自然把夜晚留给自噬而不是夜宵

　　间歇性禁食的好处奇点糕已经讲过很多次了，虽然真的很难做到，但是能变瘦，还能变长寿，对大家来说吸引力真的很强。那么，已经讲过很多次的间歇性禁食，又有什么新花活儿了呢？
　　这次，《自然》杂志刊登了哥伦比亚大学研究人员的新成果[1]，他们发现，在果蝇中， 采取一种特殊的间歇性限时禁食方案  （这个方案咱们等下用图片详解）， 可以让果蝇的寿命和健康寿命都显著延长，果蝇的肌肉和神经元功能增强，与年龄相关的蛋白的积累减少，雌性果蝇的寿命延长了18%，雄性延长了13%。
　　更重要的一点是，他们揭示了这些现象 背后的机制，涉及到自噬和昼夜节律两个方面，即，夜间禁食特异性诱导的细胞自噬是寿命延长的充分必要条件。
　　论文标题截图
　　限制时间的间歇性禁食通常情况下只是规定在一天中的特定时间段内进食，但不限制热量，因此它们的好处可能与昼夜节律有关，不过在此之前，这一点还没有得到证实。
　　这次，研究人员先比较了四种禁（进）食方案对果蝇寿命的影响，第一种作为对照组，24小时无限制进食；第二种是标准的限时禁食，白天12小时进食，夜晚12小时禁食；第三种是隔天禁食，24小时禁食，24-48小时无限制进食；第四种就是间歇性限时禁食（iTRF），如下图所示。
　　iTRF和对照组（Ad lib）方案的对比，研究采用Zeitgeber time（ZT），禁食开始于ZT6，也就是开始有光照后的第6小时，ZT0-6阶段可以随意进食（feed），然后禁食18小时（fast），以48小时（参考Day 10 & Day 11）为一个完整周期
　　和对照组相比， 只有iTRF能够显著延长果蝇的寿命，在第10-40天，雌性的平均寿命延长了超18%，雄性也有13% ，第二种标准限时禁食和对照组没有明显差异，第三种则缩短了果蝇的寿命。
　　除了平均寿命更长， iTRF组果蝇的＂身体素质＂也更强 ，它们与年龄相关的攀爬能力的下降更少，表明肌肉/神经元功能更好。除此之外，与年龄相关的蛋白的积累更少，肠道干细胞的过度增殖更少、肠道屏障完整性和肠道微生物丰度优于对照组。这些现象都表明，iTRF不仅延长了果蝇的平均寿命，也延长了它们的健康寿命。
　　iTRF组相比对照组年龄相关的攀爬能力的下降对比
　　iTRF是如何做到这一点的？实验显示，iTRF组的果蝇在不禁食的日子里，会出现＂代偿性进食＂，导致和对照组相比，一个周期，也就是48小时内的平均食物摄入量反而还略微增加了。所以，iTRF不是通过限制热量达到延长寿命的效果的。
　　除了热量限制之外，饮食中蛋白质的限制和胰岛素样信号的抑制也是已知的与果蝇寿命延长有关的机制[2]，但研究人员发现，iTRF也不是通过这两个机制延长了果蝇的寿命的。
　　还有什么可能的机制呢？
　　前面我们提到过，iTRF限制的只有进食时间，这很难不让经验丰富的研究人员想到昼夜节律，他们观察到，iTRF拓宽了 clock 基因表达在白天的峰值，增加了 period 和 timeless 基因表达的振幅，尤其是在夜间/禁食阶段，也就是说， iTRF增强了昼夜节律基因的表达。
　　对于存在昼夜节律基因突变的果蝇，iTRF就无法延长寿命了，同时，如果调整一下iTRF方案，让禁食主要发生在白天，也是无法延长寿命的。这表明， iTRF延长寿命需要功能正常的昼夜节律的介导，并且在夜间禁食。
　　除了昼夜节律，他们还想到了自噬，自噬大家应该也都熟悉，这个细胞＂自我回收＂的现象在2016年的时候获得过诺贝尔生理学或医学奖，而恰好饥饿可以诱导自噬[3,4]。
　　自噬的发生过程
　　实验结果显示， 两个关键的自噬基因 Atg1 和 Atg8a 的表达受到昼夜节律的调控，且在iTRF的条件下增加。 Atg1 和 Atg8a 在进化上是保守的，与哺乳动物的 ULK1 和 LC3 同源。
　　通过比较无遗传缺陷和昼夜节律基因突变的iTRF和对照组的自噬标志物信号强度、自噬潮（量化自噬的一种方法）以及自噬小体/自噬溶酶体的形成，研究人员发现，iTRF组禁食期间，无遗传突变的自噬增强，自噬溶酶体形成增加，但突变的没有这些现象。这说明， iTRF确实能够诱导自噬，且依赖于昼夜节律。
　　当自噬的调控通路被抑制时，iTRF带来的寿命延长也受到了影响，也就是说，自噬是一个必要条件。
　　在夜间敲低 Atg1 或 Atg8a 的果蝇即使严格执行iTRF，也无法延长寿命，因此，夜间 Atg1 和 Atg8a 的表达是iTRF介导的寿命延长所必需的。
　　在没有进行iTRF，可以随意进食的果蝇中，通过夜间特异性过表达 Atg1 或 Atg8a 基因，也可以达到类似的寿命延长的效果。 由此，研究人员认为， 昼夜节律调控的夜间自噬的增强是iTRF果蝇寿命延长的充分必要条件。 同样条件下进行的研究也观察到了与寿命延长一致的健康寿命延长的现象。
　　过表达Atg1（c）或Atg8a（d），果蝇寿命的对比
　　研究人员还尝试通过药理学方法增强了昼夜节律基因的表达，也达到了和iTRF同样的效果。为什么这么做呢？研究的第一作者Matt Ulgherait博士表示：＂任何类型的限制进食都是很困难的，需要执行者高度自律，如果我们能通过药理学方法增强自噬，尤其是夜间自噬，那么获得这种健康益处就变得简单多了。＂[5] （奇点糕辣评：好贴心的科学家！）
　　虽然本研究已经清楚地阐明了机制，但细胞自噬的靶点具有多样性，包括蛋白质、脂质、核苷酸和细胞器，因此，研究人员指出，确定iTRF介导的自噬相关益处所涉及的主要组织和特定靶点是他们未来工作的主要挑战[5]。
　　参考文献：
　　[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/