熱量限制(CR)或禁食方案被認為是預防慢性代謝紊亂、改善自身免疫性疾病和延緩衰老的最有效的非藥物干預措施之一。盡管做出了努力，但CR改善健康，特別是大腦健康的機制仍未完全了解。代謝穩(wěn)態(tài)對大腦功能至關(guān)重要，詳細的大腦代謝組圖譜對于理解連接不同大腦區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。

2023年9月7日，大連醫(yī)科大學樂衛(wèi)東、Shao Yaping及中科院大連化學物理研究所許國旺共同通訊在Signal Transduction and Targeted Therapy=在線發(fā)表題為“A metabolome atlas of mouse brain on the global metabolic signature dynamics following short-term fasting”的研究論文，該研究生成了短期禁食(STF)后小鼠大腦多個區(qū)域的全球代謝特征動態(tài)的代謝組圖譜，確定了腦區(qū)域之間的顯著代謝差異以及STF觸發(fā)的區(qū)域依賴性代謝重塑。

該研究發(fā)現(xiàn)STF引起三酰甘油降解和脂肪分解，以補償禁食條件下的能量需求。此外，還觀察到氨基酸譜的變化，這可能在STF對能量代謝、神經(jīng)遞質(zhì)信號傳導、抗炎和抗氧化的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。此外，該研究首次報道了STF引發(fā)大腦和肝臟中N-?；掖及?一類神經(jīng)保護脂質(zhì))的顯著升高。這些發(fā)現(xiàn)為CR的分子基礎(chǔ)和機制提供了新的見解，并為進一步的研究提供了全面的資源。

熱量限制(CR)被認為是延緩衰老和支持代謝健康的最有效和最穩(wěn)健的非藥物干預措施之一。CR的形式可以從慢性但溫和的熱量攝入減少到間歇性的短期禁食循環(huán)(STF)。越來越多的研究證實，這些不同形式的CR對健康有有益的影響，包括減肥、改善代謝綜合征和心血管疾病，以及延長壽命。臨床研究也顯示了CR對腦部疾病的益處，如癲癇、阿爾茨海默病(AD)和多發(fā)性硬化癥。然而，CR改善健康，尤其是大腦健康的機制仍然難以捉摸。

大腦具有獨特的解剖區(qū)域形態(tài)，在大腦發(fā)育和功能維持過程中，每一個解剖區(qū)域都涉及大量不同的細胞類型和高度整合的分子程序腦內(nèi)代謝穩(wěn)態(tài)對腦功能至關(guān)重要。詳細的大腦代謝圖譜對于理解連接不同大腦區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的。腦代謝組和蛋白質(zhì)組的明顯區(qū)域差異最近被揭示出來。研究表明，雖然葡萄糖是大腦的主要能量供應(yīng)者，但不同的細胞群通過不同的代謝途徑使用葡萄糖，要么是糖酵解，要么是戊糖磷酸途徑(PPP)哺乳動物的大腦依靠各種小分子代謝物，如神經(jīng)遞質(zhì)、脂質(zhì)和氨基酸來完成其功能。代謝物是分子生物學的最終結(jié)果，由于存在大量的反饋機制和調(diào)節(jié)回路，代謝物的特征不能簡單地通過基因組、轉(zhuǎn)錄組或蛋白質(zhì)組特征來預測。因此，全面分析代謝重編程對CR的反應(yīng)可能會導致有效的治療策略，以預防腦部疾病和擴大健康壽命。

STF后腦和肝臟代謝重塑（圖源自Signal Transduction and Targeted Therapy ）

在哺乳動物中，正常飲食模式的紊亂會改變系統(tǒng)的新陳代謝。先前的研究表明，CR分級后小腦代謝物的變化與攝食調(diào)節(jié)有關(guān)在STF大鼠中發(fā)現(xiàn)胰島素水平升高，下丘腦神經(jīng)元和內(nèi)皮細胞葡萄糖轉(zhuǎn)運上調(diào)。此外，據(jù)報道，CR飲食可改善大腦區(qū)域γ-氨基丁酸（GABA）系統(tǒng)的衰老相關(guān)失調(diào)，皮質(zhì)酮狀態(tài)和認知功能。然而，CR或STF對腦時空代謝組的影響研究尚不充分，僅集中于有限的代謝物或局限于大腦的幾個解剖區(qū)域。

利用基于氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)的代謝組學和基于液相色譜-質(zhì)譜(LCMS)的脂質(zhì)組學技術(shù)，該研究描繪了七個大腦區(qū)域的代謝特征，并描繪了不同禁食時期不同大腦區(qū)域的代謝重塑。作者確定了一系列代謝物，包括不同的代謝模塊，從糖、脂質(zhì)、氨基酸、核苷到氨基酸神經(jīng)遞質(zhì)。此外，該研究還研究了大腦對STF的代謝變化，揭示了食物剝奪條件下脂質(zhì)和氨基酸代謝的顯著重塑。該研究為CR改善大腦健康的潛在機制提供新的見解，并為未來的研究提供全面的資源。

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https://www.nature.com/articles/s41392-023-01552-y

來源：iNature

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