熱量限制（CR）作為一種非藥物飲食干預(yù)方式，能在多種生物中促進健康、延長壽命，其通過引發(fā)一系列代謝變化發(fā)揮作用，但具體是哪些代謝物改變帶來這些生理益處尚不明確。AMP激活的蛋白激酶（AMPK）在CR的有益效應(yīng)中起關(guān)鍵作用，是尋找熱量限制模擬物（CRMs）的重要靶點。本研究旨在通過代謝組學(xué)分析找出CR過程中豐度變化的代謝物，并確定其功能，探究是否存在特定代謝物能模擬CR的效果。

一、研究方法

1、細胞實驗：用 CR 處理 4 個月的小鼠血清（CR 血清）處理小鼠胚胎成纖維細胞（MEFs）、HEK293T 細胞、原代肝細胞和原代肌細胞，通過免疫印跡檢測 AMPK 激活情況；對 CR 血清進行熱處理、透析或通過 Lipidex 柱處理，觀察對 AMPK 激活能力的影響；篩選 CR 后增加的極性代謝物，測試其激活 AMPK 的能力。

2、動物實驗：對小鼠進行 CR、禁食和心臟毒素處理；通過灌胃給予小鼠不同處理的糞便進行糞便微生物群移植實驗；用 (2-羥丙基)-β-環(huán)糊精包被的 LCA 處理小鼠，檢測 LCA 在血清和組織中的濃度、AMPK 激活情況、衰老相關(guān)表型變化；以線蟲和果蠅為模型，研究 LCA 對其壽命和健康壽命的影響。

檢測方法：運用多種質(zhì)譜技術(shù)分析血清、組織和細胞中的代謝物；通過免疫印跡檢測蛋白表達和磷酸化水平；采用定量磁共振測量小鼠身體成分；利用代謝籠系統(tǒng)測定小鼠能量消耗；通過組織學(xué)染色和免疫組化觀察組織形態(tài)和蛋白表達；使用qPCR 檢測mRNA水平；運用透射電子顯微鏡觀察線粒體形態(tài)等。

二、研究結(jié)果

圖1：CR 處理小鼠的血清可在細胞和小鼠中激活 AMPK

1.1圖1a – 1d：用 CR 血清處理 MEFs、HEK293T 細胞、原代肝細胞和原代肌細胞4小時后，通過免疫印跡檢測pAMPKα和pACC 水平，發(fā)現(xiàn) CR 血清能激活這些細胞中的 AMPK，表明 CR 血清可在細胞水平模擬 CR 的部分效果。

1.2圖1e – 1f：給自由進食的小鼠灌注 CR 血清2小時后，檢測肝臟和肌肉組織中 AMPK 的激活情況，結(jié)果顯示 CR 血清能在小鼠體內(nèi)激活 AMPK，證明其在機體層面也具有激活 AMPK 的能力。

1.3圖1g – 1i：對 CR 血清進行不同處理后發(fā)現(xiàn)，熱處理后的 CR 血清仍能激活 AMPK，而透析后的 CR 血清失去該能力，且通過 Lipidex 柱處理后，洗脫部分雖仍可激活 AMPK 但能力降低，說明 CR 血清中熱穩(wěn)定、低分子量的極性代謝物介導(dǎo)了 AMPK 的激活，且非極性化合物和脂質(zhì)可能不參與此過程。

圖 2：LCA 在 CR 后增加并負責(zé)激活 AMPK

2.1圖2a：用 1μM LCA處理MEFs 4 小時，測定 AMPK 活性和細胞內(nèi) LCA 濃度，結(jié)果表明 LCA 是 CR 血清中激活 AMPK 的因子，且處理后細胞內(nèi) LCA 濃度與 CR 小鼠組織中的濃度相似。

2.2圖2b – 2d：代謝組學(xué)分析顯示，CR 處理 4 個月的小鼠血清和肌肉中 LCA 濃度在不同時間點和 CR 持續(xù)時間內(nèi)均顯著增加。

2.3圖2e：用 1μM LCA 或其衍生物處理 MEFs 4 小時后檢測 AMPK 活性，發(fā)現(xiàn)只有 LCA 能激活 AMPK，其他膽汁酸如 CA 和 CDCA 則不能。

2.4圖2f – 2g：給老年小鼠飲用含 (2 -羥丙基)-β -環(huán)糊精包被的 LCA 的水 1 個月后，測定血清和肌肉組織中 LCA 濃度，發(fā)現(xiàn)其與 CR 血清中的 LCA 水平相似。

2.5圖2h：給老年小鼠飲用含 LCA 的水或進行 CR 處理后，檢測骨骼肌中 AMPK 的激活情況，結(jié)果表明 LCA 能在小鼠中激活 AMPK，且效果與 CR 相似。

圖3：LCA年輕化作用依賴于AMPK

3.1 圖3a – 3b：給自由進食的老年小鼠飲用含 (2 -羥丙基)-β -環(huán)糊精包被的 LCA 的水 1 個月后，通過免疫組化檢測肌肉纖維類型，用 RT – PCR 測定萎縮標記物 Trim63 和 Fbxo32 的 mRNA 水平，發(fā)現(xiàn) LCA 可誘導(dǎo)氧化纖維轉(zhuǎn)化，預(yù)防肌肉萎縮。

3.2 圖3c：測定老年小鼠肌肉中的 NAD?水平，發(fā)現(xiàn) LCA 處理可使其增加至與 CR 誘導(dǎo)相似的水平。

3.3 圖3d – 3e：檢測老年小鼠的握力和跑步耐力，結(jié)果顯示 LCA 可促進肌肉力量和耐力提升，效果與 CR 相似。

3.4 3f – 3h：敲除肌肉特異性AMPKα后，LCA對肌肉中NAD?水平增加、肌肉力量和耐力提升的作用被消除，表明AMPK是LCA發(fā)揮這些作用所必需的。

圖4：LCA延長壽命和健康期

4.1 圖4a – 4b：用 100μM LCA 處理野生型（N2）或 aak – 2 敲除的線蟲、野生型（Act5C – GAL4）或 AMPKα 敲低的果蠅，結(jié)果顯示 LCA 可通過激活 AMPK 延長線蟲和果蠅的壽命。

4.2 圖4c：測定線蟲的咽泵率，發(fā)現(xiàn) LCA 可促進其增加，且該作用依賴于 AMPK。

4.3 圖4d – 4e：用 LCA 處理線蟲和果蠅后，再分別用 FeSO?和百草枯處理誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，結(jié)果顯示 LCA 可促進線蟲和果蠅的氧化應(yīng)激抗性，且該作用依賴于 AMPK。

4.4 圖4f：測定線蟲和果蠅的 NAD?水平，發(fā)現(xiàn) LCA 可使其增加，且該作用依賴于 AMPK。

4.5 圖4g：給 1 歲的野生型小鼠飲用含 (2 -羥丙基)-β -環(huán)糊精包被的 LCA 的水，測定其壽命，結(jié)果顯示 LCA 處理使小鼠中位壽命有增加趨勢。

值得一提的是，蘇州紐邁分析儀器有限公司生產(chǎn)的清醒小動物體成分分析儀 QMR06-090H，可用于測定老年小鼠在 LCA 處理后的瘦體重和脂肪體重。通過與對照組對比，清晰展示 LCA 的處理效果，如阻止肌肉萎縮、調(diào)整脂肪與體重比例，為研究 LCA 功效提供了關(guān)鍵量化數(shù)據(jù)。其測試的數(shù)據(jù)主要得出以下結(jié)論：

圖5 LCA改善老年小鼠的肌肉功能

5.1 圖5a LCA 可預(yù)防老年小鼠肌肉萎縮：對老年雄性和雌性小鼠進行實驗，給它們喂食 (2 -羥丙基)-β -環(huán)糊精包被的 LCA（1g/L于飲用水中）1 個月后，LCA 處理組小鼠的肌肉質(zhì)量與對照組相比，有明顯的維持或增加趨勢。這表明 LCA 能夠有效防止老年小鼠因年齡增長而出現(xiàn)的肌肉萎縮情況，對肌肉健康具有積極的保護作用。除了肌肉質(zhì)量，該分析儀的數(shù)據(jù)還顯示，LCA 處理可能影響小鼠的脂肪體重和整體體重。雖然論文未對脂肪體重和體重變化進行詳細討論，但從身體成分測量的綜合數(shù)據(jù)可以推測，LCA 可能通過某種代謝調(diào)節(jié)機制，對小鼠體內(nèi)的脂肪積累或消耗產(chǎn)生影響，進而調(diào)節(jié)身體的脂肪與瘦體重比例，維持身體成分的平衡。

三、研究結(jié)論

本研究表明 LCA 是 CR 誘導(dǎo)的代謝物，可通過依賴 AMPK 的方式模擬 CR 的抗衰老作用，為開發(fā)改善健康壽命的干預(yù)措施提供了新方向。不過，研究也存在局限性，如可能存在其他未鑒定的激活 AMPK 的代謝物，LCA 對小鼠壽命延長效果的顯著性有待進一步研究，且目前 LCA 的作用機制在不同物種間的差異還需深入探究。 未來研究可圍繞這些方向展開，以更全面地了解 LCA 的作用及應(yīng)用潛力。

設(shè)備推薦：清醒小動物體成分分析儀（大鼠）QMR06-090H-PRO

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參考文獻

Qu, Q., Chen, Y., Wang, Y. et al. Author Correction: Lithocholic acid phenocopies anti-ageing effects of calorie restriction. Nature 638, E6 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08693-w