热量限制(CR)或禁食方案被认为是预防慢性代谢紊乱、改善自身免疫性疾病和延缓衰老的最有效的非药物干预措施之一。尽管做出了努力，但CR改善健康，特别是大脑健康的机制仍未完全了解。代谢稳态对大脑功能至关重要，详细的大脑代谢组图谱对于理解连接不同大脑区域的网络至关重要。

2023年9月7日，大连医科大学乐卫东、Shao Yaping及中科院大连化学物理研究所许国旺共同通讯在Signal Transduction and Targeted Therapy=在线发表题为“A metabolome atlas of mouse brain on the global metabolic signature dynamics following short-term fasting”的研究论文，该研究生成了短期禁食(STF)后小鼠大脑多个区域的全球代谢特征动态的代谢组图谱，确定了脑区域之间的显著代谢差异以及STF触发的区域依赖性代谢重塑。

该研究发现STF引起三酰甘油降解和脂肪分解，以补偿禁食条件下的能量需求。此外，还观察到氨基酸谱的变化，这可能在STF对能量代谢、神经递质信号传导、抗炎和抗氧化的调节中发挥重要作用。此外，该研究首次报道了STF引发大脑和肝脏中N-酰基乙醇胺(一类神经保护脂质)的显著升高。这些发现为CR的分子基础和机制提供了新的见解，并为进一步的研究提供了全面的资源。

热量限制(CR)被认为是延缓衰老和支持代谢健康的最有效和最稳健的非药物干预措施之一。CR的形式可以从慢性但温和的热量摄入减少到间歇性的短期禁食循环(STF)。越来越多的研究证实，这些不同形式的CR对健康有有益的影响，包括减肥、改善代谢综合征和心血管疾病，以及延长寿命。临床研究也显示了CR对脑部疾病的益处，如癫痫、阿尔茨海默病(AD)和多发性硬化症。然而，CR改善健康，尤其是大脑健康的机制仍然难以捉摸。

大脑具有独特的解剖区域形态，在大脑发育和功能维持过程中，每一个解剖区域都涉及大量不同的细胞类型和高度整合的分子程序脑内代谢稳态对脑功能至关重要。详细的大脑代谢图谱对于理解连接不同大脑区域的网络是至关重要的。脑代谢组和蛋白质组的明显区域差异最近被揭示出来。研究表明，虽然葡萄糖是大脑的主要能量供应者，但不同的细胞群通过不同的代谢途径使用葡萄糖，要么是糖酵解，要么是戊糖磷酸途径(PPP)哺乳动物的大脑依靠各种小分子代谢物，如神经递质、脂质和氨基酸来完成其功能。代谢物是分子生物学的最终结果，由于存在大量的反馈机制和调节回路，代谢物的特征不能简单地通过基因组、转录组或蛋白质组特征来预测。因此，全面分析代谢重编程对CR的反应可能会导致有效的治疗策略，以预防脑部疾病和扩大健康寿命。

STF后脑和肝脏代谢重塑（图源自Signal Transduction and Targeted Therapy ）

在哺乳动物中，正常饮食模式的紊乱会改变系统的新陈代谢。先前的研究表明，CR分级后小脑代谢物的变化与摄食调节有关在STF大鼠中发现胰岛素水平升高，下丘脑神经元和内皮细胞葡萄糖转运上调。此外，据报道，CR饮食可改善大脑区域γ-氨基丁酸（GABA）系统的衰老相关失调，皮质酮状态和认知功能。然而，CR或STF对脑时空代谢组的影响研究尚不充分，仅集中于有限的代谢物或局限于大脑的几个解剖区域。

利用基于气相色谱-质谱(GC-MS)的代谢组学和基于液相色谱-质谱(LCMS)的脂质组学技术，该研究描绘了七个大脑区域的代谢特征，并描绘了不同禁食时期不同大脑区域的代谢重塑。作者确定了一系列代谢物，包括不同的代谢模块，从糖、脂质、氨基酸、核苷到氨基酸神经递质。此外，该研究还研究了大脑对STF的代谢变化，揭示了食物剥夺条件下脂质和氨基酸代谢的显著重塑。该研究为CR改善大脑健康的潜在机制提供新的见解，并为未来的研究提供全面的资源。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41392-023-01552-y