编者按

热量限制( caloric restriction,CR)是一种在保证机体营养充足的条件下将摄入热量减少30％～50％的进食方式。CR对延缓机体衰老、延缓或预防某些年龄相关性疾病的发生与发展的有利作用日益得到人们关注。2006年，发表在JAMA上的全球首个人体热量限制随机对照试验显示，6个月的热量限制饮食就可以改善参与者的代谢[1]。2009年，Weindruch团队发现30%热量限制饮食可以延迟猕猴与衰老相关疾病的发病时间，或许还可以推迟它们的死亡时间。这一重要发现，当年刊登在Science杂志上[2]。2018 年，Redman团队发表在Cell Metabolism上的文章显示热量限制能使能量消耗大幅下降，体内的氧化应激水平也显著下降[3]。然而，这些还是相对宏观层面的变化。

近日，来自威斯康星大学的Rozalyn等人在著名学术期刊Cell Metabolism上发表论文，运用蛋白质组学与修饰组学在内的多组学分析方法，对热量限制在分子层面的变化进行分析，描绘出由多通路组成的热量限制核心代谢网络，并且揭示该网络的调控主要通过影响相关蛋白的表达而影响RNA加工过程。

1、蛋白组学分析，揭示热量限制影响脂质和RNA加工

众所周知，肝脏在代谢中发挥重要作用，包括氨脂质的代谢、基酸的合成和糖异生等都在肝脏内进行或受肝脏控制。研究者选择猕猴（5只对照组和6只热量限制组）肝脏为研究目标，对肝脏组织样本进行活检，并且对对照组和热量限制组恒河猴进行了基于LC-MS/MS的蛋白组学测序分析。

研究一共定量到3243个蛋白，其中有606个接近一半的蛋白是线粒体蛋白，274个蛋白发生了显著差异变化（图1）。KEGG富集分析显著富集的通路是核糖体、剪接体、蛋白酶体和过氧化物酶体，蛋白与蛋白网络互作分析的富集程度超出预期。

 图1 蛋白组学数据分析

2、热量限制对线粒体乙酰化组的影响

热量限制影响机体的代谢变化，乙酰化修饰是代谢研究中最常见的蛋白质翻译后修饰，普遍存在于人体的代谢酶之中，调节代谢通路及代谢酶的活性。因此，接下来研究人员基于抗体富集的乙酰化修饰组学技术，对猕猴肝脏组织样本进行了研究。鉴定到378个蛋白上有946个位点发生了乙酰化。88个蛋白上有128个乙酰化位点发生了差异显著变化，其中有40个蛋白是线粒体蛋白。KEGG 富集通路分析，TOP15的通路中有Krebs循环、脂肪酸降解、糖降解/糖异生、同体的合成和降解。线粒体CR应答蛋白包括氨基酸代谢酶、电子传递链、脂质代谢和TCA循环（图2）。

图2 热量限制对线粒体乙酰化组的影响

3、描绘热量限制代谢调控网络模型

接下来，研究者基于前期多组学的研究结果描绘热量限制的代谢调控网络模型(图 3)。其中蛋白质组模型由代谢酶组成，包括参与脂质代谢过氧化物酶体、BCAA代谢和碳代谢酶、RNA加工调控等。乙酰化修饰模型主要为中间代谢酶，包括脂质代谢、糖原和糖代谢及TCA循环有关的酶。转录组模型包括细胞结构、RNA处理、染色质重塑或结合因子等多种调控因子。表明热量限制通过一个高度整合的调控网络影响代谢，其中RNA加工是主要的影响因素，尤其是CR实验组中，许多蛋白发生了exon usage的变化。

 图3 热量限制代谢调控网络模型

本研究对成年雄性恒河猴分为对照组和能量限制组（CR，减少30%能量摄入），使用多种高通量、高分辨率方法（转录组学、蛋白组学、乙酰化组学和代谢组学）分析其肝组织活检样本（基线vsCR两年后），结果表明CR主要影响代谢和RNA加工，揭示出由多通路组成的CR核心代谢网络，该网络的调控主要集中在RNA加工层面。

值得一提的是，本文选择了代谢调控研究中最常见的乙酰化修饰进行研究，然而我们也发现越来越多的研究表明，包括磷酸化修饰（磷酸化组学揭示T细胞激活后的信号通路和代谢途径的动态变化）、琥珀酰化修饰（肠道微生物代谢脂肪酸调控表皮细胞组蛋白巴豆酰化）、丙二酰化修饰（JPR: 一张丙二酰化草图意外的揭示了能量代谢的奥秘）等在内的蛋白质修饰在能量代谢中的重要意义，也启示我们可以从其他修饰角度进一步展开研究分析。

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参考文献

[1]. Heilbronn LK, et al. , (2006), Effect of 6-month Calorie Restriction on Biomarkers of Longevity, Metabolic Adaptation, and Oxidative Stress in Overweight Individuals: A Randomized Controlled Trial. JAMA. 295(13):1539-48.

[2]. Colman R J, et al.,(2009), Caloric Restriction Delays Disease Onset and Mortality in Rhesus Monkeys. Science 325(5937): 201-204.

[3]. Leanne M. Redman, et al.(2018), Metabolic Slowing and Reduced Oxidative Damage with Sustained Caloric Restriction Support the Rate of Living and Oxidative Damage Theories of Aging. Cell Metabolism 27, 1–11.

[4]. Rhoads et al., (2018),Caloric Restriction Engages Hepatic RNA Processing Mechanisms in Rhesus Monkeys.Cell Metabolism 27, 677–688.

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