降低膽固醇酯轉移蛋白的表達,從而降低高密度脂蛋白的轉移[12]。Papazoglou et al[13]通過研究宗教禁食人群的血生化指標發現,禁食后空腹血糖、總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和三酰甘油水平顯著降低,另有兩項研究[14-15]也得出了類似的結論。表明IF可通過調節脂蛋白、膽固醇、三酰甘油等途徑改善機體代謝平衡。

2 MAFLD 與2型糖尿病

2型糖尿病是一種慢性代謝性疾病,其主要特征是胰島素抵抗和血糖水平升高,糖尿病肝臟損傷是2型糖尿病主要的并發癥之一,其最重要的表現是非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)[16]。目前普遍認為NAFLD是起源于全身代謝功能障礙的慢性疾病,是代謝綜合征的肝臟表現。近年來已將NAFLD重新命名為MAFLD[17-19]。MAFLD包括一系列肝臟組織學異常,從輕度脂肪變性到脂肪性肝炎、肝纖維化和肝硬化。病理生理學機制主要與基因遺傳易感性、游離脂肪酸累積和有毒脂質物質的產生、肝應激機制的激活、氧化應激與線粒體功能障礙、內質網應激、炎癥小體激活、促炎細胞的募集和活化、脂肪組織的調節、肝星狀細胞的激活、肝星狀細胞代謝的變化、游離膽固醇介導肝星狀細胞活化、肝細胞介導肝星狀細胞活化等生物過程有關[20]。

3 IF緩解MAFLD進展的可能分子機制

3.1 IF通過調控胰島素抵抗和糖代謝緩解MAFLD流行病學上,胰島素抵抗和2型糖尿病與MAFLD密切相關,被認為是MAFLD發生發展的危險因素[21]。糖尿病發生時,患者糖代謝出現異常,過多的糖原儲蓄于肝臟細胞內引起的糖基化反應,可造成肝臟微小血管功能和結構的改變,導致肝臟器質性損傷。此外,胰島素抵抗和糖代謝紊亂促進MAFLD向代謝相關脂肪性肝炎的發展[22]。

動物實驗表明,IF飲食改善糖代謝,并顯著改善胰島素抵抗。Liang et al[23]通過高脂飲食聯合鏈脲佐菌素注射建立了大鼠胰島素抵抗模型,以探討IF療法治療胰島素抵抗的相關機制,結果表明IF增加了葡萄糖轉運蛋白1 (glucose transporter type 1,GLUT1)、胰島素受體底物1(insulin receptor substrate-1,IRS-1)和IRS2在大鼠脂肪組織和3T3-L1脂肪細胞中的表達。此外,IF療法顯著緩解了大鼠肝臟中的脂質積累,通過抑制核苷酸結合寡聚結構域(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)炎癥小體可改善大鼠高脂肪飲食和鏈脲佐菌素誘導的胰島素抵抗。馬瀾婧 等[24]通過研究IF對葡萄糖內穩態的影響發現,小鼠IF 12周后,經腹腔注射葡萄糖血糖上升幅度減輕,腹腔注射胰島素后血糖下降比例增加,糖耐量試驗曲線下面積均明顯減低,表明經過IF后胰島素敏感性增加。另有研究[25]也得出了相似的結論,對高脂飲食誘導的肥胖小鼠,IF可降低腹腔葡萄糖耐量試驗中多點血糖值、血糖-時間曲線下面積、糖基化血紅蛋白水平和穩態模型胰島素抵抗指數值。

臨床研究表明,禁食12～24 h,機體血漿葡萄糖水平、肝臟葡萄糖輸出下降≥20%[26],一項系統評價旨在評估IF對肥胖和2型糖尿病成人血糖控制和身體成分的影響,研究者評價了三種不同的IF方案,即ADF、TRF、能量限制進食,所有禁食方案都顯示出強有力的證據支持IF作為一種可行的飲食模式,可以在 12～24 周內改善血糖和身體成分[27]。

目前尚沒有直接的研究證明IF通過調控胰島素抵抗和糖代謝緩解MAFLD,綜上可推測,IF通過改善胰島素抵抗和糖代謝等MAFLD發生發展的危險因素來緩解MAFLD進程。

3.2 IF通過調控脂代謝改善MAFLD當肝臟從外周循環和新生脂肪生成中攝取脂肪酸和三酰甘油過多,超過脂肪酸β氧化極限和極低密度脂蛋白飽和輸出速率時,就會產生MAFLD。紊亂的脂質代謝也與MAFLD從脂肪變性進展為脂肪性肝炎有關,是MAFLD進展的危險因素之一[28]。

IF通過減少脂肪酸的攝取和合成以及增加脂肪酸的分解代謝來減輕脂質沉積,從而緩解MAFLD進程。有研究[29-30}]表明,IF小鼠表現出明顯的體質量減輕,改善了MAFLD組肝臟組織中FAS和過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator activated receptor alpha, PPARα)基因的異常表達,其脂質代謝顯著改善。鄧亞 等[25]研究發現IF降低了肥胖小鼠血漿中總膽固醇、三酰甘油和低密度脂蛋白的濃度,升高高密度脂蛋白的濃度,減輕肝臟脂肪變性的嚴重程度,下調肝臟中涉及脂質合成、轉運、分解相關基因的表達。此外,載脂蛋白A是高密度脂蛋白的前體,研究[31]表明,IF可能增加肝臟中載脂蛋白A(apoli poprotein A,apo A)和載脂蛋白B(apoli poprotein B,apo B)的產生,通過apo A的產生,血清高密度脂蛋白增加,從而間接緩解MAFLD。

多項臨床實驗證實了IF可以改善全身脂質代謝并減輕體質量,Ezpeleta et al[32]研究了ADF聯合有氧運動對MAFLD成人肝臟脂肪變性的影響,3個月后,聯合治療顯著降低了肝臟脂肪變性、體質量、脂肪質量、腰圍和谷丙轉氨酶水平,并增加了胰島素敏感性。最新的一項研究旨在探討限時飲食和熱量限制對MAFLD患者體內三酰甘油含量和代謝風險因素的影響, 該研究[33]表明,在MAFLD肥胖患者中,限時飲食可顯著降低其肝內脂肪含量和代謝風險因素。

上述研究表明,IF過程中代謝相關基因表達的改變和脂肪酸氧化增強在改善脂質代謝和降低脂質水平方面具有重要作用,這可能是延緩MAFLD進展的關鍵因素。

3.3 IF通過線粒體途徑緩解MAFLD線粒體是維持生命活動的多功能細胞器,人體90%的ATP是由線粒體中的氧化磷酸化產生的,而產生ATP所需要的能量由線粒體氧化體系提供,肝臟線粒體的主要作用是通過氧化包括氨基酸、丙酮酸和脂肪酸在內的底物來產生能量。肝臟線粒體功能障礙在MAFLD發病機制中起核心作用,其中線粒體功能受損被認為是MAFLD的標志[34]。有研究[35]表明,MAFLD患者肝組織呼吸鏈復合體的活性降低,這種機制障礙與血清腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、胰島素抵抗和身體質量指數值相關。同時在對ob/ob糖尿病小鼠的研究中發現,ob/ob小鼠存在線粒體呼吸鏈功能障礙和肝臟損傷[36]。

然而,肝臟線粒體如何參與IF介導的代謝改變目前尚不十分清楚, 研究[34]表明,IF期間肝臟線粒體在糖異生中起著關鍵作用,糖異生將不同的碳前體(丙氨酸、丙酮酸、乳酸)轉化為葡萄糖以供能。研究[37]顯示,ADF通過抑制線粒體復合物Ⅱ活性促進肝臟代謝重編程,這表明肝臟中特定的線粒體異常可以激活代償途徑以改善全身健康。另有研究[38]表明,IF促進了肝臟線粒體生物能量特征的變化,使氧化磷酸化效率和能力整體降低,可能對肝臟能量代謝產生生理影響。

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (nicotinamide adenine dinucleotide,NAD) 是一種對新陳代謝和 ATP 產生至關重要的輔酶,NAD依賴性脫乙酰酶sirtuin3(SIRT3)位于線粒體,調節參與線粒體代謝和體內平衡的線粒體蛋白的乙酰化水平。Fu et al[39]研究發現SLC25A51線粒體NAD轉運蛋白是肝臟SIRT3功能所需的禁食誘導基因。在禁食期間,需要增加SLC25A51表達才能增強線粒體NAD攝取以維持SIRT3活性,此外,SLC25A51在肝細胞中的表達下調降低了線粒體NAD水平和SIRT3活性,肝臟中SLC25A51表達降低的小鼠表現出肝臟線粒體NAD水平降低,肝臟脂肪變性和高三酰甘油血癥。

綜上所述,肝臟線粒體參與IF介導的代謝改變目前雖不明確,據文獻推測IF可以通過調節線粒體能量代謝過程等不同的途徑調節線粒體功能,進而改善MAFLD。

3.4 IF通過影響自噬改善MAFLD自噬是吞噬自身細胞質蛋白或細胞器使其包被進入囊泡,并與溶酶體融合形成自噬溶酶體,降解其所包裹的內容物的過程,借此實現細胞本身的代謝需要和某些細胞器的更新[40]。肝臟自噬為饑餓的細胞提供氨基酸、葡萄糖和游離脂肪酸,用于能量生產和大分子的合成,還控制線粒體等細胞器的質量和數量,并通過一系列轉錄因子控制的特定產物的選擇性周轉,有助于維持基本的肝臟功能,包括糖原分解、糖異生和脂肪酸β氧化等[41]。

自噬功能與MAFLD的發病機制高度相關,包括巨自噬調節細胞胰島素敏感性,代謝細胞脂質儲存,介導肝細胞對氧化劑和細胞因子等有害刺激的抵抗以及防止先天免疫反應的過度激活的能力,調節自噬已成為治療MAFLD的潛在靶點[42]。盡管 IF 激活MAFLD中自噬的分子機制仍有待進一步研究,但已證實 IF 介導的自噬激活是一種有效的針對MAFLD的保護策略。研究[43]表明,恩格列凈通過激活自噬、減少內質網應激和細胞凋亡來減輕高脂肪飲食喂養ApoE小鼠中的非酒精性脂肪肝病。動物實驗表明,IF會激活小鼠肝臟中的自噬標志物mTOR、LC3B[44]。Byun et al[45]研究發現禁食誘導的成纖維細胞生長因子-21(fibroblast growth factor-21,FGF-21)通過Jumonji-D3(JMJD3 / KDM6B)組蛋白去甲基化酶激活肝臟自噬和脂質降解,在MAFLD患者中,JMJD3、ATG7、LC3和ULK1在肝臟中表達顯著降低。

自噬與糖脂代謝聯系密切,為線粒體脂肪酸β氧化和ATP產生提供游離脂肪酸,在營養缺乏期間維持能量平衡起著關鍵作用[46]。此外,IF可恢復胰島中的自噬通量,并通過增強葡萄糖刺激的胰島素分泌、β 細胞存活和胰腺再生標志物 NEUROG3 的核表達來改善葡萄糖耐量[47]。

綜上所述,線粒體自噬已被證明與MAFLD有關,通過線粒體自噬去除受損線粒體被認為是長期MAFLD發展中的保護機制,然而IF在肝臟線粒體自噬方面相關機制目前尚不明確。除了上述潛在機制外,另有文獻[48]報道,IF在調節炎癥、氧化應激、細胞死亡等方面也起著至關重要的作用,短期強化禁食可以通過改善中性粒細胞功能、增加細胞因子分泌、上調自噬和下調細胞凋亡來重塑人類先天免疫,但其與MAFLD發生發展的具體機制還有待于進一步探討。

4 各種IF方案的比較

ADF是目前研究最多,最為流行,也最具代表性的IF方案,由于人體的代謝生理需要,完全意義上的ADF方案僅適用于動物實驗,一種改良后的ADF方案應用于臨床實踐,即1 d內自由進食,隨后禁食日滿足自由進食日25%的能量需求。Trepanowski et al[49]探究ADF對肥胖成人減肥的影響,短期研究結果表明,參與者在隔日禁食3～7個月后體質量減輕了2%～3%,血脂、血壓和胰島素敏感性有所改善;長期研究結果表明,與熱量限制相比,ADF并沒有產生更好的依從性、減輕體質量作用。

TRE相比而言更受推崇,在T2MD患者中,TRE方案更方便、更安全,因為患者每天都會進食,且禁食時間不足以顯著增加低血糖風險。TRE的療效受進食時間窗的影響,早期eTRF和中午TRF(midday TRF,mTRF,食物攝入量限制在一天的中午)都被證明具有代謝益處,eTRF在改善胰島素敏感性方面比mTRF更有效[11]。

一項試點研究旨在評價IF 5 ∶2改良版計劃(禁食日滿足日常30%的能量需求,非禁食日滿足日常70%的能量需求)對中國超重或肥胖患者的療效,結果表明,IF 5 ∶2改良版計劃在中國超重或肥胖患者中短期內比每日熱量限制更有效地減輕體質量,但仍需要進行更長期的前瞻性隨機對照試驗[50]。

綜上可知,各種 IF 方案均表現出對代謝有益的積極影響,然而,不論采取何種禁食方式,都要注意蛋白質、水分、維生素和礦物質的合理攝入,以免機體出現營養不良等情況。