在成年人中,有哪些直接证据表明限时进食、间歇性禁食、长期禁食或随后的复食会改变人体组织或细胞中的自噬或自噬流?这些证据的强度如何?
对人体自噬流的直接测定表明,多日禁食(3-5 days)可激活骨骼肌等代谢活跃组织以及特定免疫细胞群中的自噬,但日常限时进食和隔夜禁食产生的影响不一致或微乎其微,且因组织类型、测定方法和个体健康状况而存在显著差异;其中最强有力的证据来自利用溶酶体抑制剂测定自噬流而非静态标记物丰度的研究。
摘要
评估成人对禁食干预自噬反应的14项研究表明,证据质量存在异质性,且呈现组织特异性反应。使用经溶酶体抑制剂验证的自噬通量检测方法的研究提供了最有力的证据:与对照组相比,为期5天的模拟禁食饮食显著增强了外周血单个核细胞中的自噬通量(p=0.0191)[1],且在采用适当方法测定时,为期4天的完全禁食激活了中性粒细胞中的通量[2]。相比之下,在针对42名健康成人的两项研究中,隔夜禁食12小时后恢复进食并未改变自噬通量[3, 4]。长期禁食(72小时)持续激活了骨骼肌中的自噬通路组分,包括mTOR磷酸化水平降低约50% [5]以及ULK1表达增加[6],尽管静态标志物检测显示LC3B-II和p62同时增加,阻碍了对通量的明确判定[5, 6]。每日限时进食(6-8小时进食窗口)在4天至8周后产生了适度效果,使LC3A表达增加22% [7]并提高了ATG-5水平[8]。研究呈现出组织特异性反应:在危重患者和健康对照组中,血液自噬标志物基本不受12小时禁食的影响[9],而禁食增加了发生自噬的单核细胞,但未增加淋巴细胞[10]。慢性肾脏病消除了健康受试者在隔夜禁食期间观察到的自噬激活(γLC3比率 0.92 vs 1.78,p<0.0001)[11]。事实表明,在通过AMPK依赖性途径激活骨骼肌自噬方面,运动强度比禁食状态更为显著[12]。现有证据表明,当使用经过验证的通量测定方法进行评估时,多日禁食可激活代谢活跃组织中的自噬,而较短的每日禁食期显示出不一致的效果,且因组织类型、测定时间点和个体代谢能力而异。
流程图
文献检索
PubMed 语料库
我们在 PubMed 语料库中进行了关键词检索。
(autophagy OR autophagic flux OR LC3 OR SQSTM1 OR p62 OR ULK1 OR Beclin-1 OR ATG) AND (fasting OR starvation OR "time-restricted eating" OR "time restricted feeding" OR intermittent fasting) AND humans
检索共从 PubMed 返回 300 条结果。
Elicit 语料库
我们通过 Elicit 搜索引擎在超过 138 million 篇学术论文中进行了语义检索,该引擎涵盖了 Semantic Scholar 和 OpenAlex 的全部数据。
我们执行了以下检索式:
- "human fasting skeletal muscle blood leukocyte PBMC autophagy LC3 p62"
- "prolonged fasting refeeding human autophagy autophagic flux biomarker study"
检索共从 Elicit 返回 600 条结果。
我们提取了与该检索最相关的 794 篇文献以供筛选。
文献筛选
摘要筛选
我们基于摘要纳入符合以下标准的文献:
- 成年人群:题目或摘要是否报告了在成年人群(18 岁或以上)中开展的研究,或合理包含成年人的混合年龄人类队列?
- 已完成的原始研究:这是否为已完成的人体研究的原始报告,而非综述、方案、设计类论文、社论、勘误或会议摘要?
- 禁食暴露:题目或摘要是否评估了明确定义的禁食、时间限制性饮食/进食、间歇性禁食、隔日禁食或禁食后恢复进食暴露?
- 自噬相关结局:题目或摘要是否说明其测量了自噬、自噬流或自噬相关的分子/细胞标志物?
未能满足任一严格标准的文献均被自动排除。对于其余文献,我们统筹考量所有筛选问题,对是否纳入每篇文献做出综合判断。
36 篇文献通过了摘要筛选,进入全文筛选阶段。
在摘要筛选阶段,各主要原因导致的文献排除数量如下:
- 成年人群:n = 463
- 已完成的原始研究:n = 67
- 禁食暴露:n = 144
- 自噬相关结局:n = 82
- 其他 / 低于筛选阈值:n = 2
全文筛选
随后,我们基于全文并采用以下补充标准对文献进行了筛选:
- 成年人数据:仅纳入包含 18 岁及以上成年人可分析数据的报告。
- 明确定义的暴露:仅纳入对禁食或恢复进食暴露有充分描述(包括持续时间或每日进食窗口)的研究。
- 直接自噬测定:仅纳入在人类生物样本中利用至少一种分子、蛋白质、成像或溶酶体/自噬体标志物直接测定自噬或自噬流的研究。排除仅包含代谢、炎症、长寿或临床结局的研究。
- 已完成的原始报告:仅纳入包含结果的已完成原始研究报告,排除综述、方案、述评性文章及会议摘要。
未能满足任一严格标准的文献均被自动排除。对于其余文献,我们统筹考量所有筛选问题,对是否将各篇文献纳入最终分析做出综合判断。
14 篇文献通过了全文筛选,进入数据提取阶段。
在全文筛选阶段,各主要原因导致的文献排除数量如下:
- 成年人数据:n = 1
- 明确定义的暴露:n = 1
- 直接自噬测定:n = 4
- 无全文:n = 16
数据提取
我们要求大语言模型从每篇文献中提取以下各数据字段。我们向模型提供了如下所示的各字段提取指令。
- 研究标识与设计:提取文献引用、国家(若有报告)、研究设计(随机、交叉、受控饮食、前瞻性机制研究或其他)、分析的样本量以及人群特征。
- 暴露与对照:精确提取禁食方案:每日进食窗口、禁食持续时间、允许的能量摄入、周期数/天数、体力活动指导以及对照或基线。
- 生物样本与采样时点:提取样本/组织/细胞类型、相对于末次热量摄入和恢复进食的采样时点,以及是否进行了个体内的重复采样。
- 自噬测定与可解释性:提取各项自噬相关检测方法/标志物、其评估的是自噬流还是静态丰度/表达替代指标、变化方向以及作者陈述的检测局限性。
- 主要自噬研究结果:提取定量数值结果(若有)、不确定性/统计检验结果以及作者关于自噬的结论。
- 代谢背景与安全性:仅提取有报告的酮体、葡萄糖、胰岛素、体重变化、不良事件及脱落情况。
- 偏倚风险信号:提取与偏倚相关的设计特征:分配/随机化、对照/比较组、实验室结局的盲法实施、缺失数据、预先设定方案及利益冲突。
结果
纳入研究的特征
共纳入 14 项探讨禁食或限时饮食对自噬反应影响的研究。所有研究均检索到了全文。样本量在 7 至 70 名受试者之间不等,大多数研究纳入了健康成年人。研究主要在欧洲(比利时、丹麦)和美国开展,另有研究来自中国台湾和俄罗斯。研究设计包括随机交叉试验、控制进食研究以及前瞻性机制研究。
| 研究 | 是否检索到全文? | 国家/地区 | 设计 | 样本量 | 受试人群 | 禁食方案 | 标本/组织 | 主要自噬发现 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Humaira Jamshed et al., 2019 [7] | 是 | 美国 [7] | 控制饮食的随机交叉试验 [7] | 11 [7] | 大致健康的成年人,年龄 20-45 岁,BMI 25.0-35.0 kg/m² [7] | eTRF:上午 8 点至下午 2 点进食窗口(6h)对照对照组上午 8 点至晚上 8 点(12h),持续 4 天 [7] | 全血 [7] | 早晨 LC3A 表达上调 22%(p=0.001) [7] |
| C. Schwalm et al., 2017 [13] | 是 | 比利时 [13] | 结合控制饮食和运动的随机交叉试验 [13] | 7 [13] | 受过训练的运动员,年龄 24±1 岁,V˙O2peak 64.5±1.7 mL/min/kg [13] | 隔夜禁食 8h(仅饮水)对照 2h 骑行期间摄入早餐及碳水化合物饮料的进食状态 [13] | 股外侧肌 [13] | 运动期间或运动后早期未激活线粒体自噬;禁食状态下运动后 LC3bII/LC3bI 比值降低(p=0.019) [13] |
| F. Pietrocola et al., 2017 [2] | 是 | 未提及 [2] | 前瞻性机制研究 [2] | 9 [2] | 健康个体,年龄 24-54 岁,BMI 20-25 [2] | 零卡路里饮食(仅水、茶、咖啡),持续 4 天 [2] | 白细胞 [2] | 在与 leupeptin 体外共培养后,中性粒细胞中可检测到自噬激活;蛋白质赖氨酸乙酰化显著减少 [2] |
| M. Vendelbo et al., 2014 [5] | 是 | 丹麦 [5] | 随机交叉试验 [5] | 8 [5] | 健康男性志愿者,年龄 26-64 岁,BMI 23.8 kg/m² [5] | 禁食 72h(允许饮用自来水)对照隔夜禁食 [5] | 骨骼肌(股外侧肌) [5] | LC3B-II 增加约 30%;p62 增加约 10%,使自噬流的解读复杂化;mTOR 磷酸化水平降低约 50% [5] |
| C. Schwalm et al., 2015 [12] | 是 | 比利时 [12] | 结合控制饮食和运动的随机交叉试验 [12] | 23 [12] | 训练有素的运动员 [12] | 在以 55% 或 70% VO2 peak 骑行 2h 期间,隔夜禁食 8h 对照进食状态 [12] | 股外侧肌 [12] | 运动强度的影响显著大于饮食;高强度运动增加自噬流(LC3bII 和 p62/SQSTM1 降低);与 AMPKα 活性升高相关 [12] |
| J. Kröpfl et al., 2022 [10] | 是 | 未注明 [10] | 重复测量的前瞻性机制研究 [10] | 8 [10] | 健康成年人 [10] | 禁食 14-15h 对照标准化早餐 [10] | 外周血(淋巴细胞和单核细胞) [10] | 禁食增加自噬单核细胞浓度(p=0.026);运动增加自噬淋巴细胞浓度(p=0.043);LC3BII/I 与自噬细胞数量呈负相关(r=-0.74,p=0.02) [10] |
| Sara E. Espinoza et al., 2025 [1] | 是 | 美国 [1] | 随机临床试验 [1] | 30 [1] | 健康成年人,年龄 25-65 岁,平均年龄 49.1±11.8 岁 [1] | 模拟禁食饮食:第 1 天 1100 kcal,第 2-5 天 700-800 kcal,随后恢复进食 [1] | 外周血单个核细胞(PBMC) [1] | FMD 通过增强自噬降解促进自噬流;对照组的 LC3B-II/LC3B-I 比值高于 FMD 组(p=0.0191) [1] |
| Ann Mosegaard Bak et al., 2016 [6] | 是 | 丹麦 [6] | 随机交叉试验 [6] | 18 [6] | 9 名消瘦(BMI 19-23)和 9 名肥胖(BMI 32-40)男性,年龄 20-35 岁 [6] | 禁食 12h 对照禁食 72h [6] | 肌肉(股外侧肌)和脂肪组织 [6] | 禁食 72h 后 ULK1 mRNA 及蛋白质水平升高;ULK1 p-Ser 757/总 ULK1 比值降低;p62 mRNA 及蛋白质升高,使自噬流解读复杂化 [6] |
| Sanjna Singh et al., 2025 [3] | 是 | 未提及 [3] | 单臂前后对照研究 [3] | 42 [3] | 健康个体 [3] | 隔夜禁食 12h,随后进食高蛋白餐 [3] | 外周血单个核细胞 [3] | 隔夜禁食与高蛋白餐后 1h 之间的自噬流无变化;存在性别二态性,女性自噬流高于男性(p=0.0031) [3] |
| S. Singh et al., 2024 [4] | 是 | 未提及 [4] | 单臂前后对照研究 [4] | 42 [4] | 健康个体 [4] | 隔夜禁食 12h,随后进食高蛋白餐 [4] | 外周血单个核细胞 [4] | 禁食状态与餐后状态之间的自噬流无变化 [4] |
| Wei-Ting Chen et al., 2013 [11] | 是 | 中国台湾 [11] | 前瞻性病例对照研究 [11] | 90 [11] | 60 名 5 期 CKD 患者以及 30 名年龄和性别匹配的健康对照,年龄 20-79 岁 [11] | 隔夜禁食(12h),随后进食早餐 [11] | 白细胞 [11] | 隔夜禁食在健康受试者中诱导了自噬(γLC3 比值 1.78),但在 CKD 患者中未诱导自噬(γLC3 比值 0.92-1.22,p<0.0001) [11] |
| L. Van Dyck et al., 2020 [9] | 是 | 比利时 [9] | 随机交叉初步研究 [9] | 70 [9] | 依赖机械呼吸与血流动力学支持的长期危重成人患者(≥18 岁) [9] | 进食 12h 对照禁食 12h,于第 8±1 天交替进行 [9] | 全血和分离的白细胞 [9] | 血液样本中的自噬标志物基本不受禁食影响;作者得出结论,血液样本可能无法反映其他组织中的自噬情况 [9] |
| Tugce Ozlu Karahan et al., 2025 [8] | 是 | 土耳其(推测) [8] | 随机对照试验 [8] | 48 [8] | 伴有 MAFLD 的超重或肥胖成年人,年龄 18-65 岁,BMI ≥25 kg/m² [8] | 能量限制饮食(22-25 kcal/kg/天)对照能量+限时饮食(16:8 模式,上午 10:00-12:00 至下午 6:00-8:00) [8] | 血液(血清标志物) [8] | 能量+限时饮食组中 ATG-5 水平升高(0.74 至 0.95 ng/mL,p=0.03);血清 FGF-21 与 ATG-5 呈正相关(R=0.343,p=0.02) [8] |
| I. Tkhakushinov & S. Lysenkov, 2022 [14] | 是 | 俄罗斯 [14] | 部分食物剥夺的控制进食 [14] | 20 [14] | 男性受试者分为三个年龄组:青年组(18-44 岁)、中年组(45-60 岁)和老年组(61-75 岁) [14] | 部分食物剥夺(每天 800-120 kcal),持续 12 天 [14] | 血液 [14] | 年龄是影响自噬活性的主要因素;自噬活性随年龄增长而降低 [14] |
这些研究考察了多种禁食方案,从 8 小时隔夜禁食到 4 天完全禁食不等,并在包括骨骼肌、血细胞和外周血单个核细胞在内的多种组织中进行了检测。大多数研究采用交叉设计,由受试者自身作为对照,并在禁食干预前后进行测量。
自噬检测方法与可解读性
各项研究所采用的检测方法异质性较高,在区分自噬流与静态标志物丰度方面的能力参差不齐。LC3(微管相关蛋白 1A/1B-轻链 3)加工是最常报告的标志物,通过 LC3B-II/LC3B-I 比值 [1, 5, 10, 13]、LC3 脂质化 [2] 或 LC3A/LC3B 基因表达 [7] 进行评估。其他标志物包括 p62/SQSTM1(隔离体 1) [5, 12, 13]、ULK1(unc-51 样自噬激活激酶 1)磷酸化 [5, 6, 12]、ATG(自噬相关)蛋白 [8]、Beclin-1 [8, 11, 14] 以及 mTOR(哺乳动物雷帕霉素靶蛋白)信号通路 [5]。
在自噬流检测与静态测量之间出现了关键的方法学差异。数项研究使用溶酶体抑制剂对自噬流进行了测定:Espinoza 等人对 PBMC 进行了体外 chloroquine 处理,将 LC3B-II 累积量作为经验证的自噬流指标进行测量 [1]。类似地,Pietrocola 等人在小鼠采血前注射了 leupeptin,并对人白细胞进行了体外 leupeptin 共培养,发现仅在蛋白酶抑制条件下才可检测到自噬激活 [2]。Singh 等人(2024 年和 2025 年)直接在全血中加入溶酶体抑制剂,通过 ELISA 定量 LC3B-II 的积累,以此作为具有生理学意义的自噬流测量指标 [3, 4]。相比之下,大多数研究仅测量了自噬标志物的静态丰度而未评估自噬流,从而带来了结果解读上的挑战。
LC3B-II/LC3B-I 比值充分体现了这一局限性。尽管该比值常被用作自噬指标,但 LC3B-II 升高既可能反映自噬体形成的增加,也可能反映自噬体降解受阻 [5]。Vendelbo 等人发现,在 72 小时禁食期间 LC3B-II 增加了约 30%,但 p62 也增加了约 10%,鉴于 p62 通常在自噬过程中被降解,这使得解读变得复杂 [5]。作者指出,根据这些相互矛盾的标志物无法明确判定自噬流状态 [5]。Bak 等人报告了类似的模式:禁食后 ULK1 升高且其抑制性磷酸化降低,表明自噬激活,然而 p62 mRNA 和蛋白质水平也同样升高 [6]。两项研究均承认这些数据并不能直接反映自噬流 [5, 6]。
采用互补标志物的研究提供了更确凿的证据。Schwalm 等人(2015 年)检测了 ULK1 磷酸化、LC3bII/I 比值、p62/SQSTM1 蛋白以及自噬相关基因的表达,发现高强度运动后 LC3bII 和 p62 均有所降低,表明自噬流增强 [12]。两种标志物同时降低而非仅一种降低,更有说服力地证实了自噬降解的发生。同样,Kröpfl 等人结合了检测 LC3B 阳性细胞的流式细胞术与检测 LC3BII/I 比值的 Western blotting 分析,尽管他们发现单核细胞中这两种检测指标呈负相关 [10],这提示存在单一标志物无法充分体现的复杂调控机制。
多项研究强调了自噬反应的组织特异性。Van Dyck 等人发现,在危重患者和健康对照中,血液样本中的自噬标志物在 12 小时禁食后基本未受影响,作者由此得出结论,血液可能无法反映其他组织中的自噬情况 [9]。Kröpfl 等人观察到淋巴细胞与单核细胞之间存在差异化反应:禁食增加了自噬单核细胞的浓度,但未增加淋巴细胞;而运动增加了自噬淋巴细胞的浓度,但未增加单核细胞 [10]。Chen 等人证实,隔夜禁食激活了健康受试者白细胞中的自噬,但在慢性肾脏病患者中未被激活 [11],这表明疾病状态可能会消除常规的自噬反应。
作者在研究局限性中也承认了这些测量挑战。多项研究指出,基因表达可能无法反映蛋白质水平或功能活性 [7],单时间点检测可能会遗漏动态变化 [4],且血液自噬水平可能无法代表肝脏或肌肉等代谢活跃组织中的反应 [4, 9]。Espinoza 等人指出样本量较小和评估周期较短是其研究局限 [1],而 Karahan 等人则指出仅评估 ATG-5 和 Beclin-1 而未评估 p62/SQSTM1 限制了对自噬流的解读 [8]。
不同禁食暴露条件下的自噬研究结果
限时饮食(每日进食窗口)
两项研究考察了进食窗口为 6-8 小时的每日限时饮食。Jamshed 等人发现,与 12 小时对照窗口(上午 8 点至晚上 8 点)相比,早期限时进食(eTRF;上午 8 点至下午 2 点,6 小时进食窗口)使早晨 LC3A 基因表达上调了 22%(p=0.001) [7]。这一升高是在进行 4 天 eTRF 后的全血细胞中观察到的 [7]。然而,LC3A 属于静态基因表达标志物,而非直接的自噬流测定指标 [7],作者指出基因表达可能无法反映蛋白质水平 [7]。其代谢背景包括 24 小时血糖水平降低 4±1 mg/dL(p=0.0003),早晨血酮升高 0.03±0.01 mM(p=0.009) [7]。
Karahan 等人在 48 名代谢功能障碍相关脂肪性肝病成年患者中,比较了单纯能量限制与能量限制联合 16:8 限时饮食(进食窗口为上午 10 点至晚上 8 点)的效果 [8]。8 周后,仅在限时饮食组中观察到 ATG-5 水平显著升高,从 0.74 升至 0.95 ng/mL(p=0.03) [8],且血清 FGF-21 与 ATG-5 呈正相关(R=0.343,p=0.02) [8]。ATG-5 代表静态血清标志物 [8],该研究承认在未评估 p62/SQSTM1 的情况下评估自噬流存在局限性 [8]。两组均表现出体重减轻以及代谢指标改善,包括空腹血糖和肝酶降低 [8]。
间歇性禁食与过夜禁食
对 8-15 小时过夜禁食的研究揭示了具有组织特异性与背景依赖性的自噬反应。Chen 等人证实,12 小时过夜禁食可诱导健康受试者的自噬激活,表现为 LC3-I 向 LC3-II 的转化(γLC3 比值为 1.78)以及 Atg5 和 Beclin-1 mRNA 表达增加 [11]。这种反应在慢性肾脏病患者中缺失(γLC3 比值为 0.92-1.22,p<0.0001)[11],且血液透析未能恢复自噬激活 [11]。检测样本取自过夜禁食后及早餐后 2 小时采集的白细胞 [11]。
Singh 等人开展的两项研究评估了 42 名健康成年人在 12 小时过夜禁食后摄入高蛋白饮食是否会改变自噬水平。利用溶酶体抑制剂增强型 ELISA 检测 PBMCs 中的自噬流 [3, 4],两项研究均发现禁食状态与餐后 1 小时的自噬流无变化 [3, 4]。作者指出,这一发现对急性营养干预会改变人体自噬的假设提出了挑战 [4],并提示餐后 1 小时取样可能并非最佳时间点 [4]。值得注意的是,女性的自噬流高于男性(p=0.0031)[3],表现出独立于膳食干预的性别二态性。
Schwalm 等人(2017 年)在 7 名训练有素的运动员中研究了 8 小时过夜禁食结合 2 小时高强度骑行的影响 [13]。在股外侧肌中,LC3bII/LC3bI 比值仅在禁食状态下于运动后下降(p=0.019)[13],而线粒体 LC3bII 和 p62/SQSTM1 保持不变 [13]。作者得出结论,无论营养状态如何,线粒体自噬在运动期间或运动后早期均未被激活,但进食状态下的肌细胞似乎在为更晚时间点的线粒体降解做准备 [13]。
Kröpfl 等人发现,与进食标准早餐的饱食状态相比,14-15 小时禁食使循环自噬单核细胞浓度升高(p=0.026),但淋巴细胞未见改变 [10]。相反,急性运动升高了自噬淋巴细胞浓度(p=0.043),但单核细胞未见改变 [10]。Western blot 分析显示,较高的 LC3BII/I 比值与自噬细胞数量呈负相关(r=-0.74,p=0.02)[10],提示存在复杂的调控机制,即蛋白水平上自噬的增加与循环中自噬细胞数量的减少相关联 [10]。
延长禁食(24小时以上)
针对72小时至4天禁食的研究提供了自噬通路激活的证据,但其结果解读仍存在挑战。Vendelbo等研究了8名在仅允许饮水的情况下禁食72小时的健康男性 [5]。在骨骼肌活检中,LC3B-II表达量增加了~30%,但p62蛋白水平也增加了~10% [5]。mTOR磷酸化降低了~50%,同时伴随着包括4EBP1、ULK1和rpS6磷酸化在内的下游信号传导减弱 [5]。LC3B-II与p62模式的矛盾使得自噬通量的测定变得复杂 [5],尽管mTOR信号传导的减弱支持了自噬通路的激活。肌肉苯丙氨酸净释放量显著增加 [5],这是在血糖降低25%以及生酮作用启动的背景下发生的 [5]。
Bak等比较了9名消瘦和9名肥胖年轻男性禁食12小时与72小时的效果 [6]。72小时后,肌肉和脂肪组织中的ULK1 mRNA及蛋白水平显著升高 [6],而抑制性ULK1磷酸化(Ser 757)与总ULK1的比值下降 [6],表明自噬抑制作用减弱。然而,p62 mRNA及蛋白水平同样出现升高 [6]。无论在基础状态还是禁食72小时后,肥胖受试者均表现出全身脂解增加和尿素生成速率降低,这与肌肉蛋白质的保留一致 [6]。该研究指出了按体重表示结果的局限性,这可能低估了肥胖受试者的代谢通量 [6]。
Pietrocola等研究了9名健康志愿者进行4天零热量禁食(仅限水、茶、咖啡)的情况 [2]。禁食引发了血浆代谢组的重大变化,但白细胞细胞内代谢组仅发生轻微改变 [2]。白细胞在细胞核和细胞质区室中均显示出蛋白质赖氨酸乙酰化的显著降低 [2]。通过LC3B脂质化测量的自噬激活,仅在与leupeptin进行离体培养后才能在中性粒细胞中检测到 [2],表明存在自噬通量,但需要通过溶酶体抑制来进行检测 [2]。尽管禁食4天,人类志愿者的体重减轻仍<2% [2],这与禁食48小时的小鼠体重减轻20%形成了鲜明对比 [2]。
模拟禁食饮食与再摄食
Espinoza 等人在 30 名 25–65 岁的健康成年人中开展了一项随机试验,对比了两种模拟禁食饮食(FMD)配方与对照组的效果 [1]。FMD 方案包括第 1 天摄入 1100 kcal,第 2–5 天摄入 700–800 kcal,随后进行再摄食 [1]。研究采用经氯喹处理的 PBMC 评估自噬流 [1],截至第 6 天,对照组的 LC3B-II/LC3B-I 比值高于 FMD 组(p=0.0191)[1],表明 FMD 通过增强自噬流促进了自噬降解 [1]。在为期 6 天的干预结束时,组间自噬流出现了显著差异(p<0.05)[1],且 ProLon 组自噬流增加的趋势在第 8 天再摄食后 48 小时仍持续存在 [1]。该干预降低了空腹血糖、胰岛素和 HOMA-IR,同时增加了 β-hydroxybutyrate 水平 [1],但样本量较小及评估周期较短限制了其结果的外推性 [1]。
Van Dyck 等人研究了 12 小时营养中断是否能在 70 例长期重症患者中诱发禁食反应 [9]。该随机交叉设计在患者入住 ICU 第 8±1 天交替进行 12 小时达标喂养与 12 小时禁食 [9]。12 小时禁食显著增加了血清胆红素和 β-hydroxybutyrate 水平,并降低了胰岛素需求及血清 IGF-I 水平(均 p≤0.001)[9],证实了代谢性禁食反应的启动。然而,无论在患者还是在 23 名匹配的健康受试者中,全血和分离白细胞中的自噬标志物在很大程度上均未受到禁食的影响 [9]。作者总结认为,血液样本可能无法可靠反映组织水平的自噬情况 [9],同时有 3 例患者在禁食期间发生了严重低血糖 [9]。
Tkhakushinov 与 Lysenkov 在涵盖三个年龄段的 20 名男性中研究了为期 12 天的部分食物剥夺(800–1200 kcal/天)效应 [14]。以 Beclin-1 作为自噬标志物 [14],他们发现年龄是影响自噬活性的主要因素,自噬活性随年龄增长而下降 [14]。体重分级对热量限制期间的自噬激活无显著影响 [14]。自噬活性(delta-beclin-1)与脂代谢参数之间的相关性因年龄段而异,在青年人中与 HDL 呈负相关,在老年人中与 LDL 及总胆固醇呈负相关 [14]。该研究测定的是静态 Beclin-1 丰度而非自噬流 [14]。
运动与禁食的相互作用
来自同一个比利时研究团队的两项研究探讨了运动强度与营养状态如何相互作用并影响骨骼肌自噬。Schwalm 等人(2015年)将 23 名训练有素的运动员随机分配至对照组、低强度(55% VO2 peak)或高强度(70% VO2 peak)组,在进食和禁食状态下分别进行 2 小时骑行 [12]。结果证实,在激活自噬方面,运动强度的影响比饮食更为显著 [12]。高强度运动降低了股外侧肌中的 LC3bII 和 p62/SQSTM1 水平,表明自噬通量增加 [12]。该通量的增加与 AMPKα 活性升高相关,高强度运动后 AMPKαThr72 和 ACCSer79 磷酸化水平的升高证实了这一点 (p<0.001) [12]。运动后 ULK1Ser317 磷酸化水平增加 (p<0.001) [12],而与运动强度相比,单纯禁食并未显著增强自噬 [12]。
综合分析
方法学层级与自噬流测定
采用经过验证的自噬流分析方法的研究比仅测量静态标志物的研究提供了更可靠的证据。Espinoza 等人、Pietrocola 等人和 Singh 等人的三项研究采用溶酶体抑制剂直接测定自噬流,代表了方法学上更优的设计 [1–4]。Espinoza 等人证实,与对照组相比,为期 5 天的模拟断食饮食增强了自噬流 [1];而 Pietrocola 等人表明,在采用恰当方法测定时,4 天断食可激活中性粒细胞中的自噬流 [2]。相反,Singh 等人发现,12 小时隔夜断食后恢复进食并未改变自噬流 [3, 4]。这些基于自噬流的研究表明断食持续时间至关重要:多日断食可激活可测量的自噬,而隔夜断食在复食后 1 小时的检测窗口内可能不会产生可检测到的自噬流改变。
仅依赖 LC3B-II/LC3B-I 比值或 p62 丰度而未进行自噬流评估的研究在结果解释上存在局限性。Vendelbo 等人和 Bak 等人均发现,在 72 小时断食期间 LC3B-II 增加并伴随 p62 增加 [5, 6],作者也承认这种模式无法明确测定自噬流 [5, 6]。两种标志物的同步增加可能反映了降解受损导致的自噬体蓄积,或应激状态下 p62 合成增加,而非自噬流的增强。在评估断食对自噬的影响时,此类模棱两可的发现其权重应低于直接的自噬流测定。
组织特异性反应与生物区室
不同组织对断食表现出差异化的自噬反应,这解释了表面上相互矛盾的研究发现。Van Dyck 等人提出的血液样本可能无法反映组织水平自噬的结论 [9],与越来越多关于区室特异性反应的证据一致。骨骼肌中的研究(Vendelbo、Bak、Schwalm 2015 及 2017)一致显示自噬通路成分的激活,包括 mTOR 信号下调 [5] 和 ULK1 表达上调 [6],即便自噬流测定结果尚不明确。相比之下,测定循环血细胞中自噬的研究(Van Dyck、Singh 等人、Kröpfl)发现要么无变化 [3, 4, 9],要么仅限于特定白细胞亚群的细胞类型特异性反应 [10]。
Kröpfl 等人发现,断食增加了自噬性单核细胞而非淋巴细胞,而运动增加了自噬性淋巴细胞而非单核细胞 [10],这表明即便在血液内部,不同细胞类型对代谢应激源的反应也截然不同。Pietrocola 等人在断食志愿者的白细胞亚群中观察到仅中性粒细胞发生自噬激活 [2]。这些组织和细胞类型特异性反应表明,断食优先激活肌肉等代谢活跃组织中的自噬,而血细胞(特别是淋巴细胞)对断食诱导的自噬可能敏感性较低。
时间动态与检测时机
相对于断食与复食的检测时机对检测到的自噬变化具有显著影响。Chen 等人在 12 小时隔夜断食后以及早餐后 2 小时测定了白细胞中的自噬 [11],发现断食在健康受试者中诱导了自噬激活 [11]。然而,Singh 等人在 12 小时断食后仅在高蛋白餐后 1 小时检测了 PBMCs,发现自噬流没有改变 [3, 4],并指出 1 小时的采样时间可能并非最佳 [4]。复食可能通过 mTOR 的重新激活来抑制自噬,且这种抑制动力学可能因组织和营养成分的不同而有所差异。
长时间断食研究(72 小时至 4 天)在断食结束时且未立即复食的状态下测定自噬 [2, 5, 6],捕捉到了最大程度的自噬激活。Espinoza 等人别具一格地在模拟断食饮食期间(第 4 天和第 6 天)以及复食后 48 小时(第 8 天)检测了自噬 [1],观察到 ProLon 组中增加的自噬流在复食后呈现持续趋势 [1]。这表明自噬激活在复食后可能不会立即逆转,但 48 小时的测量结果可能反映了早期的重新抑制。运动研究(Schwalm 2015 及 2017)在运动后即刻和运动后 1 小时采集肌肉活检样本进行测定 [12, 13],捕捉到了与慢性断食适应不同的急性反应。
剂量-反应关系:断食持续时间与自噬幅度
研究呈现出一种剂量-反应关系,即断食时间越长,自噬激活越明显。4 天完全断食(Pietrocola 等人)和 5 天模拟断食饮食(Espinoza 等人)证实了可测量的自噬流增加 [1, 2]。72 小时断食(Vendelbo、Bak)显示通过抑制 mTOR 和上调 ULK1 激活了自噬通路 [5, 6],即便自噬流本身仍不明确。针对 12-15 小时隔夜断食的研究结果各异:Chen 等人发现健康受试者出现激活 [11],但 Singh 等人在复食后检测发现自噬流无改变 [3, 4],而 Van Dyck 等人则发现 12 小时断食不足以改变血液自噬标志物 [9]。
每日限时进食(6-8 小时进食窗口)在持续数天后表现出适度的效果。Jamshed 等人发现,在 6 小时进食窗口持续 4 天后,LC3A 表达增加了 22% [7];而 Karahan 等人发现,在进行 16:8 限时进食 8 周后,ATG-5 表达增加 [8]。这些研究中的累积暴露量(Jamshed 研究中 4 天内累计断食 28 小时;Karahan 研究中 8 周内累计断食 672 小时)表明,每日重复的断食循环可能会产生与单次长时间断食不同的自噬模式。
代谢背景的调控作用
断食期间的代谢状态调节着自噬反应。报告酮体(β-hydroxybutyrate)增加的研究显示出自噬的同步激活:Jamshed 等人发现清晨酮体增加伴随 LC3A 上调 [7],Van Dyck 等人发现断食 4 小时起 β-hydroxybutyrate 增加并伴随代谢性断食反应 [9],Espinoza 等人发现模拟断食饮食组中酮体增加的同时伴随自噬流增强 [1]。酮体可作为自噬激活所需代谢转变的生物标志物。
Schwalm 等人(2015)证实,运动强度可通过 AMPK 依赖性通路激活自噬,且该过程独立于断食 [12]。无论处于进食还是断食状态,高强度运动均能增加 AMPKα 磷酸化和自噬流 [12],这表明无论是通过运动期间的能量耗竭还是断食期间的营养匮乏,AMPK 激活都代表了一种共有机制。这种机制上的汇聚解释了为什么运动和断食尽管诱发因素不同,却可以通过共享的信号通路激活自噬。
疾病状态与基线自噬能力
Chen 等人发现慢性肾脏病患者在隔夜断食期间未能激活自噬,而健康对照组则表现出强烈的自噬激活 [11],这表明疾病可以消除断食诱导的自噬。同样,Van Dyck 等人研究了 ICU 危重症患者,发现尽管存在代谢性断食反应,但其自噬标志物变化微乎其微 [9]。这表明重症损害了细胞诱导自噬的能力,其机制可能涉及炎症、氧化应激或代谢功能障碍。Bak 等人发现,肥胖受试者尽管总脂解水平较高,但脂肪组织中自噬相关蛋白的表达较低 [6],这表明即使全身代谢对断食产生反应,肥胖也可能削弱组织水平的自噬反应。
研究质量考量
受试者自身作为对照的随机交叉设计(Jamshed、Schwalm 2015 及 2017、Vendelbo、Bak)最大限度地减少了个体间差异,与单臂前后对照研究(Singh 2024 及 2025、Tkhakushinov)或病例对照设计(Chen)相比提供了更有力的证据 [3–7, 11–14]。然而,与使用溶酶体抑制剂测定自噬流的研究相比,即便是使用静态标志物、设计良好的交叉研究在结果解释方面也面临局限性。Espinoza 等人开展的随机试验尽管样本量较小且有行业资助(不过资助方未参与研究实施或分析)[1],但采用经过验证的方法学提供了高质量的自噬流数据。
综合分析与临床意义
综合上述因素,现有证据表明多日断食(≥72 小时)或模拟断食饮食可激活代谢活跃组织(特别是骨骼肌)中的自噬,且在使用恰当方法评估时显示出可测量的自噬流增加。该激活需要足够的持续时间来诱导包括生酮作用和显著的 mTOR 抑制在内的代谢转变。较短的每日断食周期(12-15 小时)表现出不一致的自噬效应,这可能是由于相对于复食的检测时机、所检测的组织以及个体在代谢灵活性方面的差异所致。与肌肉或特定单核细胞群相比,血细胞(尤其是淋巴细胞)对断食诱导的自噬反应似乎较弱。包括慢性肾脏病和危重症在内的疾病状态可能会消除或显著减弱对断食的自噬反应。
使用经充分验证的自噬流分析方法来测定自噬的人体研究仍然较少,这限制了就诱导自噬的最佳断食方案得出明确结论。临床前模型显示强烈的自噬激活,而人体研究显示变化微弱或无变化,两者之间的不一致表明自噬调控中存在物种差异,或凸显了当前人体测定技术的局限性。未来的研究需要标准化的自噬流测定方案、组织特异性评估,并高度关注相对于断食和复食周期的检测时机。

