【原】Cell Metab丨5：2的间歇性禁食：好处多多

脑声常谈 2024-05-13 发布于上海

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2024年5月7日，德国癌症研究中心Mathias Heikenwalder团队在Cell Metabolism发表“A 5:2 intermittent fasting regimen ameliorates NASH and fibrosis and blunts HCC development via hepatic PPARα and PCK1”，揭示了5：2的间歇性禁食方案可改善NASH和纤维化，并通过肝脏PPARα和PCK1减缓HCC的发展。

间歇性禁食（IF）在非酒精性脂肪性肝炎（NASH）及其向肝细胞癌（HCC）的转变中的作用和分子机制尚不清楚。作者发现IF 5：2方案可以防止NASH的发展，并改善已建立的NASH和纤维化，而不影响总热量摄入。此外，IF 5：2方案在应用于治疗时减弱了NASH-HCC的转变。结合蛋白质组、转录组和代谢组分析发现，过氧化物酶体-增殖物激活受体（PPARα）和糖皮质激素信号通路诱导的PCK1协同作为禁食反应的肝脏“执行者”。与此相一致的是，在人类NASH中，PPARα靶点和PCK1被减少。值得注意的是，只有禁食在小鼠的活跃阶段开始，才会强烈诱导糖皮质激素信号和游离脂肪酸诱导的PPARα信号。此外，PCK1单独或与PPARα一起过表达可降低肝脏甘油三酯和脂肪变性。

图一 IF可以防止饮食引起的肥胖和NASH的发展

最近的初步临床前证据表明禁食可以影响肝脏脂代谢促进代谢健康，作者利用一个特征良好的Western diet的临床前模型富含非反式脂肪和糖的（果糖和蔗糖）。8周龄雄性C57BL/6J小鼠被正常饮食或WD喂养32周以诱导NASH。对照组（Chow或WD）可随意获得食物和水。相比之下，一组喂食WD的小鼠接受了IF方案，包括每周2天非连续禁食（剥夺食物但自由饮水），每个禁食周期持续24小时。因为小鼠主要是在夜间活动的，所以禁食周期在活动阶段开始时（晚上7点）开始。接受IF方案的小鼠在所有非禁食日都可以自由获得食物。在最后一个禁食周期达到48小时（2天），处死禁食小鼠。所有最终的评估，包括血清学、组织学和生理测量，都在小鼠处于喂养状态时进行。用WD喂养的小鼠可以自由获得食物，其体重明显增加，脂肪质量也显著增加。而接受IF方案的小鼠与WD诱导的自由对照组相比，对WD诱导的肥胖具有抗性。重要的是，与WD喂养的自由对照组相比，禁食小鼠显示出明显更高的瘦质量/体重（%），这表明IF方案不会导致肌肉萎缩。

此外，与WD喂养的自由对照组相比，禁食小鼠的血清胆固醇和空腹血糖水平显著降低，表明禁食小鼠的脂肪和葡萄糖稳态得到改善。接受IF方案的小鼠也表现出肝脏病理的改善，血清肝损伤标志物（ALT/ ALP）水平降低，肝重量(g)和肝体重比（%）显著降低，表明WD诱导的肝肿大减轻。此外，与WD喂养的自由对照组相比，禁食小鼠NAFLD活性评分（NAS）降低。禁食小鼠也表现出显著降低的肝纤维化和炎症，特别是骨髓聚集物（F4/80⁺细胞、MHCII⁺细胞）、血小板（CD42b⁺细胞）和自身侵袭性细胞毒性CD8⁺/PD1⁺t细胞的浸润。这些发现表明，IF方案不仅可以减轻饮食诱导的肥胖和代谢功能障碍，而且还可以减轻NASH的发展。

图二禁食介导的益处独立于总热量摄入量，但取决于禁食周期的长度

接下来，作者研究了IF方案是否会影响喂食WD的小鼠的总热量摄入量和/或全身代谢。接受IF方案的小鼠在一周内的平均每日食物摄入量（千卡/小鼠/天）方面没有显示出任何显著差异。这是因为禁食小鼠在进食时表现出暴食反应，有明显更高的食物摄入量，这弥补了禁食时食物的不足。某些饮食方案，如TRF也不影响总热量摄入，但仍能改善肥胖和代谢功能障碍。此外，WD喂养的自由小鼠和禁食小鼠的平均每日水摄入量没有显著差异。然后，作者评估了禁食对全身代谢的影响，观察到与WD喂养的自由对照组相比，禁食两天内禁食小鼠的呼吸交换比显著降低，表明脂肪酸氧化增加。与WD喂养的自由对照组相比，接受IF方案的小鼠在禁食2天也表现出耗氧量（二氧化钒）和活性显著降低。

总的来说，接受IF方案的小鼠在总热量摄入量方面没有任何显著差异，但在禁食周期中，全身代谢发生改变。作者将特征良好的8周龄雄性C57BL/6J小鼠用缺乏胆碱的高脂肪饮食（CDHFD）模型喂养32周，对照组自由获得食物和水。相比之下，小鼠被分为两种不同的IF方案，并同时被喂食CD-HFD 32周。在第一组IF方案中，喂食CD-HFD的小鼠每周禁食2个非连续的空腹，每个禁食周期仅持续12小时。重要的是，每个禁食周期在活动阶段开始（晚上7点）开始，第二天早上（早上7点）结束，而第二组IF（6：1-24小时）方案，CD-HFD小鼠每周只禁食1天，但每个禁食周期持续24小时。与CD-HFD喂养的自由对照组相比，接受IF（6-：1-24小时）方案的小鼠肝脏甘油三酯、肝脂肪变性、纤维化和免疫浸润（髓系：F4/80⁺和MHCII⁺）显著降低，最终NAS较低。与自由对照组相比，接受IF（6：1-24h）方案的小鼠胶原沉积/纤维化和免疫浸润减少。然而，与CD-HFD喂养的自由对照组相比，接受IF方案的小鼠并没有显示出显著降低肝甘油三酯、纤维化、炎症或NAS。这表明，在各组间保持每周禁食总持续时间（24小时）相同时，禁食周期的长度（连续24小时>12小时进行两次）发挥了更明显的作用。

图三 PPARa是NASH禁食反应的主要调节因子

作者给C57BL/6J小鼠喂食饲料或NASH饮食5周，以诱导脂肪变性和炎症环境。在5周结束时，自由喂食条件下的小鼠在喂食状态下被处死，而接受IF方案的小鼠在24小时禁食（禁食状态）后或在24小时禁食（参考状态）后4小时后被处死。为了更好地理解在高热量喂养期间协调禁食反应的关键信号网络，对自由喂养、IF禁食和IF再喂养小鼠的肝脏匀浆进行了无偏性蛋白质组学研究。结果表明在自由喂食、IF禁食或IF参考营养状态下调控的不同的蛋白质组。关键的糖异生酶（PCK1和VNN1）、参与脂肪酸氧化的几种酶（CYP4A10、CYP4A14、ACOT2和CROT）以及生酮速率限制酶（HMGCS2）在禁食期间均增加，而参与从头脂肪生成的关键酶在禁食期间明显下调。作者进行了基因集合富集分析（GSEA），将禁食状态的IF小鼠和喂食状态的自由小鼠进行了比较。GSEA显示，与自由喂食的对照组相比，禁食小鼠中“KEGG脂肪酸代谢”和“KEGG PPAR信号通路”显著富集，“标志性MTORC1信号”和“标志性糖酵解”信号显著下调。PPARα通过禁食诱导的脂肪组织脂解与分泌到血液中的游离脂肪酸结合后，与RXRa异二聚，并与靶基因启动子中的PPAR反应元件结合。PPARα/RXRα异质二聚体招募共激活因子并诱导一个转录程序，包括脂肪酸氧化。然而，禁食反应并不完全由PPARα协调，而是涉及多个转录因子和激素的复杂相互作用，如糖皮质激素（GCs）和糖皮质激素受体（GR）信号。作者评估了除了血清NEFAs的增加外，在禁食期间血清GCs是否升高。与自由喂食的小鼠相比，禁食的IF小鼠的血清皮质酮水平升高。典型的PPARα和GR靶基因，包括Pdk4、Fkbp5和Mt2a，在禁食期间显著增加，并在再喂食后迅速下降。重要的是，作者还观察到，与自由喂食的小鼠相比，在禁食状态下的IF小鼠中，涉及脂肪酸氧化、糖异生和线粒体生物发生的基因明显增加。根据肥胖患者的NAS（肝损伤的严重程度）对来自肥胖患者的肝脏样本进行了分析。与无肝脏病理的肥胖患者相比，NASH患者（NAS R 5）的PDK4和PCK1蛋白表达显著降低。这凸显了跨物种禁食和 NASH 条件下 PPARa 靶标和 PCK1 的对比调节。