导读
运动表现出一种由生物钟控制的节奏，这种节奏与肌肉和肝脏的新陈代谢重编程紧密相关。在一天中不同的时间，运动时间引起肌肉和血清中不同的代谢反应，包括支链氨基酸（BCAA）分解代谢和脂肪酸氧化（FAO）。
进食时间能有效地重置外周组织的分子时钟和转录组。限时喂养（TRF），即限制每日食物摄入量在固定的时间窗口内，如静息期限时饮食（day time-restricted feeding, DRF）和活动期限时饮食（night time-restricted feeding, NRF）。NRF 对健康有显著的益处，包括在夜间活动的啮齿动物中预防代谢疾病，不论其年龄和性别，目前常被用于减重减脂；相反，DRF 则可反转肝脏的代谢节律。然而，目前还不清楚用餐时间是否以及如何影响肌肉的昼夜节律，以及这可能如何影响运动表现。
2023 年 6 月 26 日，来自陆军军医大学第一附属医院（西南医院）李旻典、张志辉课题组联合中国医学科学院北京协和医院医学科学研究中心黄超兰团队在 Nature Metabolism 发表了题为 Daytime-restricted feeding enhances running endurance without prior exercise in mice 的文章。他们的研究结果表明，静息期限时饮食（只能在休息期间，即白天，获得食物）可以大幅提高小鼠的运动耐力。与自由进食或活动期限时饮食（NRF）相比，静息期限时饮食的小鼠在跑步机上的跑步时间和距离几乎提高了 100%。这种改善是由骨骼肌脂质代谢的变化驱动的，可能取决于生物钟。
该研究确定了一种有效的饮食方案，可以在不进行运动的情况下提高跑步耐力，并提供了由进餐时间调节的肌肉昼夜节律生物学的多组学图谱。
来源：Nature Metabolism
主要研究内容
DRF 提高了久坐和训练过的老鼠的跑步耐力
为了探究进食时间对运动能力的调节作用，他们对静置的雌性小鼠进行了为期 3 周的 DRF（DRF 组从 ZT0 至 ZT12 进食 12 h，ZT0 表示中国标准时间 9:00 亮灯）和自由取食喂养 (AL)，并测定了运动能力。值得注意的是，与 NRF 或 AL 相比，DRF 的运动时间和距离几乎增加了一倍。与 AL 喂食相比，喂食 21 天 DRF 的久坐小鼠也能观察到这种效应。在雄性小鼠的跑步能力方面，DRF 也显著优于 AL。这些结果表明，DRF 增强了小鼠在整个日常周期中的跑步耐力。
免疫荧光检测结果显示，与 AL 或 NRF 喂养相比，DRF 增加了腓肠肌中快收缩氧化型 2A 型肌纤维的百分比，而损害了 2X 型肌纤维（GA）；此外，DRF 喂养的 GA 肌肉具有更高的氧化生物能量活性和更低的糖酵解活性。DRF 虽然不改变体重，但降低了肝脏重量，DRF 还增加了棕色脂肪组织的质量，减少了内脏旁脂肪组织的质量。这些数据表明，DRF 增强了肌肉氧化生物能，以及肝脏和脂肪组织中的代谢调节。
接下来，他们探讨了 DRF 是否能改变运动训练小鼠的跑步耐力。与基线久坐状态相比，自愿轮跑确实提高了 AL 喂食和 DRF 小鼠的体能表现。然而，与 AL 喂养相比，DRF 并没有改变训练小鼠的跑步力。不过，当他们将跑步机的坡度增加到 15°，并对跑步方案进行优化，使训练后的小鼠能在 4 小时内完成耐力测试，结果发现，与 AL 喂养相比，DRF 显著提高了跑步耐力。
来源：Nature Metabolism
DRF 通过肌细胞时钟增强跑步耐力
为了确定昼夜节律是否与此有关，他们测试了 AL 条件下或在 DRF 治疗 3 周后 Per1−/−Per2−/− 双敲除小鼠的运动耐力，发现昼夜节律钟的缺失消除了 DRF 条件下跑步耐力的增加。此外，Per2 的生殖系突变也消除了 DRF 相对于 AL 摄食诱导的运动能力增加。
后续的实验也验证了肌细胞 Per2 或肌细胞时钟 (由必要的时钟基因 Bmal1 控制) 介导了 DRF 的耐力调节作用。此外，DRF 喂养调节下，肌肉时钟丢失还会导致肌肉氧化生物能受损。
来源：Nature Metabolism
DRF 使肌肉组织中的线粒体功能同步
接下来，研究人员进行了多组学的分析，即通过整合肌肉脂质组、代谢组和转录组的组学特征，证实了脂质和氨基酸的分解代谢在昼夜节律网络中具有高度代表性。特别是线粒体氧化代谢的调节因子，如 Plin5 和 Pdk4，与标志性的昼夜分子显示出高度正相关。
为了提供 DRF 条件下每日肌肉蛋白质组的高分辨率和高置信度的图谱，他们连续 2 天每 2 小时从喂养了 3 周 DRF 的雌性小鼠的胫骨前肌组织取样，并进行蛋白质组检测。信号通路分析表明，肌肉中循环蛋白富集在 FAO、嘌呤代谢、线粒体呼吸和 BCAA 的代谢通路上。此外，网络分析还鉴定出 40 个中枢循环蛋白，其中许多位于这些富集到的循环通路上，并在上午达到高峰时间，如 PDK4、HADH 和 BCKDA 是 DRF 昼间肌肉蛋白质组中的中枢蛋白，表现出强烈的昼间节律。
来源：Nature Metabolism
DRF 通过肌细胞 Plin5 增强跑步耐力
Perilipin-5（Plin5）是连接肌脂滴和线粒体生物能的枢纽蛋白。接下来，他们测试了 Plin5 是否以及如何在 DRF 下有助于运动调节。结果发现，Plin5 的敲除并没有改变小鼠的跑步力；相反，Plin5 基因敲除使 AL 喂饲过程中的跑步耐力增加了一倍，而在 DRF 条件下，这种效应是不具有叠加性的。组织化学酶分析显示，在 AL 喂养的小鼠中，Plin5 基因敲除导致肌肉中氧化肌纤维的比例显著增加，糖酵解肌纤维的比例显著降低。这些结果表明，Plin5 敲除完全复制了 DRF 的效应，并且在运动中具有重要的调节作用。
来源：Nature Metabolism
结语
综上所述，在这项研究中，他们证明了静息期限时饮食（DRF）可以在没有事先锻炼的情况下提高小鼠的运动耐力，并提供了由进餐时间调节的肌肉昼夜节律生物学的多组学图谱。研究还确定了肌细胞中的 Periilipin-5 是调节跑步耐力的重要因子，Periilipin-5 的特异性敲除完全模仿 DRF 在增强耐力、增强氧化生物能和向循环能量底物输出的节律性。
相比于目前流行的旨在减重降脂的活跃期限时进食方案，静息期限时进食可能为逆转生物钟紊乱与老龄化相关肌少症提供新方法。因此，将生理时钟生物学应用于运动和预防医学可以作为研究运动生理调节的一个主要方向。但由于这些发现是在夜间活动的啮齿动物中发现的，作者认为需要进一步的研究来了解进餐时间作为改善人类身体活动结果的饮食干预。
补充说明：小鼠是非常典型的夜行性动物，白天休息，夜晚活动，其进食行为基本上发生在夜间。而对于人类来说，日常昼夜节律周期的活动阶段是白天。
转自：“丁香学术”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
