孫秀發(fā)（華中科技大學(xué)同濟醫學(xué)院營(yíng)養與食品衛生學(xué)系，湖北 武漢 430030）
　　熱能的攝入過(guò)多而引起肥胖，并由此導致一系列的慢性疾病，已成為西方發(fā)達國家嚴重的公共衛生問(wèn)題和社會(huì )問(wèn)題。在我國，這一問(wèn)題也變得越來(lái)越嚴重。同樣，熱能攝入不足，仍是許多不發(fā)達國家的主要營(yíng)養問(wèn)題。
　　20世紀圍繞限制熱能攝入（限食）與健康關(guān)系的研究，不僅打破了一般營(yíng)養學(xué)的規律，而且它所帶來(lái)的理論和實(shí)踐上的影響，至今也難以估計。所謂限食，是指提供的總熱能在實(shí)際需要量以下，但蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)等必需營(yíng)養素供給充足的膳食。
　　1915年，Osborne首次發(fā)現限制營(yíng)養素攝入可延長(cháng)大鼠的壽命。20年后，美國康奈爾大學(xué)營(yíng)養學(xué)家MeCay等報道了限制小鼠的攝食量能顯著(zhù)地延長(cháng)其壽命。由此，引起了科學(xué)界對限食的生物學(xué)效應越來(lái)越多的興趣，特別是近幾十年來(lái)，科學(xué)家對限食的生物學(xué)效應及其機制，進(jìn)行了廣泛而深入的研究。普遍認為，限食可以延長(cháng)壽命、延緩衰老，并能提高機體免疫力、減少外來(lái)化合物的毒性和致癌性、降低增生性及退行性疾病（包括多種癌癥）的發(fā)生率等。我們在近幾年的研究中，也發(fā)現限食可以提高動(dòng)物的學(xué)習記憶能力、某些耐受力和機體抗氧化能力等。由于涉及的面較廣，本文主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行介紹。

1 限食延緩衰老及其機制的研究進(jìn)展

　　大量研究結果證實(shí)，限食可以在相當大的程度上延長(cháng)幾乎所有試驗動(dòng)物的壽命。為了解釋這一令人吃驚的結果，曾經(jīng)有過(guò)多種假說(shuō)，如生長(cháng)發(fā)育減慢學(xué)說(shuō)，體脂減少學(xué)說(shuō)，代謝率降低學(xué)說(shuō)等。這些解釋?zhuān)诋敃r(shí)無(wú)疑有著(zhù)十分重要的指導作用，我們自身的研究也發(fā)現這些假說(shuō)正確性的一面，但是它們都不能從本質(zhì)上揭示這一奇特現象的機制。隨著(zhù)分子生物學(xué)的發(fā)展，這個(gè)問(wèn)題才有了根本性認識。目前，有以下一些研究成果。

　　1.1 影響基因表達 脫氧核糖核酸（DNA）是重要的遺傳物質(zhì)，隨著(zhù)年齡的增長(cháng)，機體維持DNA穩態(tài)的能力下降，DNA極易發(fā)生氧化損傷和自發(fā)突變。這是導致細胞衰老的重要原因。Prapuna等發(fā)現，限食可增加DNA的修復活性，延緩DNA多聚酶α隨年齡增加的下降，維持了基因組的穩定，減少自發(fā)突變。Bushee等用小鼠研究發(fā)現，限食可延緩小鼠肝臟中DNA多聚酶α隨年齡增加而減少，并使其具有較高的活性。Djuric等報道，限食可減少自由基的產(chǎn)生，降低自由基的毒性，增強DNA的修復，減少DNA的氧化損傷水平。這些研究表明，限食可通過(guò)增強DNA的修復、影響DNA多聚酶α的活性和減少DNA的氧化損傷等發(fā)揮延緩衰老的作用。致癌物與DNA生成加合物，是致癌物致癌作用的機制之一。但是，在哺乳動(dòng)物體內，存在另一類(lèi)正常的、具有重要生理功能的DNA加合物，即共價(jià)DNA變體，又稱(chēng)Indigenous-compounds。這種加合物隨著(zhù)年齡增加而減少，被認為是機體衰老的生物標志物之一。Randerath等研究發(fā)現，限食能使大、小鼠組織中的Indigenous-compounds水平提高4～6倍。
限食還可通過(guò)調節特殊基因的表達，發(fā)揮延緩衰老的作用。某些特異基因包括癌基因的甲基化隨著(zhù)衰老的進(jìn)程而下降，造成DNA轉錄活性增高，致使某些與衰老有關(guān)的基因異常表達而使細胞衰老。　　Miyamura等的研究發(fā)現，未觀(guān)察到限食中、老年小鼠肝臟中與衰老有關(guān)的基因甲基化程度的下降。此外，限食還通過(guò)改變轉錄因子的活性或水平而改變基因的表達。這些轉錄因子是指通過(guò)結合基因上的啟動(dòng)子和／或增強子而調節轉錄的蛋白質(zhì)。α-2U-球蛋白的表達隨年齡增加而急劇減少，這一減少已被用來(lái)作為衰老的生物標志，限食可明顯提高大鼠肝臟中的α-2U-球蛋白的合成及含量。細胞分裂調節蛋白基因p53的表達過(guò)對細胞保持自穩能力非常重要，大鼠試驗表明限食可增加腦組織中這種調節蛋白的表達。

　　1.2 影響蛋白質(zhì)代謝及抗氧化酶活性 蛋白質(zhì)是生命最重要的物質(zhì)基礎，隨著(zhù)年齡的增長(cháng)，體內蛋白質(zhì)合成下降，更新減緩，影響細胞的正常結構和功能，這也是導致衰老的重要原因之一，限食則可以改善這種衰退。Ward研究發(fā)現，限食并不能阻止大鼠肝臟中蛋白質(zhì)合成和分解能力的衰退，但可保持高于對照組水平，并可增加腎、心、睪丸等臟器的蛋白質(zhì)合成和分解能力。因此，可提高機體的抵抗力和適應環(huán)境的能力，預防和減少疾病的發(fā)生。進(jìn)一步研究發(fā)現，限食能增加組織中胰島素樣生長(cháng)因子I及其受體水平，進(jìn)而促進(jìn)蛋白質(zhì)合成。
　　超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px）和過(guò)氧化氫酶(CAT)等是體內重要的抗氧化酶系統，對于清除自由基、保護生物膜、維持細胞的正常生理功能具有重要的作用。隨著(zhù)年齡的增長(cháng)，抗氧化酶的活性降低，機體清除自由基的能力減弱，這是導致細胞衰老的重要原因之一。Feuers等對雄性大鼠研究發(fā)現，限食可使肝臟中的GSH-Px、CAT活性不隨年齡增長(cháng)而降低，并能保持一定的水平。我們對大、小鼠的研究也獲得同樣的結果。

　　1.3 影響糖代謝 研究發(fā)現，葡萄糖可與蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子發(fā)生非酶糖化反應，生成糖化產(chǎn)物（advanced glycosylation endproducts，AGE）。經(jīng)糖化的蛋白質(zhì)、核酸生物學(xué)活性也發(fā)生改變，如糖化的核糖核酸酶、超氧化物歧化酶活性喪失；糖化的DNA遺傳特性改變。因此，AGE被認為與細胞衰老相關(guān)。
　　Feuers等發(fā)現，限食可降低血糖水平，減少AGE的生成。Masoro等研究發(fā)現，限食使球蛋白的糖化產(chǎn)物百分比明顯低于對照組。Vlassara等研究發(fā)現，限食鼠的血清胰島素低于對照組，而低血清胰島素與AGE的清除呈負相關(guān)。還有一些研究揭示，限食導致的鼠膠原交聯(lián)率減少、眼晶狀體透光性下降延緩、酶活性升高等現象都可能與AGE生成減少和清除加速有關(guān)。因此，限食使AGE生成減少和清除加速而達到了延緩衰老的目的。

　　1.4 影響細胞的增殖、分化和凋亡 限食可通過(guò)調節細胞的增殖、分化和促進(jìn)細胞凋亡而達到延緩衰老的目的。Lyn-Cook通過(guò)對限食動(dòng)物的細胞培養觀(guān)察到細胞增殖率降低，形態(tài)結構損失減少，自發(fā)性和化學(xué)性誘變率降低等現象。這說(shuō)明限食可使細胞增殖及惡變減少。進(jìn)一步研究發(fā)現，這種變化是有組織特異性的，如可阻止脾臟細胞增殖，但對腎臟細胞無(wú)影響。因此，限食可能是通過(guò)減少脾細胞的產(chǎn)生而延緩或阻止隨年齡增加而出現的自身免疫性疾病。
　　細胞凋亡是體內的一個(gè)自然過(guò)程，即衰老、DNA損傷、病變的細胞可被選擇性地清除掉。研究表明限食可促進(jìn)細胞的這種凋亡，并能增加老年動(dòng)物細胞的更新率。

　　1.5 其它方面的影響 發(fā)現隨著(zhù)年齡的增長(cháng)，大鼠肝臟中的腎上腺素受體增加，而老年大鼠增加的幅度更大。因此，研究者認為，這種受體的變化與衰老有關(guān)。Dax等對雄性Wistar大鼠的研究發(fā)現，限食可阻止β-腎上腺素受體隨年齡增加而增加。
　　動(dòng)物的神經(jīng)、行為隨著(zhù)機體的老化而發(fā)生改變甚至喪失。這與腦組織中的紋狀體多巴胺受體隨年齡增加而逐漸損失密切相關(guān)。限食可明顯阻止這種受體的損失，從而維持老年動(dòng)物的神經(jīng)、行為能力。
　　細胞內鈣水平的穩定對維持細胞的正常功能非常重要，胞內鈣水平穩定的重要調節因子之一是三磷酸肌醇（第二信使）。限食可預防大腦中三磷酸肌醇的代謝隨年齡增加而出現缺失，使三磷酸肌醇合成能維持一定的水平，以參與調節細胞內鈣水平的穩定，起到延緩衰老的作用。
　　由于衰老過(guò)程極其復雜且受多種因素影響，限食的生物效應也是多方面的，因此，限食延緩衰老的機制仍在進(jìn)一步研究，許多問(wèn)題有待逐步闡明。

2 限食抑制腫瘤及其機制的研究進(jìn)展

　　1942年，Tannenbaum 就發(fā)現限食可減少腫瘤的發(fā)生率和延緩腫瘤發(fā)生時(shí)間。自此以后，人們以不同的限食手段研究其對腫瘤發(fā)生及腫瘤類(lèi)型的影響，并在作用機制方面也進(jìn)行了廣泛的研究，取得了許多重要的研究成果。

2.1 限食方式對腫瘤的影響
　　2.1.1 限食程度的影響 Kritchevsky 和Rehm 等研究表明，限食10％對7,12-二甲基苯蒽（DM-BA）誘發(fā)的腫瘤發(fā)生率無(wú)影響，僅能減少腫瘤的多樣性（減少達36％），以及腫瘤重量（減輕47％）；限食20％則可減少DMBA誘發(fā)的腫瘤發(fā)生率達33％，可明顯降低自發(fā)性腫瘤包括垂體腺瘤、肺腺瘤、乳腺瘤等的發(fā)生率。Weindruch 以C3R10RF 小鼠為對象，發(fā)現斷乳后自由攝食組、限食25％組、55％組、65％組，全部腫瘤發(fā)生率分別是78％、56%、51％和38％，隨限食程度增加，對腫瘤的抑制作用增強。
　　2.1.2 限食期長(cháng)短的影響 Rose和Bras對SD大鼠的研究發(fā)現，斷乳后連續限食可減少腫瘤發(fā)生率，并延緩腫瘤始發(fā)時(shí)間及進(jìn)展，但70d的短期限食無(wú)明顯影響。Yoshikazn Higami等將F344大鼠分為3個(gè)試驗組:A組，從6周開(kāi)始終生限食；B組，從6個(gè)月開(kāi)始終生限食；C組，限食僅從6周至6個(gè)月，3組限食程度一致。結果顯示對C組白血病的發(fā)生率無(wú)明顯影響，僅能推遲腫瘤始發(fā)時(shí)間；A組、B組白血病的發(fā)病率明顯減少，減少程度相當。也有報道，斷乳后限食7周，也能減少腫瘤的發(fā)生率。
　　此外，研究表明限食可影響許多腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。如自發(fā)性腫瘤、化學(xué)致癌劑誘發(fā)的腫瘤、病毒引起的腫瘤及B16黑色素瘤細胞移植瘤等。Hursting發(fā)現，限食可減少P53抗癌基因缺失型轉基因鼠的自發(fā)腫瘤發(fā)生率、腫瘤死亡率，并能延長(cháng)平均生存時(shí)間。

2.2 限食抑制腫瘤的機制
　　2.2.1 影響致癌原的體內生物轉化 許多化學(xué)致癌物須經(jīng)體內代謝活化，從前致癌原變?yōu)橹掳┰Ｏ奘惩ㄟ^(guò)改變代謝酶基因表達和酶活性，影響致癌物的體內代謝和活化過(guò)程，改變細胞遺傳毒性和致癌性。
　　Leakey等研究限食對黃曲霉毒素B1（AFB1）致癌性影響時(shí)發(fā)現：限食降低了CYP2C11的表達，從而降低了AFB1對肝細胞的遺傳毒性。限食抑制AFB1在體內代謝活化的途徑包括：①減少肝細胞色素P450ⅡC11d的活力。②升高谷胱甘肽S轉移酶的活性。③減少AFB1-DNA加合物的形成。另有報道，限食影響異生物素代謝酶的活性，由此影響致癌原代謝活化及致癌原-DNA加合物的形成。
　　限食影響酶活力是直接影響相關(guān)基因表達的主要原因之一；而限食延緩機體衰老，推遲機體病理狀態(tài)的出現，從而改變酶活力，是影響致癌原活化的間接原因。
　　2.2.2 影響癌基因表達 癌基因的過(guò)度表達是腫瘤發(fā)生的原因之一。Cook等對老年大鼠研究表明：整體動(dòng)物及胰腺細胞和成纖維細胞體外試驗中，限食組動(dòng)物特定癌基因表達下降，包括c-myc,H-ras及突變型p53基因，但K-ras,c-fos癌基因表達無(wú)明顯改變。限食組動(dòng)物相關(guān)癌基因甲基化程度增高，其DNA轉錄活性降低，是抑制癌癥發(fā)生的機制之一。從細胞水平看，限食動(dòng)物來(lái)源的細胞增殖率下降，形態(tài)結構喪失率及自發(fā)、化學(xué)誘發(fā)腫瘤發(fā)生率下降，表明限食動(dòng)物有更穩定的基因組構型。可見(jiàn)，降低癌基因表達與限食抑制腫瘤作用有關(guān)。
　　限食提高抗癌基因的表達是減少腫瘤發(fā)生的另一機制。動(dòng)物試驗發(fā)現，限食可提高M(jìn)MTV／V-Ha-ras轉基因鼠p53抗癌基因表達，抗癌基因可能具有下列作用：①提高DNA修復損傷能力。②激活某些基因的表達，產(chǎn)生抑制細胞生長(cháng)的蛋白質(zhì)。③促進(jìn)細胞凋亡。大鼠試驗發(fā)現，限食鼠p53突變型表達降低。這方面的研究仍在深入。
　　如前所述，限食提高抗氧化酶SOD、CAT等的表達，增強機體抗氧化損傷能力，減少自由基損害，這也是限食抑制腫瘤的重要機制之一。
　　2.2.3 增強機體免疫調節功能 限食可增強機體免疫調節功能，這不僅可延緩衰老、降低許多疾病包括許多慢性病的發(fā)病率，而且有助于提高機體對腫瘤的免疫監視及清除腫瘤細胞。Weindruch以B10C3F1小鼠及C57BC16小鼠為對象，研究中、老年期限食的作用發(fā)現，限食組小鼠壽命延長(cháng)、淋巴瘤發(fā)生率下降。免疫檢查顯示，限食動(dòng)物脾臟細胞總數減少，使T細胞構成比增加，脾臟淋巴細胞對ConA、PHA的增殖反應增強，增殖容量增大，細胞介導的淋巴毒作用增強。Femandes 也發(fā)現，限食40％可增強大鼠對ConA、PHA的增殖反應，增加脾細胞白細胞介素2(IL-2)的產(chǎn)生量，提高ConA刺激后脾細胞內Ca2+濃度上升的幅度，以及高親和力IL-2受體表達量，而且還可以調節細胞膜脂肪酸組成，提高細胞膜流動(dòng)性，有助于防止免疫功能的降低，預防自由基產(chǎn)生及自由基對免疫細胞的損傷。限食可防止機體衰老時(shí)免疫調節功能紊亂，如IL-6代謝調節紊亂等。
　　原始T細胞產(chǎn)生IL-2和IFN-γ，記憶T細胞產(chǎn)生IL-4，IL-5, IL-6和IL-10 等。隨著(zhù)年齡增長(cháng)，人類(lèi)及動(dòng)物細胞亞群改變，原始T細胞減少，記憶T細胞增加，從而影響細胞免疫功能。以F344大鼠為對象研究發(fā)現，限食改變了老年大鼠T細胞亞群比例，對照組、限食組CD+4原始細胞/記憶T細胞分別是46.0/54.0和61.7／38.4；CD+8原始/記憶T細胞分別為 27.7／72.3和 69.3／30.7。可見(jiàn)限食能提高原始T細胞數量，減少記憶T細胞數量，從而提高原始T細胞與記憶T細胞的比值，增加IL-2、IFN-γ等抗腫瘤因子的數量。
　　2.2.4 提高皮質(zhì)酮水平 研究發(fā)現限食可提高動(dòng)物血漿皮質(zhì)酮、脫氫表雄酮（DHEA）及類(lèi)似酮類(lèi)水平，小鼠切除腎上腺后，限食對PHA誘發(fā)的皮膚乳頭狀瘤的抑制作用也消失，說(shuō)明限食動(dòng)物的高皮質(zhì)酮、DHEA水平與抑制腫瘤作用相關(guān)。
　　皮質(zhì)酮具有明顯的抗炎作用。Schwarz等認為皮質(zhì)酮在抗炎與增殖作用機制上互相聯(lián)系。慢性炎癥與腫瘤如膀胱瘤、胃瘤等有關(guān)，所以抗炎藥物博隆霉素既抗炎，也能抑制致癌物誘導的結腸癌，阿司匹林使用者消化系統腫瘤發(fā)生率低。炎癥發(fā)生時(shí)，中性粒白細胞和巨噬細胞組織浸潤過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生足量的自由基，自由基抗感染的同時(shí)，也損害DNA，即具有誘變性，并作為第二信使刺激組織增生。因此，限食提高皮質(zhì)酮水平可能是其抑制腫瘤的機制之一。
　　試驗證實(shí)動(dòng)物注射DHEA可產(chǎn)生多種類(lèi)似限食產(chǎn)生的生物效應，如降低腫瘤、動(dòng)脈粥樣硬化、老年性蛋白尿、自身免疫性疾病等發(fā)病率。DHEA抑制腫瘤機制與DHEA非競爭性抑制哺乳類(lèi)動(dòng)物葡萄糖-6-磷酸酶（G-6-P）活性，減少NADPH及5-磷酸核糖的產(chǎn)生，從而抑制化學(xué)致癌物經(jīng)混合功能氧化酶體系的激活，以及NADPH依賴(lài)性氧自由基的產(chǎn)生。
　　2.2.5促進(jìn)細胞凋亡 癌癥的發(fā)生是由于不能控制的細胞增殖，也可能是細胞增殖與細胞死亡之間的不平衡引起，后者與細胞凋亡有關(guān)。細胞凋亡是機體有效地、選擇性地和生理性地清除衰老細胞、DNA損傷的細胞及病變細胞的方式。腫瘤組織細胞凋亡消失，導致細胞數目的生理性控制失調。Gaylor研究認為，限食可提高小鼠肝臟細胞凋亡率，降低自發(fā)性肝癌發(fā)生率。同樣有人觀(guān)察到，限食大鼠組織細胞凋亡率升高。許多腫瘤治療藥物誘導的細胞死亡也就是凋亡，限食提高腫瘤細胞凋亡，起到比藥物治療更佳的效果，有利于癌細胞的清除。
　　2.2.6 影響DNA的損傷修復 Zora等研究發(fā)現，限食可減少大鼠肝臟、乳腺細胞DNA中5-羥甲基尿嘧啶含量；檢測人類(lèi)尿液DNA損傷的生物標志物表明，攝入低熱能膳食的人群，尿中脫氧胸腺嘧啶丙二醇和脫氧8-羥鳥(niǎo)嘌呤含量明顯低于攝入高熱量膳食人群。可見(jiàn)，限食可減少DNA氧化損傷。
限食還可促進(jìn)損傷的DNA修復。Turturro等報道，對大鼠或小鼠限食，均可增強堿基插入及核甘酸插入方式的DNA修復，O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤受體蛋白（MGAP）介導的突變型O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤加合物清除修復因限食而增強，限食動(dòng)物MGAP活性于夜間高出自由攝食組動(dòng)物38％。
DNA損傷是導致衰老、癌癥及一系列退行性疾病的因素，限食減少DNA損傷及增強損傷DNA的修復，有助于防止癌癥的發(fā)生。
　　總之，限食抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展已得到普遍的承認，但圍繞其機制的研究雖然已取得了許多突破性的成果，但離最終揭示全部秘密仍有一段較長(cháng)的路要走。
限食還有許多其它的重要生物學(xué)效應，有關(guān)研究至今仍吸引著(zhù)許多科學(xué)工作者極大的關(guān)注，由于篇幅有限不能在此作進(jìn)一步交流。本文所介紹的一些成果和觀(guān)點(diǎn)也不一定正確，其目的僅起到拋磚引玉的作用。