限时进食好处多，不光能减肥，对全身基因表达都有影响！
2023-01-16 生物探索 生物探索 发表于安徽省
以上结果为了解限时进食如何帮助控制糖尿病、应激障碍等诸多疾病提供指导，也为研究轮班工作如何扰乱人体24小时生物钟并诱发消化系统疾病和癌症提供了新的思路。
近年来，间歇性禁食得到越来越多减肥人士的推崇。间歇性禁食通常有两种方式，其一是在一周中有两天只吃一顿中等量的餐食，即5:2方法；其二是把当每天摄入食物的时间限制在数小时的时间窗内，即限时进食（Time-Restricted Eating，TRE），是一种更为灵活的方式。
过去的研究表明，TRE除了在改善体重和心脏代谢健康指标上具有积极影响，还对代谢健康有许多减肥之外的益处，包括改善血糖调节、运动能力、耐力、运动协调、睡眠、血压、肝甘油三酯、血脂、心脏功能和肠道健康，以及肿瘤生长、癌症风险和神经退行性疾病严重程度的降低。这是由于进食与内源性昼夜节律的同步也同步了外周代谢器官的代谢，降低了慢性病的风险。
不过，限时饮食如何在分子水平上影响身体，以及其对身体的改变如何在多个器官系统中相互作用，尚不清楚。为此，Salk研究所的科研人员从限时进食的小鼠的22个器官和大脑中收集组织样本并分析基因变化，结果发现，这22个区域的基因表达均受到限时进食的影响，限时进食对改善健康存在广泛意义。
研究结果以“Diurnal transcriptome landscape of a multi-tissue response to time-restricted feeding in mammals”为题于1月3日发表于Cell Metabolism。“这一结果为更深入研究TRE干预如何激活特定疾病（如癌症）相关基因打开了大门。”Salk研究所调节生物学实验室（Regulatory Biology Laboratory）教授、Rita和Richard Atkinson主席、研究的资深作者Satchidananda Panda说。
图1 研究成果（图源：[1]）
研究人员将小鼠分成两组，喂养以相同的高热量食物，其中一组限制在每天9小时的进食窗口内进食（Time-restricted feeding，TRF），另一组则为等热量的自由进食（ad libitum feeding，ALF）。7周后，研究人员在24小时内每隔2小时采集22个器官和大脑区域的样本并分析其转录组的节律变化。由于小鼠被安置在更接近自然生活条件的光暗循环下，因此这里的节律特指昼夜节律（diurnal）而非生理节律（circadian），而后者通常会将小鼠置于恒暗的条件下进行评估。
图2 TRF干预和样本收集策略（图源：[1]）
结果表明：
01
TRF对差异基因表达的影响具有组织特异性和跨器官特性
共检测到21791个转录本存在于至少一个组织中，其中86.76%（18907个）是蛋白质编码基因，约70%（15253个）转录本在所有组织中普遍表达，称为普遍表达基因（ubiquitously expressed genes，UEG）。
使用无偏的聚类方法共识别出27个具有组织特异性的基因簇。可以观察到不同组织中，因TRF产生的上调或下调，在这27个基因簇上存在不同的模式。比如免疫细胞调节对应的基因簇10在附睾白色脂肪组织（epididymal white adipose tissue，eWAT）和腹股沟白色脂肪组织（inguinal WAT，iWAT）中受到相反的调节。
图3 聚类所得的27个基因簇及其在不同组织中受TRF上调/下调情况（图源：[1]）
TRF对不同组织中差异表达（differentially expressed，DE）基因的影响不同，其中棕色脂肪组织（brown adipose tissue，BAT）、eWAT和iWAT具有最多DE基因（34%–46%）。在超过9个组织中被TRF上调的基因参与蛋白质折叠和加工、RNA加工、先天免疫反应和代谢，超过9个组织中被下调的基因参与炎症、血管系统、细胞内囊泡转运和代谢。
02
TRF使得全局基因表达和功能通路更具节律性
在ALF条件下36%（7906）的基因至少在一种组织中具有节律性，而在ALF或TRF条件下，65%（14203）的基因具有节律性。TRF增加了除脾脏和视交叉上核外几乎所有组织中节律性转录物的数量。
在哺乳动物中，致肥饮食会降低组织间节律基因表达的同步性，进而影响新陈代谢，导致不良健康后果。TRF条件下，节律基因表达的峰值在两个时间段内得到强化：一个在禁食期间，另一个在进食后。这种节律的强化是跨组织同步的，使得各种分解或合成代谢过程的时间区块化，有研究表明这种区块化能够改善生理机能。
图4 ALF（左）或TRF（右）条件下代表性KEGG通路在24小时周期内的相位分布。KEGG，Kyoto Encyclopedia of Genes & Genomes。（图源：[1]）
03
TRF可扭转致肥饮食诱导的生理缺陷
对不同组织中的DE基因和节律基因进行过度表达分析（overrepresentation analysis，ORA）发现，在肝脏、骨骼肌、eWAT、肠道、心脏等部位，TRF影响了葡萄糖代谢、脂肪酸代谢途径、炎症信号、免疫激活、线粒体组织、自噬等通路，在多个组织中阻止了高脂肪饮食诱导的生理缺陷。
TRF增加了大多数组织中几个核心时钟基因的振幅，而某几个时钟基因在多个组织中仅在TRF条件下具有节律性，即ALF条件下的致肥饮食对某些时钟基因节律性引起的抑制，能够通过TRF干预得以恢复。
肝脏是重要的代谢中心，TRF条件下肝脏代谢组发生显著变化，节律性代谢物的数量上升，节律性的峰值相位也受到影响。导致胰岛素抵抗的脂质水平在TRF条件下下降且节律性消失，为肝脏胰岛素敏感性改善提供了解释。其他几个组织的情况还表明，TRF能够增强营养信号和生物钟依赖性基因表达之间的耦合，从而改善代谢灵活性并促进健康。
以上结果为了解限时进食如何帮助控制糖尿病、应激障碍等诸多疾病提供指导，也为研究轮班工作如何扰乱人体24小时生物钟并诱发消化系统疾病和癌症提供了新的思路。接下来，Panda教授将率领团队进一步研究限时进食对特定条件或系统的影响，比如动脉粥样硬化，这对于许多疾病来说将具有指导意义。
End
参考资料：
[1]Shaunak Deota, Terry Lin, Amandine Chaix, et al, Diurnal transcriptome landscape of a multi-tissue response to time-restricted feeding in mammals, Cell Metabolism, Volume 35, Issue 1, 2023, Pages 150-165.e4, ISSN 1550-4131, https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.12.006.
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