間歇性禁食與代謝相關(guān)脂肪性肝病的研究進(jìn)展

孫銘雨,辛 婧,程愛斌,吳 靜 綜述 門秀麗 審校

目前,各種飲食治療改善代謝疾病的方法受到越來越多的關(guān)注,大量文獻(xiàn)報(bào)道了各種形式飲食治療方法的益處。間歇性禁食(intermittent fasting,IF)已被提出作為一種潛在的干預(yù)手段來治療肥胖和代謝性疾病,動(dòng)物和人類試驗(yàn)的研究表明,IF在改善代謝紊亂中的作用超出了熱量限制的作用[1],IF不僅能夠減輕體質(zhì)量,改善糖脂代謝,優(yōu)化腸道微生物群、調(diào)整代謝紊亂[2-3],還在預(yù)防或治療多種慢性疾病方面展現(xiàn)出一定潛力,包括糖尿病、心血管疾病、癌癥、多發(fā)性硬化、神經(jīng)退行性腦病等[4-8]。與熱量限制不同,IF是通過平衡自由進(jìn)食和限制攝食來達(dá)到預(yù)防或改善疾病的目的,一般包括隔日禁食(alternate-day fasting,ADF)、限時(shí)禁食(time-restricted feeding, TRF)和全天禁食(whole-day fasting,WDF)。本文主要綜述IF對(duì)代謝相關(guān)脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease,MAFLD)的作用。

1 IF概述

IF是一種禁食與進(jìn)食交替進(jìn)行的飲食方案,在特定時(shí)間內(nèi)自由進(jìn)食,隨后一段時(shí)間限制能量攝入或者嚴(yán)格禁食,形成穩(wěn)定的生物節(jié)律以達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)體代謝平衡的目的。禁食的起源與西方宗教有關(guān),在我國最早的應(yīng)用可追溯到古代,“辟谷”是我國古人常用的一種養(yǎng)生方式,源自養(yǎng)生方中的“不食五谷”,即不吃五谷雜糧,以藥食等其他之物充腹,或在一定時(shí)間內(nèi)斷食以達(dá)到延年益壽的目的。目前,已有IF方案應(yīng)用于臨床,作為一種新形式的飲食限制方式取得良好效果。

1.1 IF類型目前已經(jīng)提出幾種IF方案,常見的方法包括:① ADF:即24 h自由進(jìn)食,24 h禁食或低能量攝入;② 5 ∶2飲食:即每周5 d進(jìn)食,2 d為斷食日,斷食日熱量攝入限制在500～1 000 kcal;③ 限時(shí)進(jìn)食(TRF):TRF形式多樣,目前應(yīng)用比較廣泛的主要是16 ∶8、18 ∶6進(jìn)食模式,16 ∶8即禁食16 h后進(jìn)食8 h,18 ∶6即禁食18 h后進(jìn)食6 h。另有文獻(xiàn)[9]表明隔日過午不食效果顯著,即當(dāng)日12:00-次日08:00禁食,然后恢復(fù)進(jìn)食,直到第3天中午再次禁食。

1.2 IF對(duì)機(jī)體糖脂代謝的影響

1.2.1IF對(duì)糖代謝影響 許多動(dòng)物和人體研究發(fā)現(xiàn)IF可以在多種飲食條件下降低空腹血糖和胰島素水平,同時(shí)改善葡萄糖耐量和胰島素抵抗。Sutton et al[10]首次設(shè)計(jì)了早期限時(shí)飲食(early time-restricted feeding,eTRF)實(shí)驗(yàn),糖尿病前期的男性患者被隨機(jī)分配到eTRF組(6 h自由進(jìn)食期:08:00—14:00,15:00前吃晚飯)或?qū)φ战M(12 h自由進(jìn)食期:08:00—20:00)5周。結(jié)果顯示,雖然5周的eTRF并沒有改善葡萄糖水平,但它大大降低了胰島素水平,改善了胰島素敏感性和β細(xì)胞反應(yīng)性。一項(xiàng)在非肥胖健康志愿者中進(jìn)行的TRF的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)也得出了相同的結(jié)論,證明eTRF改善了胰島素敏感性[11]。表明IF在改善胰島素敏感性方面具有一定益處。

1.2.2IF對(duì)脂質(zhì)代謝的影響 IF改善脂質(zhì)代謝的機(jī)制主要與調(diào)節(jié)脂蛋白、膽固醇和三酰甘油有關(guān),一是IF通過提高脂肪酸氧化能力和調(diào)節(jié)載脂蛋白來改善脂蛋白代謝;二是IF降低膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白的表達(dá),從而降低高密度脂蛋白的轉(zhuǎn)移[12]。Papazoglou et al[13]通過研究宗教禁食人群的血生化指標(biāo)發(fā)現(xiàn),禁食后空腹血糖、總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和三酰甘油水平顯著降低,另有兩項(xiàng)研究[14-15]也得出了類似的結(jié)論。表明IF可通過調(diào)節(jié)脂蛋白、膽固醇、三酰甘油等途徑改善機(jī)體代謝平衡。

2 MAFLD 與2型糖尿病

2型糖尿病是一種慢性代謝性疾病,其主要特征是胰島素抵抗和血糖水平升高,糖尿病肝臟損傷是2型糖尿病主要的并發(fā)癥之一,其最重要的表現(xiàn)是非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)[16]。目前普遍認(rèn)為NAFLD是起源于全身代謝功能障礙的慢性疾病,是代謝綜合征的肝臟表現(xiàn)。近年來已將NAFLD重新命名為MAFLD[17-19]。MAFLD包括一系列肝臟組織學(xué)異常,從輕度脂肪變性到脂肪性肝炎、肝纖維化和肝硬化。病理生理學(xué)機(jī)制主要與基因遺傳易感性、游離脂肪酸累積和有毒脂質(zhì)物質(zhì)的產(chǎn)生、肝應(yīng)激機(jī)制的激活、氧化應(yīng)激與線粒體功能障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、炎癥小體激活、促炎細(xì)胞的募集和活化、脂肪組織的調(diào)節(jié)、肝星狀細(xì)胞的激活、肝星狀細(xì)胞代謝的變化、游離膽固醇介導(dǎo)肝星狀細(xì)胞活化、肝細(xì)胞介導(dǎo)肝星狀細(xì)胞活化等生物過程有關(guān)[20]。

3 IF緩解MAFLD進(jìn)展的可能分子機(jī)制

3.1 IF通過調(diào)控胰島素抵抗和糖代謝緩解MAFLD流行病學(xué)上,胰島素抵抗和2型糖尿病與MAFLD密切相關(guān),被認(rèn)為是MAFLD發(fā)生發(fā)展的危險(xiǎn)因素[21]。糖尿病發(fā)生時(shí),患者糖代謝出現(xiàn)異常,過多的糖原儲(chǔ)蓄于肝臟細(xì)胞內(nèi)引起的糖基化反應(yīng),可造成肝臟微小血管功能和結(jié)構(gòu)的改變,導(dǎo)致肝臟器質(zhì)性損傷。此外,胰島素抵抗和糖代謝紊亂促進(jìn)MAFLD向代謝相關(guān)脂肪性肝炎的發(fā)展[22]。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,IF飲食改善糖代謝,并顯著改善胰島素抵抗。Liang et al[23]通過高脂飲食聯(lián)合鏈脲佐菌素注射建立了大鼠胰島素抵抗模型,以探討IF療法治療胰島素抵抗的相關(guān)機(jī)制,結(jié)果表明IF增加了葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1 (glucose transporter type 1,GLUT1)、胰島素受體底物1(insulin receptor substrate-1,IRS-1)和IRS2在大鼠脂肪組織和3T3-L1脂肪細(xì)胞中的表達(dá)。此外,IF療法顯著緩解了大鼠肝臟中的脂質(zhì)積累,通過抑制核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)炎癥小體可改善大鼠高脂肪飲食和鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的胰島素抵抗。馬瀾婧 等[24]通過研究IF對(duì)葡萄糖內(nèi)穩(wěn)態(tài)的影響發(fā)現(xiàn),小鼠IF 12周后,經(jīng)腹腔注射葡萄糖血糖上升幅度減輕,腹腔注射胰島素后血糖下降比例增加,糖耐量試驗(yàn)曲線下面積均明顯減低,表明經(jīng)過IF后胰島素敏感性增加。另有研究[25]也得出了相似的結(jié)論,對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠,IF可降低腹腔葡萄糖耐量試驗(yàn)中多點(diǎn)血糖值、血糖-時(shí)間曲線下面積、糖基化血紅蛋白水平和穩(wěn)態(tài)模型胰島素抵抗指數(shù)值。

臨床研究表明,禁食12～24 h,機(jī)體血漿葡萄糖水平、肝臟葡萄糖輸出下降≥20%[26],一項(xiàng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)旨在評(píng)估IF對(duì)肥胖和2型糖尿病成人血糖控制和身體成分的影響,研究者評(píng)價(jià)了三種不同的IF方案,即ADF、TRF、能量限制進(jìn)食,所有禁食方案都顯示出強(qiáng)有力的證據(jù)支持IF作為一種可行的飲食模式,可以在 12～24 周內(nèi)改善血糖和身體成分[27]。

目前尚沒有直接的研究證明IF通過調(diào)控胰島素抵抗和糖代謝緩解MAFLD,綜上可推測(cè),IF通過改善胰島素抵抗和糖代謝等MAFLD發(fā)生發(fā)展的危險(xiǎn)因素來緩解MAFLD進(jìn)程。

3.2 IF通過調(diào)控脂代謝改善MAFLD當(dāng)肝臟從外周循環(huán)和新生脂肪生成中攝取脂肪酸和三酰甘油過多,超過脂肪酸β氧化極限和極低密度脂蛋白飽和輸出速率時(shí),就會(huì)產(chǎn)生MAFLD。紊亂的脂質(zhì)代謝也與MAFLD從脂肪變性進(jìn)展為脂肪性肝炎有關(guān),是MAFLD進(jìn)展的危險(xiǎn)因素之一[28]。

IF通過減少脂肪酸的攝取和合成以及增加脂肪酸的分解代謝來減輕脂質(zhì)沉積,從而緩解MAFLD進(jìn)程。有研究[29-30}]表明,IF小鼠表現(xiàn)出明顯的體質(zhì)量減輕,改善了MAFLD組肝臟組織中FAS和過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator activated receptor alpha, PPARα)基因的異常表達(dá),其脂質(zhì)代謝顯著改善。鄧亞 等[25]研究發(fā)現(xiàn)IF降低了肥胖小鼠血漿中總膽固醇、三酰甘油和低密度脂蛋白的濃度,升高高密度脂蛋白的濃度,減輕肝臟脂肪變性的嚴(yán)重程度,下調(diào)肝臟中涉及脂質(zhì)合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、分解相關(guān)基因的表達(dá)。此外,載脂蛋白A是高密度脂蛋白的前體,研究[31]表明,IF可能增加肝臟中載脂蛋白A(apoli poprotein A,apo A)和載脂蛋白B(apoli poprotein B,apo B)的產(chǎn)生,通過apo A的產(chǎn)生,血清高密度脂蛋白增加,從而間接緩解MAFLD。

多項(xiàng)臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)了IF可以改善全身脂質(zhì)代謝并減輕體質(zhì)量,Ezpeleta et al[32]研究了ADF聯(lián)合有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)MAFLD成人肝臟脂肪變性的影響,3個(gè)月后,聯(lián)合治療顯著降低了肝臟脂肪變性、體質(zhì)量、脂肪質(zhì)量、腰圍和谷丙轉(zhuǎn)氨酶水平,并增加了胰島素敏感性。最新的一項(xiàng)研究旨在探討限時(shí)飲食和熱量限制對(duì)MAFLD患者體內(nèi)三酰甘油含量和代謝風(fēng)險(xiǎn)因素的影響, 該研究[33]表明,在MAFLD肥胖患者中,限時(shí)飲食可顯著降低其肝內(nèi)脂肪含量和代謝風(fēng)險(xiǎn)因素。

上述研究表明,IF過程中代謝相關(guān)基因表達(dá)的改變和脂肪酸氧化增強(qiáng)在改善脂質(zhì)代謝和降低脂質(zhì)水平方面具有重要作用,這可能是延緩MAFLD進(jìn)展的關(guān)鍵因素。

3.3 IF通過線粒體途徑緩解MAFLD線粒體是維持生命活動(dòng)的多功能細(xì)胞器,人體90%的ATP是由線粒體中的氧化磷酸化產(chǎn)生的,而產(chǎn)生ATP所需要的能量由線粒體氧化體系提供,肝臟線粒體的主要作用是通過氧化包括氨基酸、丙酮酸和脂肪酸在內(nèi)的底物來產(chǎn)生能量。肝臟線粒體功能障礙在MAFLD發(fā)病機(jī)制中起核心作用,其中線粒體功能受損被認(rèn)為是MAFLD的標(biāo)志[34]。有研究[35]表明,MAFLD患者肝組織呼吸鏈復(fù)合體的活性降低,這種機(jī)制障礙與血清腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、胰島素抵抗和身體質(zhì)量指數(shù)值相關(guān)。同時(shí)在對(duì)ob/ob糖尿病小鼠的研究中發(fā)現(xiàn),ob/ob小鼠存在線粒體呼吸鏈功能障礙和肝臟損傷[36]。

然而,肝臟線粒體如何參與IF介導(dǎo)的代謝改變目前尚不十分清楚, 研究[34]表明,IF期間肝臟線粒體在糖異生中起著關(guān)鍵作用,糖異生將不同的碳前體(丙氨酸、丙酮酸、乳酸)轉(zhuǎn)化為葡萄糖以供能。研究[37]顯示,ADF通過抑制線粒體復(fù)合物Ⅱ活性促進(jìn)肝臟代謝重編程,這表明肝臟中特定的線粒體異?？梢约せ畲鷥斖緩揭愿纳迫斫】?。另有研究[38]表明,IF促進(jìn)了肝臟線粒體生物能量特征的變化,使氧化磷酸化效率和能力整體降低,可能對(duì)肝臟能量代謝產(chǎn)生生理影響。

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (nicotinamide adenine dinucleotide,NAD) 是一種對(duì)新陳代謝和 ATP 產(chǎn)生至關(guān)重要的輔酶,NAD依賴性脫乙酰酶sirtuin3(SIRT3)位于線粒體,調(diào)節(jié)參與線粒體代謝和體內(nèi)平衡的線粒體蛋白的乙酰化水平。Fu et al[39]研究發(fā)現(xiàn)SLC25A51線粒體NAD轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是肝臟SIRT3功能所需的禁食誘導(dǎo)基因。在禁食期間,需要增加SLC25A51表達(dá)才能增強(qiáng)線粒體NAD攝取以維持SIRT3活性,此外,SLC25A51在肝細(xì)胞中的表達(dá)下調(diào)降低了線粒體NAD水平和SIRT3活性,肝臟中SLC25A51表達(dá)降低的小鼠表現(xiàn)出肝臟線粒體NAD水平降低,肝臟脂肪變性和高三酰甘油血癥。

綜上所述,肝臟線粒體參與IF介導(dǎo)的代謝改變目前雖不明確,據(jù)文獻(xiàn)推測(cè)IF可以通過調(diào)節(jié)線粒體能量代謝過程等不同的途徑調(diào)節(jié)線粒體功能,進(jìn)而改善MAFLD。

3.4 IF通過影響自噬改善MAFLD自噬是吞噬自身細(xì)胞質(zhì)蛋白或細(xì)胞器使其包被進(jìn)入囊泡,并與溶酶體融合形成自噬溶酶體,降解其所包裹的內(nèi)容物的過程,借此實(shí)現(xiàn)細(xì)胞本身的代謝需要和某些細(xì)胞器的更新[40]。肝臟自噬為饑餓的細(xì)胞提供氨基酸、葡萄糖和游離脂肪酸,用于能量生產(chǎn)和大分子的合成,還控制線粒體等細(xì)胞器的質(zhì)量和數(shù)量,并通過一系列轉(zhuǎn)錄因子控制的特定產(chǎn)物的選擇性周轉(zhuǎn),有助于維持基本的肝臟功能,包括糖原分解、糖異生和脂肪酸β氧化等[41]。

自噬功能與MAFLD的發(fā)病機(jī)制高度相關(guān),包括巨自噬調(diào)節(jié)細(xì)胞胰島素敏感性,代謝細(xì)胞脂質(zhì)儲(chǔ)存,介導(dǎo)肝細(xì)胞對(duì)氧化劑和細(xì)胞因子等有害刺激的抵抗以及防止先天免疫反應(yīng)的過度激活的能力,調(diào)節(jié)自噬已成為治療MAFLD的潛在靶點(diǎn)[42]。盡管 IF 激活MAFLD中自噬的分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究,但已證實(shí) IF 介導(dǎo)的自噬激活是一種有效的針對(duì)MAFLD的保護(hù)策略。研究[43]表明,恩格列凈通過激活自噬、減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞凋亡來減輕高脂肪飲食喂養(yǎng)ApoE小鼠中的非酒精性脂肪肝病。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,IF會(huì)激活小鼠肝臟中的自噬標(biāo)志物mTOR、LC3B[44]。Byun et al[45]研究發(fā)現(xiàn)禁食誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-21(fibroblast growth factor-21,FGF-21)通過Jumonji-D3(JMJD3 / KDM6B)組蛋白去甲基化酶激活肝臟自噬和脂質(zhì)降解,在MAFLD患者中,JMJD3、ATG7、LC3和ULK1在肝臟中表達(dá)顯著降低。

自噬與糖脂代謝聯(lián)系密切,為線粒體脂肪酸β氧化和ATP產(chǎn)生提供游離脂肪酸,在營(yíng)養(yǎng)缺乏期間維持能量平衡起著關(guān)鍵作用[46]。此外,IF可恢復(fù)胰島中的自噬通量,并通過增強(qiáng)葡萄糖刺激的胰島素分泌、β 細(xì)胞存活和胰腺再生標(biāo)志物 NEUROG3 的核表達(dá)來改善葡萄糖耐量[47]。

綜上所述,線粒體自噬已被證明與MAFLD有關(guān),通過線粒體自噬去除受損線粒體被認(rèn)為是長(zhǎng)期MAFLD發(fā)展中的保護(hù)機(jī)制,然而IF在肝臟線粒體自噬方面相關(guān)機(jī)制目前尚不明確。除了上述潛在機(jī)制外,另有文獻(xiàn)[48]報(bào)道,IF在調(diào)節(jié)炎癥、氧化應(yīng)激、細(xì)胞死亡等方面也起著至關(guān)重要的作用,短期強(qiáng)化禁食可以通過改善中性粒細(xì)胞功能、增加細(xì)胞因子分泌、上調(diào)自噬和下調(diào)細(xì)胞凋亡來重塑人類先天免疫,但其與MAFLD發(fā)生發(fā)展的具體機(jī)制還有待于進(jìn)一步探討。

4 各種IF方案的比較

ADF是目前研究最多,最為流行,也最具代表性的IF方案,由于人體的代謝生理需要,完全意義上的ADF方案僅適用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn),一種改良后的ADF方案應(yīng)用于臨床實(shí)踐,即1 d內(nèi)自由進(jìn)食,隨后禁食日滿足自由進(jìn)食日25%的能量需求。Trepanowski et al[49]探究ADF對(duì)肥胖成人減肥的影響,短期研究結(jié)果表明,參與者在隔日禁食3～7個(gè)月后體質(zhì)量減輕了2%～3%,血脂、血壓和胰島素敏感性有所改善;長(zhǎng)期研究結(jié)果表明,與熱量限制相比,ADF并沒有產(chǎn)生更好的依從性、減輕體質(zhì)量作用。

TRE相比而言更受推崇,在T2MD患者中,TRE方案更方便、更安全,因?yàn)榛颊呙刻於紩?huì)進(jìn)食,且禁食時(shí)間不足以顯著增加低血糖風(fēng)險(xiǎn)。TRE的療效受進(jìn)食時(shí)間窗的影響,早期eTRF和中午TRF(midday TRF,mTRF,食物攝入量限制在一天的中午)都被證明具有代謝益處,eTRF在改善胰島素敏感性方面比mTRF更有效[11]。

一項(xiàng)試點(diǎn)研究旨在評(píng)價(jià)IF 5 ∶2改良版計(jì)劃(禁食日滿足日常30%的能量需求,非禁食日滿足日常70%的能量需求)對(duì)中國超重或肥胖患者的療效,結(jié)果表明,IF 5 ∶2改良版計(jì)劃在中國超重或肥胖患者中短期內(nèi)比每日熱量限制更有效地減輕體質(zhì)量,但仍需要進(jìn)行更長(zhǎng)期的前瞻性隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)[50]。

綜上可知,各種 IF 方案均表現(xiàn)出對(duì)代謝有益的積極影響,然而,不論采取何種禁食方式,都要注意蛋白質(zhì)、水分、維生素和礦物質(zhì)的合理攝入,以免機(jī)體出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不良等情況。