引言
生酮饮食作为当下最为流行的饮食方式之一，受到了媒体的广泛关注，而且健康效用也是被讨论得沸沸扬扬，诸如减肥、抗癌、降低血脂、血压和血糖等等，让很多讲究养生的人眼睛一亮，但也收到不少反对的声音。2017年9月5日，来自美国加利福尼亚诺瓦托Buck Institute of Research on Aging的研究人员发表在期刊《Cell metabolism》的研究发现，生酮-正常交叉饮食可延长衰老小鼠的寿命并显著改善衰老小鼠的记忆。下面就请跟随极养君来深挖一下这项研究的细节吧！不过首先要说明的是，这只是个小鼠的实验，不要直接上纲上线到人的身上啊！
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授权方可转载
撰写｜Dandi B.S.
校稿｜Haoran PHD 编审｜Xinyin PHD, RD
设计｜Fay
文章纲要
生酮饮食与β-羟丁酸
生酮-正常交叉饮食可降低实验小鼠的中年死亡率
生酮-正常交叉饮食对记忆与身体能力的影响
生酮饮食对基因表达的影响
专家视点与未来展望
生酮饮食与β-羟丁酸
生酮饮食Ketogenic diet，KD
生酮饮食是一种高脂肪、极低碳水的饮食方式。这种饮食方式可以引起某些通常在饮食限制的情况下才会产生的新陈代谢现象，通过摄入极少的碳水化合物，身体更加依赖肝脏代谢脂肪酸产生的能量，并迫使分解脂肪产生的酮体代替葡萄糖成为脑部主要的能量来源。而交叉饮食，则是一段时间生酮饮食，一段时间正常饮食交替的模式。
β-羟丁酸 beta-hydroxybutyrate，BHB
BHB是一种源于人体肝脏代谢脂肪的产物，主要在间歇性断食或饮食限制期间代替葡萄糖提供能源。BHB涉及体内多条信号通路，如炎症、表观遗传等，进一步的功能分析揭露，BHB很有可能可以通过控制炎症和影响基因表达延长寿命[2,3]，延缓记忆衰退。
生酮饮食与BHB
而上文提及的生酮饮食，就是可以显著提高体内BHB浓度的一类饮食（而不影响血糖水平）[1]。本次研究发现，当小鼠以植物性脂肪作为主要的脂肪来源，并保持其它饮食因素一致时，随着碳水化合物摄入比例的减少，血浆中的BHB浓度逐渐增加，并在零碳水摄入时达到最高值（图1）。
生酮饮食可降低实验小鼠的中年死亡率
实验设计
实验在蛋白质供能比例保持不变的前提下，设计了三种宏量营养素比例不同的饮食（图2）：
以碳水化合物为主的正常饮食（Control，正常饮食组）；
以脂肪为主，碳水化合物（15%热量）为辅的高脂肪饮食（High-fat，HF，高脂肪饮食组）；
以脂肪为主，零碳水化合物的生酮饮食（KD，生酮饮食组）。
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这几种饮食的宏量营养素配比都是比较极端的，对照组碳水化合物超过了75%，对于老鼠来说是正常的饮食，对于人来说就已经超过了一般建议的宏量营养素比例范围了。这里的生酮饮食完全没有碳水化合物，在实际生活中也是不大可能的。所以，大家在理解这篇文章得出的结果时，要考虑到这些因素，还是那一句，不要直接代入到人身上！
但是，研究人员在针对这三类饮食进行初步分析后，发现生酮饮食和高脂肪饮食均会导致肥胖，而相对地，交叉饮食（即一周正常饮食，一周生酮饮食或高脂肪饮食）则可以维持正常的体重（图3）。与持续的生酮饮食相比，BHB水平在“生酮-正常”交叉饮食下更高。因此，为了更加清晰地研究生酮饮食与长寿和健康的关系，交叉饮食似乎是一个更好的饮食模式选择—①不导致肥胖；②BHB水平更高。为此，实验人员将上述三种饮食以五种不同的组合方式持续喂养了一岁（中年）的实验小鼠两年，喂养方式分别为：实验人员将这三种饮食以五种不同的组合方式持续喂养了一岁（中年）的实验小鼠两年，喂养方式分别为：
持续喂养正常饮食（Control）
持续喂养生酮饮食（KD）
持续喂养高脂肪饮食（HF）
每周变换生酮饮食，正常饮食的交叉喂养（Cyclic KD，生酮饮食交叉组）
每周变换高脂肪饮食，正常饮食的交叉喂养（Cyclic HF，高脂肪饮食交叉组）
热量摄入和体重变化分析
两年的喂食后，生酮饮食组与高脂肪饮食组的实验小鼠实验期间平均每日摄入的卡路里相近，并都大于正常饮食或交叉饮食的小鼠，而两种交叉饮食的小鼠平均每日摄入的卡路里与正常饮食相近。高脂肪饮食组的实验小鼠体重显著大于生酮饮食组，高脂肪饮食交叉组的体重也显著大于生酮交叉饮食组（图3）。
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注意，此文中小鼠长期持续的生酮饮食与高脂饮食对体重并无益处。交互饮食组与对照饮食相比也并不能减重。至少在这个鼠模型中，用生酮饮食并不能达到减肥的目的。
寿命与中年死亡率分析
尽管生酮交叉饮食组、高脂肪饮食交叉组与正常饮食组小鼠的最长寿命并无显著差别，但与正常饮食组小鼠相比，生酮饮食交叉组和高脂肪饮食交叉组小鼠的中年死亡率显著下降。在小鼠寿命到达30月之前，生酮交叉饮食组小鼠的每日死亡率显著小于高脂肪饮食交叉组，并且均小于正常饮食组。虽然完全生酮饮食组与高脂肪饮食组小鼠的肥胖率和死亡率都很高，但生酮饮食组的中年死亡率仍显著小于高脂肪饮食组。
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划重点~~长期持续的生酮或高脂肪饮食并没有降低中年死亡率，有效的只有交叉饮食组，而生酮饮食交叉组的效果最好。
生酮饮食对记忆与身体能力的影响
实验设计
如图4所示：将实验小鼠喂养正常饮食至12月大之后，实验人员在小鼠12-14月大的期间测试了中年小鼠记忆能力及身体能力。随后，实验小鼠被随机平均分配到生酮饮食交叉组与正常饮食组，并分别在其22-24月与28-30月大的期间测试了小鼠的记忆能力和身体能力。在22-24个月的测量期间，小鼠的饮食有从正常饮食→生酮饮食→正常饮食的变化；而在28-30个月的测量期间，小鼠的饮食保持在正常饮食（测量之前为生酮饮食）（详见下图黑色框内）。
记忆和身体能力分析
虽然所有小鼠的记忆与身体能力随着其年龄增长都伴随着衰退，在22-24个月的测量中（上图中的“年长检测”），生酮饮食交叉组的小鼠的记忆和身体衰退程度都显著低于正常饮食组。即使此期间，生酮饮食交叉组的小鼠改为了正常饮食（从上图的红色变为蓝色），但生酮交叉饮食对记忆和身体能力的强化能力仍然持续着。在28-30个月的测量中，生酮饮食交叉组（注意测量时，已由生酮饮食改为正常饮食）的记忆力也依然低于正常饮食组。本文的第一作者John Newman，MD，PhD表示，“这些证据暗示着生酮交叉饮食对这些小鼠脑部产生的影响使它们更能抵御衰老带来的影响。”[5]
生酮饮食对基因表达的影响
实验设计
生酮饮食及BHB对基因表达均有广泛影响，通过分析基因表达的变化，有可能会找出上述生酮饮食健康效应的根源所在。因此，研究人员利用qPCR和RNA-seq（RNA sequencing，RNA测序）分析了不同基因转录的改变，同时进行基因本体（Gene Ontology，GO）途径分析，揭露受到影响的各条代谢途径。注意：这三种方法都是目前最流行的分析基因表达变化的方法。
生酮饮食 vs 高脂肪饮食
首先，研究人员对比了正常饮食、生酮饮食与高脂肪饮食对于基因表达的影响，结果概括如下（图5）：
qPCR分析｜生酮饮食大大激活了一系列调控禁食的基因（fasting-regulated genes）的表达，同时抑制了控制脂肪合成的基因的表达。这表明，生酮饮食在模拟禁食的一些分子特征！
RNA-seq分析｜在被下调（受到抑制）的基因中，生酮饮食和高脂肪饮食共享了大约50%的基因，而在上调（得到激活）的基因中，生酮饮食与高脂肪饮食大相径庭！这一点揭露了这两类饮食如何从分子水平上产生不同的影响，即使两类饮食中的脂肪含量都比正常饮食来的高。
GO途径分析｜生酮饮食和高脂肪饮食均显著下调了肝脏内三条代谢途径：①抑制葡萄糖代谢及胰岛素／IGF信号通路；②抑制脂肪酸合成；③抑制TOR活性和核糖体蛋白表达。这一点与上述RNA-seq的结论一致。而在上调的代谢途径中，两类饮食则没有共同点，生酮饮食①激活了脂肪酸氧化相关的蛋白（促进脂肪酸的分解）；②活化线粒体内的蛋白质（增加细胞的代谢/呼吸）；③活化转录因子PPAR及其目标基因，尤其是PPARα（降低甘油三酯水平，维持能量内稳态）；④激活了肿瘤抑制因子p53和p21（抵制肿瘤的发生）。而这些上调途径均没有被高脂肪饮食显著影响到！
小科普 >>>
PPARs（peroxisomeproliferator activated receptor）是指我们身体细胞内的“细胞核核内荷尔蒙受体族群”(nuclear hormone receptor superfamily)，此一族群是会受到某些配体（ligand）的活化而启动，并与部份标的基因的启动因子（promoter）结合而影响基因的表现。细胞的许多功能都需要细胞核内接受器活化后才能启动，而PPARs便是为促进人体细胞活化的开关锁匙，但这个锁匙必须要由活性剂来启动，开启细胞的功能。PPARs这超级大家族常被人们研究的共有三种型态，分别是α、β/δ和γ并分布于不同的身体组织上表现且反应不同的生理功能。PPARα主要是调控脂肪代谢及炎症反应。
正常饮食 vs 生酮交叉饮食
随后，研究人员又对比了正常饮食与生酮交叉饮食对于基因表达的影响，结果发现，在上述3条下调的主要代谢途径中，只有“抑制TOR活性”现象最为显著；而在上述4条上调的主要代谢途径中，“PPARα激活”现象最为显著。
基因表达分析总结
综上所述，基因表达分析揭露了很多生酮饮食与高脂肪饮食（低糖）引起的共同代谢变化，而这些变化与寿命均息息相关，例如抑制胰岛素／IGF信号通路和TOR活性。但是，生酮饮食也有其独特的一面，尤其是PPARα的激活，这些都模拟了禁食所引起的分子水平的变化，使身体能更加有效的代谢脂肪，并将这种效果一直维持到老年。
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但是，因为只有生酮饮食交叉组而非持续生酮饮食组在死亡率的性状上表现出了优越性，而且对于认知能力的对比也是在生酮饮食交叉组与对照组中进行的，是不是只有在生酮饮食交叉组发生改变而非在持续生酮饮食组中发生改变的通路才是最关键的呢？这是一个值得继续研究的问题。
专家视点和未来展望
Buck Institute for Research on Aging的现任主席及首席执行官Eric Verdin表示，这项研究也许可以为改善年龄造成的认知障碍开辟一条新的思路。同时，他也提醒，这项实验中，生酮饮食的影响是在实验室中对小鼠饮食的彻底控制而实现的，若换到人类身上，则最好在尝试之前先去询问专业人士。“运动也可以产生酮体，也许这就是为什么酮体会对大脑和身体有积极影响的原因之一。”他说。
■■ 极养视点
根据此文，生酮-正常交叉饮食对于减少小鼠中年死亡率、延缓年龄增长所带来的记忆与身体能力的衰退有积极的影响，但是普通的持续生酮或高脂饮食却没有相似的好处！也并没发现这些饮食方式与对照饮食相比有控制体重的作用。
饮食中碳水化合物的能量比例越少，小鼠血液中的BHB含量越多。不过生酮-正常交叉饮食反而比持续生酮饮食更能提高BHB的水平。而有证据显示，BHB的增加有利于寿命的延长，但具体机理尚待进一步阐明。
生酮饮食对基因造成的影响（尤其是①胰岛素／IGF信号通路及②TOR活性的抑制和③PPARα的激活）更可以使身体更有效的代谢脂肪，模拟禁食的健康效应，这些可能是对长寿有着积极的作用机制。
究竟生酮-正常交叉饮食如何延长寿命和提高认知？为什么持续的生酮饮食没有相似的作用？是通过BHB来实现的吗？PPARα的激活是否需要由BHB来介导？这些问题都将是后续研究的核心，将为我们进一步了解生酮饮食对于机体的影响提供更加科学的证据。
生酮饮食的临床应用还有诸多未知之处，尤其是长期安全性未明，请向专业人士咨询使用建议。本文不能直接套用于临床干预上，更多的是为未来的临床干预实验提供新的思路。说生酮饮食或者生酮-正常交叉饮食优于正常的饮食模式为时过早！
■■ 参考文献
[1] Newman, J.C., and Verdin, E. (2014). Ketone bodies as signaling metabolites. Trends Endocrinol. Metab. 25, 42–52.
[2] Xie, Z., Zhang, D., Chung, D., Tang, Z., Huang, H., Dai, L., Qi, S., Li, J., Colak, G., Chen, Y., et al. (2016). Metabolic regulation of gene expression by histone lysine b-hydroxybutyrylation. Mol. Cell 62, 194–206.
[3] Youm, Y.H., Nguyen, K.Y., Grant, R.W., Goldberg, E.L., Bodogai, M., Kim, D., D’Agostino, D., Planavsky, N., Lupfer, C., Kanneganti, T.D., et al. (2015). The ketone metabolite b-hydroxybutyrate blocks NLRP3 inflammasome-mediated inflammatory disease. Nat. Med. 21, 263–269.
[4] Newman, J, Covarrubias, A. , Zhao, M., Huang,Y., Haldar,S.,Verdin, E., et al.(2017). Ketogenic Diet Reduces Midlife Mortality and Improves Memory in Aging Mice. Cell Metabolism, Volume 26, Issue 3, p547–557.
[5] Ketogenic Diet Improves Healthspan And Memory in Aging Mice. Link: http://www.sciencenewsline.com/news/2017090517530006.html
