孙秀发（华中科技大学同济医学院营养与食品卫生学系，湖北 武汉 430030） 热能的摄入过多而引起肥胖，并由此导致一系列的慢性疾病，已成为西方发达国家严重的公共卫生问题和社会问题。在我国，这一问题也变得越来越严重。同样，热能摄入不足，仍是许多不发达国家的主要营养问题。
20世纪围绕限制热能摄入（限食）与健康关系的研究，不仅打破了一般营养学的规律，而且它所带来的理论和实践上的影响，至今也难以估计。所谓限食，是指提供的总热能在实际需要量以下，但蛋白质、维生素和矿物质等必需营养素供给充足的膳食。
1915年，Osborne首次发现限制营养素摄入可延长大鼠的寿命。20年后，美国康奈尔大学营养学家MeCay等报道了限制小鼠的摄食量能显著地延长其寿命。由此，引起了科学界对限食的生物学效应越来越多的兴趣，特别是近几十年来，科学家对限食的生物学效应及其机制，进行了广泛而深入的研究。普遍认为，限食可以延长寿命、延缓衰老，并能提高机体免疫力、减少外来化合物的毒性和致癌性、降低增生性及退行性疾病（包括多种癌症）的发生率等。我们在近几年的研究中，也发现限食可以提高动物的学习记忆能力、某些耐受力和机体抗氧化能力等。由于涉及的面较广，本文主要从以下两个方面进行介绍。
1 限食延缓衰老及其机制的研究进展
大量研究结果证实，限食可以在相当大的程度上延长几乎所有试验动物的寿命。为了解释这一令人吃惊的结果，曾经有过多种假说，如生长发育减慢学说，体脂减少学说，代谢率降低学说等。这些解释，在当时无疑有着十分重要的指导作用，我们自身的研究也发现这些假说正确性的一面，但是它们都不能从本质上揭示这一奇特现象的机制。随着分子生物学的发展，这个问题才有了根本性认识。目前，有以下一些研究成果。
1.1 影响基因表达 脱氧核糖核酸（DNA）是重要的遗传物质，随着年龄的增长，机体维持DNA稳态的能力下降，DNA极易发生氧化损伤和自发突变。这是导致细胞衰老的重要原因。Prapuna等发现，限食可增加DNA的修复活性，延缓DNA多聚酶α随年龄增加的下降，维持了基因组的稳定，减少自发突变。Bushee等用小鼠研究发现，限食可延缓小鼠肝脏中DNA多聚酶α随年龄增加而减少，并使其具有较高的活性。Djuric等报道，限食可减少自由基的产生，降低自由基的毒性，增强DNA的修复，减少DNA的氧化损伤水平。这些研究表明，限食可通过增强DNA的修复、影响DNA多聚酶α的活性和减少DNA的氧化损伤等发挥延缓衰老的作用。致癌物与DNA生成加合物，是致癌物致癌作用的机制之一。但是，在哺乳动物体内，存在另一类正常的、具有重要生理功能的DNA加合物，即共价DNA变体，又称Indigenous-compounds。这种加合物随着年龄增加而减少，被认为是机体衰老的生物标志物之一。Randerath等研究发现，限食能使大、小鼠组织中的Indigenous-compounds水平提高4～6倍。
限食还可通过调节特殊基因的表达，发挥延缓衰老的作用。某些特异基因包括癌基因的甲基化随着衰老的进程而下降，造成DNA转录活性增高，致使某些与衰老有关的基因异常表达而使细胞衰老。 Miyamura等的研究发现，未观察到限食中、老年小鼠肝脏中与衰老有关的基因甲基化程度的下降。此外，限食还通过改变转录因子的活性或水平而改变基因的表达。这些转录因子是指通过结合基因上的启动子和／或增强子而调节转录的蛋白质。α-2U-球蛋白的表达随年龄增加而急剧减少，这一减少已被用来作为衰老的生物标志，限食可明显提高大鼠肝脏中的α-2U-球蛋白的合成及含量。细胞分裂调节蛋白基因p53的表达过对细胞保持自稳能力非常重要，大鼠试验表明限食可增加脑组织中这种调节蛋白的表达。
1.2 影响蛋白质代谢及抗氧化酶活性 蛋白质是生命最重要的物质基础，随着年龄的增长，体内蛋白质合成下降，更新减缓，影响细胞的正常结构和功能，这也是导致衰老的重要原因之一，限食则可以改善这种衰退。Ward研究发现，限食并不能阻止大鼠肝脏中蛋白质合成和分解能力的衰退，但可保持高于对照组水平，并可增加肾、心、睾丸等脏器的蛋白质合成和分解能力。因此，可提高机体的抵抗力和适应环境的能力，预防和减少疾病的发生。进一步研究发现，限食能增加组织中胰岛素样生长因子I及其受体水平，进而促进蛋白质合成。
超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和过氧化氢酶(CAT)等是体内重要的抗氧化酶系统，对于清除自由基、保护生物膜、维持细胞的正常生理功能具有重要的作用。随着年龄的增长，抗氧化酶的活性降低，机体清除自由基的能力减弱，这是导致细胞衰老的重要原因之一。Feuers等对雄性大鼠研究发现，限食可使肝脏中的GSH-Px、CAT活性不随年龄增长而降低，并能保持一定的水平。我们对大、小鼠的研究也获得同样的结果。
1.3 影响糖代谢 研究发现，葡萄糖可与蛋白质、核酸等生物大分子发生非酶糖化反应，生成糖化产物（advanced glycosylation endproducts，AGE）。经糖化的蛋白质、核酸生物学活性也发生改变，如糖化的核糖核酸酶、超氧化物歧化酶活性丧失；糖化的DNA遗传特性改变。因此，AGE被认为与细胞衰老相关。
Feuers等发现，限食可降低血糖水平，减少AGE的生成。Masoro等研究发现，限食使球蛋白的糖化产物百分比明显低于对照组。Vlassara等研究发现，限食鼠的血清胰岛素低于对照组，而低血清胰岛素与AGE的清除呈负相关。还有一些研究揭示，限食导致的鼠胶原交联率减少、眼晶状体透光性下降延缓、酶活性升高等现象都可能与AGE生成减少和清除加速有关。因此，限食使AGE生成减少和清除加速而达到了延缓衰老的目的。
1.4 影响细胞的增殖、分化和凋亡 限食可通过调节细胞的增殖、分化和促进细胞凋亡而达到延缓衰老的目的。Lyn-Cook通过对限食动物的细胞培养观察到细胞增殖率降低，形态结构损失减少，自发性和化学性诱变率降低等现象。这说明限食可使细胞增殖及恶变减少。进一步研究发现，这种变化是有组织特异性的，如可阻止脾脏细胞增殖，但对肾脏细胞无影响。因此，限食可能是通过减少脾细胞的产生而延缓或阻止随年龄增加而出现的自身免疫性疾病。
细胞凋亡是体内的一个自然过程，即衰老、DNA损伤、病变的细胞可被选择性地清除掉。研究表明限食可促进细胞的这种凋亡，并能增加老年动物细胞的更新率。
1.5 其它方面的影响 发现随着年龄的增长，大鼠肝脏中的肾上腺素受体增加，而老年大鼠增加的幅度更大。因此，研究者认为，这种受体的变化与衰老有关。Dax等对雄性Wistar大鼠的研究发现，限食可阻止β-肾上腺素受体随年龄增加而增加。
动物的神经、行为随着机体的老化而发生改变甚至丧失。这与脑组织中的纹状体多巴胺受体随年龄增加而逐渐损失密切相关。限食可明显阻止这种受体的损失，从而维持老年动物的神经、行为能力。
细胞内钙水平的稳定对维持细胞的正常功能非常重要，胞内钙水平稳定的重要调节因子之一是三磷酸肌醇（第二信使）。限食可预防大脑中三磷酸肌醇的代谢随年龄增加而出现缺失，使三磷酸肌醇合成能维持一定的水平，以参与调节细胞内钙水平的稳定，起到延缓衰老的作用。
由于衰老过程极其复杂且受多种因素影响，限食的生物效应也是多方面的，因此，限食延缓衰老的机制仍在进一步研究，许多问题有待逐步阐明。
2 限食抑制肿瘤及其机制的研究进展
1942年，Tannenbaum 就发现限食可减少肿瘤的发生率和延缓肿瘤发生时间。自此以后，人们以不同的限食手段研究其对肿瘤发生及肿瘤类型的影响，并在作用机制方面也进行了广泛的研究，取得了许多重要的研究成果。
2.1 限食方式对肿瘤的影响
2.1.1 限食程度的影响 Kritchevsky 和Rehm 等研究表明，限食10％对7,12-二甲基苯蒽（DM-BA）诱发的肿瘤发生率无影响，仅能减少肿瘤的多样性（减少达36％），以及肿瘤重量（减轻47％）；限食20％则可减少DMBA诱发的肿瘤发生率达33％，可明显降低自发性肿瘤包括垂体腺瘤、肺腺瘤、乳腺瘤等的发生率。Weindruch 以C3R10RF 小鼠为对象，发现断乳后自由摄食组、限食25％组、55％组、65％组，全部肿瘤发生率分别是78％、56%、51％和38％，随限食程度增加，对肿瘤的抑制作用增强。
2.1.2 限食期长短的影响 Rose和Bras对SD大鼠的研究发现，断乳后连续限食可减少肿瘤发生率，并延缓肿瘤始发时间及进展，但70d的短期限食无明显影响。Yoshikazn Higami等将F344大鼠分为3个试验组:A组，从6周开始终生限食；B组，从6个月开始终生限食；C组，限食仅从6周至6个月，3组限食程度一致。结果显示对C组白血病的发生率无明显影响，仅能推迟肿瘤始发时间；A组、B组白血病的发病率明显减少，减少程度相当。也有报道，断乳后限食7周，也能减少肿瘤的发生率。
此外，研究表明限食可影响许多肿瘤的发生和发展。如自发性肿瘤、化学致癌剂诱发的肿瘤、病毒引起的肿瘤及B16黑色素瘤细胞移植瘤等。Hursting发现，限食可减少P53抗癌基因缺失型转基因鼠的自发肿瘤发生率、肿瘤死亡率，并能延长平均生存时间。
2.2 限食抑制肿瘤的机制
2.2.1 影响致癌原的体内生物转化 许多化学致癌物须经体内代谢活化，从前致癌原变为致癌原。限食通过改变代谢酶基因表达和酶活性，影响致癌物的体内代谢和活化过程，改变细胞遗传毒性和致癌性。
Leakey等研究限食对黄曲霉毒素B1（AFB1）致癌性影响时发现：限食降低了CYP2C11的表达，从而降低了AFB1对肝细胞的遗传毒性。限食抑制AFB1在体内代谢活化的途径包括：①减少肝细胞色素P450ⅡC11d的活力。②升高谷胱甘肽S转移酶的活性。③减少AFB1-DNA加合物的形成。另有报道，限食影响异生物素代谢酶的活性，由此影响致癌原代谢活化及致癌原-DNA加合物的形成。
限食影响酶活力是直接影响相关基因表达的主要原因之一；而限食延缓机体衰老，推迟机体病理状态的出现，从而改变酶活力，是影响致癌原活化的间接原因。
2.2.2 影响癌基因表达 癌基因的过度表达是肿瘤发生的原因之一。Cook等对老年大鼠研究表明：整体动物及胰腺细胞和成纤维细胞体外试验中，限食组动物特定癌基因表达下降，包括c-myc,H-ras及突变型p53基因，但K-ras,c-fos癌基因表达无明显改变。限食组动物相关癌基因甲基化程度增高，其DNA转录活性降低，是抑制癌症发生的机制之一。从细胞水平看，限食动物来源的细胞增殖率下降，形态结构丧失率及自发、化学诱发肿瘤发生率下降，表明限食动物有更稳定的基因组构型。可见，降低癌基因表达与限食抑制肿瘤作用有关。
限食提高抗癌基因的表达是减少肿瘤发生的另一机制。动物试验发现，限食可提高MMTV／V-Ha-ras转基因鼠p53抗癌基因表达，抗癌基因可能具有下列作用：①提高DNA修复损伤能力。②激活某些基因的表达，产生抑制细胞生长的蛋白质。③促进细胞凋亡。大鼠试验发现，限食鼠p53突变型表达降低。这方面的研究仍在深入。
如前所述，限食提高抗氧化酶SOD、CAT等的表达，增强机体抗氧化损伤能力，减少自由基损害，这也是限食抑制肿瘤的重要机制之一。
2.2.3 增强机体免疫调节功能 限食可增强机体免疫调节功能，这不仅可延缓衰老、降低许多疾病包括许多慢性病的发病率，而且有助于提高机体对肿瘤的免疫监视及清除肿瘤细胞。Weindruch以B10C3F1小鼠及C57BC16小鼠为对象，研究中、老年期限食的作用发现，限食组小鼠寿命延长、淋巴瘤发生率下降。免疫检查显示，限食动物脾脏细胞总数减少，使T细胞构成比增加，脾脏淋巴细胞对ConA、PHA的增殖反应增强，增殖容量增大，细胞介导的淋巴毒作用增强。Femandes 也发现，限食40％可增强大鼠对ConA、PHA的增殖反应，增加脾细胞白细胞介素2(IL-2)的产生量，提高ConA刺激后脾细胞内Ca2+浓度上升的幅度，以及高亲和力IL-2受体表达量，而且还可以调节细胞膜脂肪酸组成，提高细胞膜流动性，有助于防止免疫功能的降低，预防自由基产生及自由基对免疫细胞的损伤。限食可防止机体衰老时免疫调节功能紊乱，如IL-6代谢调节紊乱等。
原始T细胞产生IL-2和IFN-γ，记忆T细胞产生IL-4，IL-5, IL-6和IL-10 等。随着年龄增长，人类及动物细胞亚群改变，原始T细胞减少，记忆T细胞增加，从而影响细胞免疫功能。以F344大鼠为对象研究发现，限食改变了老年大鼠T细胞亚群比例，对照组、限食组CD+4原始细胞/记忆T细胞分别是46.0/54.0和61.7／38.4；CD+8原始/记忆T细胞分别为 27.7／72.3和 69.3／30.7。可见限食能提高原始T细胞数量，减少记忆T细胞数量，从而提高原始T细胞与记忆T细胞的比值，增加IL-2、IFN-γ等抗肿瘤因子的数量。
2.2.4 提高皮质酮水平 研究发现限食可提高动物血浆皮质酮、脱氢表雄酮（DHEA）及类似酮类水平，小鼠切除肾上腺后，限食对PHA诱发的皮肤乳头状瘤的抑制作用也消失，说明限食动物的高皮质酮、DHEA水平与抑制肿瘤作用相关。
皮质酮具有明显的抗炎作用。Schwarz等认为皮质酮在抗炎与增殖作用机制上互相联系。慢性炎症与肿瘤如膀胱瘤、胃瘤等有关，所以抗炎药物博隆霉素既抗炎，也能抑制致癌物诱导的结肠癌，阿司匹林使用者消化系统肿瘤发生率低。炎症发生时，中性粒白细胞和巨噬细胞组织浸润过程中会产生足量的自由基，自由基抗感染的同时，也损害DNA，即具有诱变性，并作为第二信使刺激组织增生。因此，限食提高皮质酮水平可能是其抑制肿瘤的机制之一。
试验证实动物注射DHEA可产生多种类似限食产生的生物效应，如降低肿瘤、动脉粥样硬化、老年性蛋白尿、自身免疫性疾病等发病率。DHEA抑制肿瘤机制与DHEA非竞争性抑制哺乳类动物葡萄糖-6-磷酸酶（G-6-P）活性，减少NADPH及5-磷酸核糖的产生，从而抑制化学致癌物经混合功能氧化酶体系的激活，以及NADPH依赖性氧自由基的产生。
2.2.5促进细胞凋亡 癌症的发生是由于不能控制的细胞增殖，也可能是细胞增殖与细胞死亡之间的不平衡引起，后者与细胞凋亡有关。细胞凋亡是机体有效地、选择性地和生理性地清除衰老细胞、DNA损伤的细胞及病变细胞的方式。肿瘤组织细胞凋亡消失，导致细胞数目的生理性控制失调。Gaylor研究认为，限食可提高小鼠肝脏细胞凋亡率，降低自发性肝癌发生率。同样有人观察到，限食大鼠组织细胞凋亡率升高。许多肿瘤治疗药物诱导的细胞死亡也就是凋亡，限食提高肿瘤细胞凋亡，起到比药物治疗更佳的效果，有利于癌细胞的清除。
2.2.6 影响DNA的损伤修复 Zora等研究发现，限食可减少大鼠肝脏、乳腺细胞DNA中5-羟甲基尿嘧啶含量；检测人类尿液DNA损伤的生物标志物表明，摄入低热能膳食的人群，尿中脱氧胸腺嘧啶丙二醇和脱氧8-羟鸟嘌呤含量明显低于摄入高热量膳食人群。可见，限食可减少DNA氧化损伤。
限食还可促进损伤的DNA修复。Turturro等报道，对大鼠或小鼠限食，均可增强碱基插入及核甘酸插入方式的DNA修复，O6-甲基鸟嘌呤受体蛋白（MGAP）介导的突变型O6-甲基鸟嘌呤加合物清除修复因限食而增强，限食动物MGAP活性于夜间高出自由摄食组动物38％。
DNA损伤是导致衰老、癌症及一系列退行性疾病的因素，限食减少DNA损伤及增强损伤DNA的修复，有助于防止癌症的发生。
总之，限食抑制肿瘤的发生和发展已得到普遍的承认，但围绕其机制的研究虽然已取得了许多突破性的成果，但离最终揭示全部秘密仍有一段较长的路要走。
限食还有许多其它的重要生物学效应，有关研究至今仍吸引着许多科学工作者极大的关注，由于篇幅有限不能在此作进一步交流。本文所介绍的一些成果和观点也不一定正确，其目的仅起到抛砖引玉的作用。
