熱量限制（calorie restriction, CR），亦稱限食，是指減少每日能量攝取，一般將熱量攝入減至每日所需能量的60%-85%，但不致營養(yǎng)不良。在哺乳動物中的研究業(yè)已證實，以熱量限制為主的限食療法能夠延長壽命，改善機體多種功能指數(shù)，減少慢性疾病的患病風險。本文主要就限食療法在衰老、2型糖尿病、心血管疾病及腫瘤等慢性疾病預(yù)防和治療中的研究進展做一綜述。

一、限食療法的起源

早在500多年前，西方學者就提出限制飲食能延長壽命、益于健康，而過度飲食則行之相反的觀點。但直至1900年之后，實驗室研究才陸續(xù)證實了這一觀點。從單細胞生物酵母，到無脊椎動物線蟲、果蠅，再至脊椎動物小鼠、牛、狗等，研究均已證明，限制飲食可延長這些生物的存活時間，延長哺乳動物的平均壽命及最長壽命。因為哺乳動物在物種發(fā)育上與人類更接近，且哺乳動物的飲食限制相對于無脊椎動物更易控制，故本文主要討論限食療法在哺乳動物中的研究。

限食療法用于治療臨床疾病可追溯至上個世紀初。最早是在1915年，研究者采用完全禁食（total fasting）的方式治療肥胖患者，隨后有個別文獻報道用于2型糖尿病的治療。上世紀六七十年代，完全禁食療法在歐洲廣泛開展并引起激烈討論，但因存在的潛在風險而一度制約了其繼續(xù)發(fā)展。完全禁食過程中或禁食之后常見的并發(fā)癥有：惡心、體位性低血壓、頭發(fā)生長停滯和禿發(fā)、皮膚干燥、肌肉痙攣、疲勞、抑郁、集中力差、口臭、性欲下降、不排卵、精子生成減少、持續(xù)嘔吐、酮癥、高尿酸血癥、肝功能紊亂、骨去礦化減慢等。這些并發(fā)癥的發(fā)生及嚴重程度可通過給予極低熱量飲食（200-300kcal/d）而減少或緩解。研究證明，給予熱量補充的限食療法（supplemented fasting）對患者減重的效果與完全禁食類似，不良反應(yīng)卻顯著減少，患者依從性更佳，安全性更高。在醫(yī)生每周嚴格地監(jiān)管下，接受限食治療的患者可以繼續(xù)正常的日常生活、工作。因此，給予低熱量補充的相對限食方案在以后的動物實驗及臨床研究中被廣泛采用。

二、限食療法的形式

各類研究報道中，熱量限制的具體程度不一，形式多樣。熱量限制的程度一般為將每日所需熱量減少15%-40%，部分研究采用400kcal/d甚至更低的極低熱量進食。熱量限制的形式根據(jù)時間長短可分為短期限食（一般≤7-9天），長期限食（>9天）；根據(jù)限食頻率可分為間斷限食（每周2日限食，余正常飲食），隔日限食，連續(xù)限食等。難于統(tǒng)一的熱量限制方案可能是部分研究結(jié)果不一致的原因之一。

早前，研究者計量每只動物一天的隨意進食量，減去預(yù)期限制比例后（如20%）作為限食組的每日進食量，但這種方法受動物年齡及試驗周期長短的影響，因為縱向上，動物從斷奶到成熟及衰老，每日消耗的食物量并不相同。隨后，有研究者采用隔日禁食法（alternate-day fasting, ADF），即一日隨意進食，第二日完全禁食，交替進行。這種方法不足之處在于有些動物在禁食后，會代償性的過度飲食，造成限食組與對照組相比，飲食總量減少不明顯，所以，嚴格說來，它是一種進食頻率的改變，而非進食總熱量的限制。值得注意的是，盡管只有極小的飲食總熱量改變，隔日禁食法可獲得與傳統(tǒng)限食方案相似的益于健康、延長壽命的效果。

三、限食療法對疾病治療和預(yù)防的益處

1、限食療法與衰老

盡管限食療法最早在臨床是用于肥胖患者的減重治療，其被研究得最為廣泛的作用卻是在延緩衰老方面。自1935年McCay等報道限食后的大鼠壽命顯著延長之后，該領(lǐng)域迅速成為研究熱點。在高等哺乳動物中，隨著年齡增長，腫瘤、糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)退行性病變等衰老相關(guān)性疾病的發(fā)病率增加，導(dǎo)致死亡率隨之增加；而限食可以增強機體抵抗這些慢性疾病及代謝紊亂的能力，從而延緩衰老。在臨床，由于倫理學限制，以及發(fā)達國家人群平均年齡已接近80歲，目前有關(guān)限食療法與衰老關(guān)系的直接數(shù)據(jù)所知甚少。這方面的資料主要來源于與人類基因組接近的非人類靈長類動物的研究；以及評估在人體中，限食所引起的一系列預(yù)測衰老、慢性疾病發(fā)生發(fā)展的指標的變化。

日本沖繩是世界聞名的長壽島，該地區(qū)人群腫瘤、心臟疾病、腦卒中以及糖尿病的發(fā)病風險明顯減少，曾擁有在日本乃至全世界最長的平均壽命。當?shù)貙W者研究認為，這一現(xiàn)象與沖繩人低熱量高營養(yǎng)、富含抗氧化成分的飲食結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。然而，二戰(zhàn)以來，隨著飲食結(jié)構(gòu)的西化，沖繩人能量攝入增多，他們的長壽優(yōu)勢已逐漸消失。

2、限食療法與2型糖尿病

研究限食與慢性疾病之間關(guān)系的動物實驗中，近一半與糖尿病相關(guān)，所涉及的內(nèi)容既包括糖尿病的預(yù)防和治療，亦包含糖尿病慢性并發(fā)癥的防治。

隨著年齡增長，動物體內(nèi)脂肪（尤其是內(nèi)臟脂肪）含量增加，脂肪氧化障礙導(dǎo)致細胞內(nèi)脂質(zhì)異位積聚和胰島素抵抗的發(fā)生及加劇。而限食后肝臟和肌肉組織脂肪氧化增加，可以逆轉(zhuǎn)內(nèi)臟脂肪堆積導(dǎo)致的胰島素抵抗，增強胰島素敏感性。研究報道，大鼠限食18月后，肝臟胰島素敏感性恢復(fù)至年輕大鼠（4月齡）水平。Pedersen等報道，隨意進食組，77%的BB大鼠發(fā)生糖尿病，而限食組僅52%發(fā)生糖尿病。此外，限食后脂肪酸氧化導(dǎo)致酮體生成增加，血漿β-羥丁酸濃度顯著上升。2012年，Shimazu等發(fā)表在Science上的一篇報道認為，長期低熱量飲食中生成的β-羥丁酸可以阻斷一種促氧化應(yīng)激的酶（組蛋白去乙?；福Ｗo細胞免受“氧化應(yīng)激”損害，使細胞免于老化。

以減輕體脂為目的的熱量限制和運動干預(yù)一直是預(yù)防和治療2型糖尿病不可撼動的基石。在生活方式干預(yù)中，單純的熱量限制被證實可獨立于其他因素而使患者獲益。近來，關(guān)于限食療法在肥胖及2型糖尿病中的臨床研究越來越多。2011年，英國Harvie及其同事對107名超重或肥胖的絕經(jīng)期前女性為期6月的研究結(jié)果顯示，無論是間斷熱量限制還是連續(xù)熱量限制，均可減輕患者體重，降低甘油三酯、總膽固醇及低密度脂蛋白膽固醇水平，降低空腹胰島素水平，改善胰島素抵抗。2012年，意大利Malandrucco及其同事報道，對14例重度肥胖（BMI>40kg/m2）的2型糖尿病患者行極低熱量飲食治療（400kcal/d）7天后，患者體重、空腹血糖及甘油三酯顯著下降；與此同時，機體葡萄糖處置指數(shù)由59.0±6.3 mL·min-1·m-2增加至75.5±6.3mL·min-1·m-2，他們將之歸因于一相和二相胰島素分泌的改善，而胰島素敏感性未見變化。但2005年Halberg通過葡萄糖鉗夾試驗證實，正常體重受試者間斷限食2周后，胰島素介導(dǎo)的葡萄糖攝取能力增強，胰島素敏感性增加。同年，Heilbronn等的研究亦證實了隔日限食可以改善胰島素敏感性。有趣的是，Heilbronn等發(fā)現(xiàn)，胰島素敏感性的改善僅見于男性患者。糖尿病的另一個評估指標——葡萄糖耐量試驗顯示，隔日限食3周后，女性患者葡萄糖曲線下面積增加，這與女性患者胰島素敏感性無顯著改善一致，提示短期隔日限食在降低2型糖尿病風險方面男性更易獲益。

綜上所述，限食療法可以降低糖尿病患者空腹血糖和胰島素水平，改善胰島素分泌，逆轉(zhuǎn)胰島素抵抗。但目前限食療法對糖尿病患者的臨床研究多集中于超重或肥胖患者，需要進一步的臨床對照試驗探討限食療法對體重正常的2型糖尿病患者的影響。

3、限食療法與心血管疾病

動物研究已經(jīng)證實，限食后大鼠心率、收縮壓、舒張壓均下降，血甘油三酯、總膽固醇水平降低。Ahmet等研究了限食后SD大鼠對冠狀動脈結(jié)扎所誘導(dǎo)的心肌缺血的反應(yīng)。結(jié)果顯示，結(jié)扎冠狀動脈24小時后，限食組受累區(qū)域心肌細胞凋亡率僅是對照組的1/4，心肌梗死面積為對照組的1/2，且限食組大鼠受累心肌中性粒細胞浸潤顯著減少，提示炎性反應(yīng)受抑。

臨床研究亦證實了限食療法對心血管系統(tǒng)的保護作用。Heilbronn研究顯示，隔日限食3周后，受試者血液高密度脂蛋白膽固醇（HDL cholesterol, HDL-C）升高，甘油三酯（triacylglycerol, TG）降低，體重、體脂肪含量下降。他們發(fā)現(xiàn)，血脂的變化是性別特異性的，HDL-C升高僅見于女性患者，TG下降則見于男性患者，血脂變化的性別差異機制尚不明確；然而，該研究未發(fā)現(xiàn)限食對舒張壓和收縮壓有影響。由于該研究的受試者均為血壓正常者，限食療法對異常人群如高血壓、超重肥胖、高血脂患者血壓的影響如何值得進一步研究。

Fontana等評估長期限食對冠狀動脈粥樣硬化危險因子的影響。限食組18例受試者接受為期6年的限食，對照組18例標準美國飲食方式，檢測血脂、脂蛋白、空腹血糖胰島素、血壓、高敏C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein, CRP）、血小板衍化生長因子AB（platelet-derived growth factor AB, PDGF-AB），人體成分、頸動脈中內(nèi)膜厚度（intima-media thickness, IMT）等指標。結(jié)果顯示，與標準美國飲食組比較，限食組血清總膽固醇、LDL-C、TG、空腹血糖和胰島素、CRP、PDFG-AB、收縮壓及舒張壓均顯著下降，HDL-C水平升高，頸動脈IMT減少約40%。提示長期限食能有效降低動脈粥樣硬化風險，頸動脈IMT減少是其直接的有力證據(jù)。隨著年齡增加，人體左室舒張功能逐漸下降，Fontana等的研究進一步發(fā)現(xiàn)，限食6.5年的受試者左室舒張功能明顯“年輕于”年齡性別匹配的對照組，與較之年輕16歲的正常人群相似。這是迄今為止我們認識到的限食影響人體自然衰老的唯一直接證據(jù)。

心率變異性（heart rate variability, HRV）是評估心臟自主功能的指標之一。健康人群HRV較大，衰老后HRV逐漸下降。2012年，Stein等研究顯示，限食干預(yù)可以直接拮抗衰老相關(guān)的心臟自主功能下降，而使限食組（35-82歲）的HRV接近于年輕20歲的正常飲食人群。

限食治療對心血管系統(tǒng)的保護作用已經(jīng)明確，研究者建議臨床上制定個性化的限食方案以延緩限食者心血管系統(tǒng)自然及繼發(fā)性衰老，維護其相對年輕的功能。

4、限食療法與腫瘤風險

熱量限制與腫瘤關(guān)系的研究主要集中于動物實驗，目前尚缺乏相關(guān)臨床研究資料。1909年，Moreschi發(fā)現(xiàn)喂養(yǎng)不良的大鼠移植腫瘤的生長情況較正常喂養(yǎng)的大鼠差，由此揭開了限食治療可能具有抑制腫瘤生長作用的面紗。上世紀40年代至今，動物研究紛紛證實，限食可降低腫瘤易感性，阻止自發(fā)性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。一項研究小鼠一生腫瘤發(fā)病情況的研究顯示，隨意進食組小鼠腫瘤發(fā)病率為89%（雄性）和86%（雌性），而限食組雌雄小鼠腫瘤發(fā)病率均為64%；除腫瘤發(fā)病率降低之外，腫瘤發(fā)病時間亦延遲，隨意進食組小鼠在24月齡時腫瘤發(fā)病率為87%（雄性）和95%（雌性），限食組則分別為52%和39%。另外一項關(guān)于限食與乳腺癌風險關(guān)系的循證分析顯示，限食組小鼠發(fā)生乳腺癌的風險較對照組降低55%（95%CI: 0.69-0.41）。

與傳統(tǒng)熱量限制方案相似，隔日限食方案亦可抑制腫瘤生長。OF1小鼠隔日限食16周后，淋巴瘤發(fā)生率為0%，對照組為33%，因該研究采用隔日限食方案，限食組總熱量攝入與對照組基本一致，故研究者認為隔日限食對腫瘤生長的抑制作用獨立于總熱量攝取。另一項動物研究發(fā)現(xiàn)，注射二乙基亞硝胺的Wistar大鼠，隔日限食喂養(yǎng)48周，肝臟癌前病變顯著少于對照組，肝結(jié)節(jié)的數(shù)目及大小亦小于對照組。

然而，動物實驗中限食對腫瘤的作用并非均是獲益。近年，Bonorden和Buschemeyer先后報道連續(xù)限食或間斷限食對小鼠前列腺腫瘤的生長并無抑制作用，小鼠存活率無顯著延長。這可能與研究者采用的限食程度不同、動物樣本量偏少、觀察時間過短有關(guān)。這些相左的研究結(jié)果并未影響限食在腫瘤治療中的積極作用。

限食對腫瘤生長的抑制作用可能與限食后動物體內(nèi)瘦素（leptin）水平下降，脂聯(lián)素（adiponectin）水平升高，體脂含量減少，血糖水平、胰島素及胰島素樣生長因子（insulin-like growth factor, IGF-1）下降等因素有關(guān)，涉及AMPK/mTOR、AKT、P53等信號通路。由此可見，關(guān)于限食與腫瘤的關(guān)系，動物研究結(jié)果漸趨明朗，目前亟需設(shè)計合理的臨床對照試驗來明確限食對人體腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響。

除了延緩衰老，降低代謝性疾病風險，抑制自發(fā)性及誘導(dǎo)性腫瘤生長的作用外；限食療法還被證實可延緩神經(jīng)退行性病變的發(fā)生發(fā)展，降低腎臟疾病的風險，延長生殖功能，改善部分自身免疫性疾病。

四、限食療法的作用機制

限食療法使患者多方面獲益的機制尚不明確，目前主要有三種假說：抗逆性假說，氧化應(yīng)激假說和節(jié)儉假說?？鼓嫘约僬f認為，在長期熱量限制后，機體對不同類型應(yīng)激原的抵抗性增加，使得組織細胞有足夠能力對抗遺傳毒性、代謝性及氧化性損傷。氧化應(yīng)激假說強調(diào)，正常情況下細胞利用氧來生成能量時，會釋放其他一些稱作自由基的潛在毒性分子。隨著細胞衰老，機體不能再有效清除這些自由基，由此激發(fā)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致細胞損傷和衰老加劇。而熱量限制后能量利用受到限制，線粒體自由基產(chǎn)生減少，故而細胞的氧化損傷減輕。節(jié)儉假說則提示，熱量限制后體內(nèi)細胞及器官活動漸漸適應(yīng)了能量缺乏，代謝活動步伐減慢，增殖減慢，從而延遲衰老。

限食療法細胞及分子水平的作用機制在單細胞生物和嚙齒類動物中研究得較為透徹。目前一致認為，熱量限制可修飾表觀遺傳特征（DNA甲基化、組蛋白乙?；ヒ阴；?/span>miRNA），調(diào)控與細胞生長衰老相關(guān)的信號通路（mTOR、AMPK、p53、FOXO、Sirtuins）以及調(diào)節(jié)細胞間相互作用的因子如脂聯(lián)素、TNFα等。

五、限食療法的前景

限食療法在延緩衰老，改善代謝性疾病、心血管系統(tǒng)疾病、神經(jīng)退行性病變、抑制腫瘤等多方面發(fā)揮顯著效應(yīng)，展示了該療法廣闊的應(yīng)用前景。目前，一些旨在替代限食而達到熱量限制作用的藥物正處于動物試驗或前期臨床研究中，主要包括食欲抑制劑、糖酵解抑制劑、雙胍類藥物、抑制脂解的藥物、SirtuinI激動劑（白藜蘆醇）、mTOR通路抑制劑等，可望在將來應(yīng)用于臨床，在防治疾病的同時，提高患者對限食治療的依從性。