一个通过极其复杂的形态发生过程形成的复杂有机体,竟然不能完成简单得多的任务,仅仅是维持已经存在的东西,这实在令人惊讶。
——弗朗索瓦·雅各布
所有的动物都会衰老和死亡。随着年龄的增长,细胞与器官的功能逐渐退化,这种退化在年长后会迅速加速。从物种生存的角度来看,让年老的个体无限期存活下去是有害的。老年人会消耗一部分可供儿童和育龄成人食用的有限食物。衰老过程中脑细胞发生的几个主要变化已被记录下来,如图2.1所示。这些变化的中心是线粒体(细胞进行有氧呼吸的主要场所)的功能障碍和随之而来的细胞三磷酸腺苷(ATP)能量不足。自由基对分子的损伤增加和细胞修复损伤或清除受损分子的能力受损,加剧了与年龄相关的线粒体的功能下降,细胞适应压力的能力在衰老过程中受损。神经元网络适当调节其电活动的能力受损、细胞衰老、炎症和干细胞耗竭是大脑中细胞老化的后果。本章描述了间歇性禁食如何帮助细胞阻止衰老过程。
图2.1 大脑老化的标志
注:作者的研究证明间歇性禁食可以延缓衰老。作者对该插图的修改版本发表在:M. P. Mattson and T. V. Arumugam, “Hallmarks of Brain Aging: Adaptive and Pathological Modification by Metabolic States,”Cell Metabolism 27 (2019):1176—1199.
间歇性禁食这个术语可以追溯到1946年发表在《营养学杂志》上的一篇文章,作者是芝加哥大学的安东·卡尔森和弗雷德里克·赫尔泽尔。他们提供了间歇性禁食可以延长大鼠平均寿命的证据,但这项研究是有问题的,因为卡尔森和赫尔泽尔没有对他们的数据进行统计分析。间歇性禁食对健康和长寿有重大影响的第一个明确证据,来自20世纪80年代初巴尔的摩国家老龄研究所的查尔斯·古德瑞克、唐·英格拉姆和南希·西德尔的一项研究。他们发现,与随意喂食的大鼠(随时有食物供应)相比,保持每隔一天禁食的大鼠寿命延长了80%以上。8年后,他们发表了另一项研究的结果,表明间歇性禁食也能延长小鼠的寿命。20世纪90年代初,我开始意识到美国国立衰老研究所的有关研究,以及威斯康星大学的里克·威德里奇和其他人的研究报告,报告表明每天限制热量摄入也可以延长大鼠和小鼠的寿命。很明显,与那些一天24个小时都有食物的动物相比,每天分配的食物量少于正常摄入量的动物活得更长。寿命延长的程度大致与动物限食的时间成正比。也就是说,当动物年轻时开始每天或每隔一天的食物剥夺时,其寿命延长更多,中年时开始效果次之,老年时开始效果甚微或可以忽略不计。
在过去的30年里,美国国立衰老研究所和威斯康星大学的研究人员一直在研究每天限制热量摄入对猴子衰老的影响。他们发现,给猴子提供比正常情况下更少的食物,可以延缓它们的衰老过程。热量限制可以延长猴子的寿命,与不受限制的猴子相比,这种延长与体重减轻有关。在这些研究中,热量限制在对抗由高糖饮食引起的衰老加速方面特别有效。
关于热量限制如何影响人类生理和疾病风险,路易吉·丰塔纳的研究位于前沿。他的一些研究涉及每日热量限制的随机对照试验,他还研究了一群多年来有意保持每日热量摄入非常低并食用各种健康食品的人,他称这群人为“最佳营养热量限制”的密友。他们的身体质量指数在17~19kg/m 2 之间。虽然血液中的酮体直到最近才在这样的研究中被测量出来,但是限制热量摄入的人显然是在利用脂肪作为能量,因为他们的腹部脂肪水平降低了。丰塔纳的研究表明,每日热量限制改善了提示心血管疾病风险的多项指标,包括降低低密度脂蛋白(LDL)胆固醇水平,增加高密度脂蛋白(HDL)胆固醇水平,并调节血糖。
间歇性禁食的“抗衰老”效果提出了一个明显的问题:它是如何起作用的?在过去的20年中,答案已经浮出水面,即间歇性禁食会导致抵抗衰老的细胞发生复杂但有益的变化。同样清楚的是,反过来也是正确的——过量的能量摄入(即过度消耗食物,尤其是高糖和高脂肪的食物)会使间歇性禁食激活的相同细胞过程失效并加速衰老过程。