間歇性禁食的好處奇點糕已經(jīng)講過很多次了，雖然真的很難做到，但是能變瘦，還能變長壽，對大家來說吸引力真的很強。那么，已經(jīng)講過很多次的間歇性禁食，又有什么新花活兒了呢？
這次，《自然》雜志刊登了哥倫比亞大學研究人員的新成果[1]，他們發(fā)現(xiàn)，在果蠅中，采取一種特殊的間歇性限時禁食方案（這個方案咱們等下用圖片詳解），可以讓果蠅的壽命和健康壽命都顯著延長，果蠅的肌肉和神經(jīng)元功能增強，與年齡相關(guān)的蛋白的積累減少，雌性果蠅的壽命延長了18%，雄性延長了13%。
更重要的一點是，他們揭示了這些現(xiàn)象背后的機制，涉及到自噬和晝夜節(jié)律兩個方面，即，夜間禁食特異性誘導的細胞自噬是壽命延長的充分必要條件。
論文標題截圖
限制時間的間歇性禁食通常情況下只是規(guī)定在一天中的特定時間段內(nèi)進食，但不限制熱量，因此它們的好處可能與晝夜節(jié)律有關(guān)，不過在此之前，這一點還沒有得到證實。
這次，研究人員先比較了四種禁（進）食方案對果蠅壽命的影響，第一種作為對照組，24小時無限制進食；第二種是標準的限時禁食，白天12小時進食，夜晚12小時禁食；第三種是隔天禁食，24小時禁食，24-48小時無限制進食；第四種就是間歇性限時禁食（iTRF），如下圖所示。
iTRF和對照組（Ad lib）方案的對比，研究采用Zeitgeber time（ZT），禁食開始于ZT6，也就是開始有光照后的第6小時，ZT0-6階段可以隨意進食（feed），然后禁食18小時（fast），以48小時（參考Day 10 & Day 11）為一個完整周期
和對照組相比，只有iTRF能夠顯著延長果蠅的壽命，在第10-40天，雌性的平均壽命延長了超18%，雄性也有13%，第二種標準限時禁食和對照組沒有明顯差異，第三種則縮短了果蠅的壽命。
除了平均壽命更長，iTRF組果蠅的“身體素質(zhì)”也更強，它們與年齡相關(guān)的攀爬能力的下降更少，表明肌肉/神經(jīng)元功能更好。除此之外，與年齡相關(guān)的蛋白的積累更少，腸道干細胞的過度增殖更少、腸道屏障完整性和腸道微生物豐度優(yōu)于對照組。這些現(xiàn)象都表明，iTRF不僅延長了果蠅的平均壽命，也延長了它們的健康壽命。
iTRF組相比對照組年齡相關(guān)的攀爬能力的下降對比
iTRF是如何做到這一點的？實驗顯示，iTRF組的果蠅在不禁食的日子里，會出現(xiàn)“代償性進食”，導致和對照組相比，一個周期，也就是48小時內(nèi)的平均食物攝入量反而還略微增加了。所以，iTRF不是通過限制熱量達到延長壽命的效果的。
除了熱量限制之外，飲食中蛋白質(zhì)的限制和胰島素樣信號的抑制也是已知的與果蠅壽命延長有關(guān)的機制[2]，但研究人員發(fā)現(xiàn)，iTRF也不是通過這兩個機制延長了果蠅的壽命的。
還有什么可能的機制呢？
前面我們提到過，iTRF限制的只有進食時間，這很難不讓經(jīng)驗豐富的研究人員想到晝夜節(jié)律，他們觀察到，iTRF拓寬了clock基因表達在白天的峰值，增加了period和timeless基因表達的振幅，尤其是在夜間/禁食階段，也就是說，iTRF增強了晝夜節(jié)律基因的表達。
對于存在晝夜節(jié)律基因突變的果蠅，iTRF就無法延長壽命了，同時，如果調(diào)整一下iTRF方案，讓禁食主要發(fā)生在白天，也是無法延長壽命的。這表明，iTRF延長壽命需要功能正常的晝夜節(jié)律的介導，并且在夜間禁食。
除了晝夜節(jié)律，他們還想到了自噬，自噬大家應該也都熟悉，這個細胞“自我回收”的現(xiàn)象在2016年的時候獲得過諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，而恰好饑餓可以誘導自噬[3,4]。
自噬的發(fā)生過程
實驗結(jié)果顯示，兩個關(guān)鍵的自噬基因Atg1和Atg8a的表達受到晝夜節(jié)律的調(diào)控，且在iTRF的條件下增加。Atg1和Atg8a在進化上是保守的，與哺乳動物的ULK1和LC3同源。
通過比較無遺傳缺陷和晝夜節(jié)律基因突變的iTRF和對照組的自噬標志物信號強度、自噬潮（量化自噬的一種方法）以及自噬小體/自噬溶酶體的形成，研究人員發(fā)現(xiàn)，iTRF組禁食期間，無遺傳突變的自噬增強，自噬溶酶體形成增加，但突變的沒有這些現(xiàn)象。這說明，iTRF確實能夠誘導自噬，且依賴于晝夜節(jié)律。
當自噬的調(diào)控通路被抑制時，iTRF帶來的壽命延長也受到了影響，也就是說，自噬是一個必要條件。
在夜間敲低Atg1或Atg8a的果蠅即使嚴格執(zhí)行iTRF，也無法延長壽命，因此，夜間Atg1和Atg8a的表達是iTRF介導的壽命延長所必需的。
在沒有進行iTRF，可以隨意進食的果蠅中，通過夜間特異性過表達Atg1或Atg8a基因，也可以達到類似的壽命延長的效果。由此，研究人員認為，晝夜節(jié)律調(diào)控的夜間自噬的增強是iTRF果蠅壽命延長的充分必要條件。同樣條件下進行的研究也觀察到了與壽命延長一致的健康壽命延長的現(xiàn)象。
過表達Atg1（c）或Atg8a（d），果蠅壽命的對比
研究人員還嘗試通過藥理學方法增強了晝夜節(jié)律基因的表達，也達到了和iTRF同樣的效果。為什么這么做呢？研究的第一作者Matt Ulgherait博士表示：“任何類型的限制進食都是很困難的，需要執(zhí)行者高度自律，如果我們能通過藥理學方法增強自噬，尤其是夜間自噬，那么獲得這種健康益處就變得簡單多了?！盵5]（奇點糕辣評：好貼心的科學家?。?/span>
雖然本研究已經(jīng)清楚地闡明了機制，但細胞自噬的靶點具有多樣性，包括蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核苷酸和細胞器，因此，研究人員指出，確定iTRF介導的自噬相關(guān)益處所涉及的主要組織和特定靶點是他們未來工作的主要挑戰(zhàn)[5]。
參考文獻：
[1] https://www.nature.com/articles/s41586-021-03934-0
[2] Partridge L, Alic N, Bjedov I, et al. Ageing in Drosophila: the role of the insulin/Igf and TOR signalling network[J]. Experimental gerontology, 2011, 46(5): 376-381.
[3] Hansen M, Rubinsztein D C, Walker D W. Autophagy as a promoter of longevity: insights from model organisms[J]. Nature reviews Molecular cell biology, 2018, 19(9): 579-593.
[4] Scott R C, Schuldiner O, Neufeld T P. Role and regulation of starvation-induced autophagy in the Drosophila fat body[J]. Developmental cell, 2004, 7(2): 167-178.
[5] https://www.genengnews.com/news/intermittent-fasting-extends-healthspan-through-circadian-autophagy/
