CellMetabol：揭秘低蛋白饮食重编程机体代谢的分子机制

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2021年6月18日 讯 /生物谷BIOON/ --低蛋白饮食能够促进啮齿类动物和人类机体的代谢健康，而且通过减少三种直链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸）的膳食水平还能再现低蛋白饮食给机体健康所带来的好处。早在2014年，研究人员就通过对小鼠进行研究观察其对几十种受控饮食所产生的反应，其中有一件事情引起了研究人员的注意，即喂食最低水平蛋白的小鼠往往是最健康的，这一点让研究人员觉得非常有趣，因为其似乎与人们所得到的的许多健康信息相违背；从那时候开始，科学家们就一直在研究试图回答为何低蛋白饮食会让动物变得更加健康？

图片来源：https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(21)00166-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1550413121001662%3Fshowall%3Dtrue

近日，一篇发表在国际杂志Cell metabolism上题为“The adverse metabolic effects of branched-chain amino acids are mediated by isoleucine and valine”的研究报告中，来自威斯康星大学麦迪逊分校等机构的科学家们通过研究揭示了低蛋白饮食重编程机体代谢的分子机制。文章中，研究人员在动物模型和人类机体中发现了一种特殊的模式，即饮食中富含上述三种直链氨基酸（BCAAs）或与糖尿病、肥胖和其它代谢性疾病发生直接相关；相反，饮食中BCAAs的水平较低则能帮助对抗这些代谢性疾病，甚至能延长啮齿类动物的健康寿命。

目前研究人员并不是完全清楚BCAAs调节控制机体代谢的分子机制，尽管限制BCAAs的摄入似乎能促进机体更快的代谢以及实现更健康的血糖控制；而且由于人类饮食相关研究的巨大复杂性，限制BCAAs对人类机体健康的全部影响，目前研究人员并不清楚。然而本文研究中，研究人员提供了一种方法来分析人们所摄入的饮食对机体健康的影响，研究结果表明，即使动物摄入了相同或者更多的卡路里，低蛋白饮食依然能够重编程机体的代谢。如今科学家们越来越意识到，卡路里并不仅仅是热量，即其含义并不仅仅是其所含的卡路里的含量，有研究表明，蛋白质的热量似乎与其它热量并不相同。

关于卡路里限制和蛋白质限制给机体健康所带来的好处的科学证据可以追溯到近一个世纪以前，而且该研究领域近几年才有所发展；2009年研究人员通过研究发现，长期的卡路里限制饮食会让猕猴的寿命更长，而对其它动物进行的研究也能得到类似的结果。蛋白质限制饮食的宣传较少，但有研究证据表明，卡路里限制的好处可以通过限制蛋白质的摄入来实现，即使动物想吃多少就吃多少，这些好处似乎仍然会存在。今年早些时候，研究人员重点研究了饮食中支链氨基酸限制对机体健康所产生的影响，BCAAs构成了9种必要氨基酸中的3种，人类机体无法制造这些氨基酸，且必须通过食物获取。

随后研究人员对小鼠进行了研究，即让小鼠摄入仅有正常水平三分之一的BCAAs的饮食方式，但这并不是一种卡路里限制的饮食模式，测试动物想吃多少就吃多少。他们发现，终身摄入这种饮食的小鼠平均寿命会延长大约30%，大约能延长8个月时间。研究人员并不清楚雌性小鼠为何并不会因此而获益，尽管其它研究结果表明，雌性小鼠可能需要稍微不同的饮食来观察减少BCAAs摄入后所产生的健康益处。研究者Lamming表示，研究结果所产生的性别差异让我们觉得不可思议，几乎过去所有的研究都是在雄性小鼠机体中进行的，同时研究者还指出了在所有性别研究中的重要性。

尽管如此，雄性小鼠还表现出了mTOR生化通路活性的降低，mTOR通路会被BCAAs所激活，很多实验结果表明，减少mTOR火星的疗法似乎更趋向于改善机体的代谢健康并增加机体的寿命。在另一篇研究报告中，研究人员进行了更为深入的研究，他们想知道是否亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸这三种BCAAs能在机体中发挥独特的作用，或者其是否能发挥类似的作用。结果发现，限制异亮氨酸的摄入所产生的作用是最有力的，而喂食含有较低水平异亮氨酸的小鼠会更瘦且能表现出更为健康的血糖代谢情况；而饮食中限制缬氨酸的小鼠则会表现出类似的益处，但水平相对较弱；饮食中限制亮氨酸的小鼠并未表现出任何益处，甚至会给小鼠带来有害的影响。

为了研究者三种BCAAs影响机体肥胖的机制，研究人员给小鼠提供了一种所谓的西方饮食，其富含脂肪和糖类，进行了数月的西方饮食后，小鼠变得肥胖了。当研究人员开始给这些肥胖小鼠喂食含有较低水平异亮氨酸的西方饮食时，这些小鼠就开始摄入更多的食物，但其体重下降了；体重下降或许是由机体较快的代谢所引起的，即当机体处于静息状态下时会燃烧更多的卡路里。当谈到人类健康时，研究人员分析了来自威斯康星州健康调查计划中所有参与者的饮食日记和体重数据。通过计算每个人所摄入的氨基酸的水平，研究者发现，异亮氨酸摄入水平的增加与较高的BMI直接相关。

异亮氨酸或缬氨酸的饮食限制（并非亮氨酸）或能改善机体的代谢健康。

图片来源：Deyang Yu，et al. Cell metabolism (2021). DOI:10.1016/j.cmet.2021.03.025

研究者Lamming意识到该研究结果或许是违反直觉的，因为很多现代饮食都建议增加蛋白质的摄入，而并非去限制蛋白质的摄入；蛋白质能促进机体的饱腹感，同时还能帮助控制日常卡路里的摄入；但对于正在建设和修复肌肉的运动员而言，这些必须氨基酸确实是必不可少的。由于大多数的美国人群都处于超重状态，且很多人都久坐不动，为此研究人员认为，人们非常有必要重新思考其饮食模式了，人类总体上不太擅长长期坚持卡路里限制的饮食模式；然而来自动物模型的研究证据表明，低蛋白饮食或能通过重编程机体代谢有助于减少机体脂肪含量，即使是在正常卡路里摄入的情况下亦是如此。

目前还有很多问题需要科学家们去解决，尤其是围绕人类低蛋白饮食上，研究人员认为，在啮齿类动物机体中进行的长期受控饮食研究无法在人类机体中进行，为此他们还需要深入研究探索在小规模人群进行进行低BCAAs饮食模式研究的可行性。即使开发一种现实的低BCAAs饮食模式也是非常困难的，素食饮食中BCAAs的含量往往较低，而动物蛋白含量却很高，但后期研究人员还需要进行更多相关的营养学研究，尤其是创造一种含有较低异亮氨酸的饮食模式；美国人通常所摄入的蛋白质远远超过其机体所需量，所以改变其饮食习惯就会显得尤为困难。

如今研究人员表示，我们所摄入的饮食成分对机体健康跨度和长寿非常重要，目前研究人员正在寻找一种人们可以不用限制卡路里的情况下所坚持的饮食模式，这或许能够使得他们更加长寿和健康。综上，本文研究结果表明，异亮氨酸或能作为机体代谢健康以及对饮食中BCAAs产生不良代谢反应的关键调节子，减少饮食中异亮氨酸的水平或有望帮助治疗并预防人类肥胖和糖尿病的发生。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Deyang Yu，Nicole E. Richardson，Cara L. Green, et al. The adverse metabolic effects of branched-chain amino acids are mediated by isoleucine and valine, Cell metabolism (2021). DOI:10.1016/j.cmet.2021.03.025

Samantha M. Solon-Biet,Aisling C. McMahon,J. William O. Ballard, et al. The Ratio of Macronutrients, Not Caloric Intake, Dictates Cardiometabolic Health, Aging, and Longevity in Ad Libitum-Fed Mice,Cell metabolism (2014). DOI: 10.1016/j.cmet.2014.02.009