热量限制通过减轻神经炎症和高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型中的胰岛素信号传导失调，从而缓解类似焦虑的行为

《The Journal of Nutrition》：Caloric Restriction Alleviates Anxiety-like Behaviors by Mitigating Neuroinflammation and Insulin Signaling Dysregulation in a High-Fat Diet-induced Obesity Mouse Model

热量限制通过抑制神经炎症和改善脑胰岛素信号通路缓解高脂饮食诱导的小鼠肥胖相关焦虑样行为，并重塑肠道菌群。

　　

徐琦|卢嘉硕|高文英|陈怡敏|张亚丽|黄坤仪|徐安琪|王新怡|桑凯卓|高翔|吴晓军

上海中医药大学公共卫生学院，中国上海201203

摘要

背景

据报道，热量限制（CR）可以促进不同物种（如啮齿动物和果蝇）的寿命延长并改善新陈代谢。然而，关于CR对肥胖相关精神障碍的影响及其潜在机制的研究仍然有限。

目的

本研究旨在探讨CR对高脂饮食（HFD）喂养的小鼠中肥胖相关焦虑行为的影响，并阐明其潜在机制。

方法

将24只雄性C57BL/6小鼠随机分为标准饮食组和高脂饮食组（HFD组），高脂饮食组小鼠连续8周被喂食高脂饮食以诱导肥胖。HFD组中的16只小鼠进一步被随机分为两个小组，分别进行为期4周的额外饮食干预：HFD组和热量限制HFD组（HFCR组），后者摄入的是前3天平均日食物摄入量的70%。研究人员评估了小鼠的体重、焦虑行为、外周胰岛素敏感性、中枢胰岛素信号传导以及粪便微生物群。

结果

与HFD组相比，HFCR有效减轻了HFD引起的体重增加和胰岛素抵抗，最终体重（-28.0%）、葡萄糖AUC（-30.7%）和HOMA-IR指数（-58.8%）均显著降低（P < 0.01）。HFCR还显著减少了开放场地测试和 elevated plus 迷宫测试中的焦虑行为（P < 0.05）。从机制上看，HFCR通过抑制NF-κB激活和JNK磷酸化来抑制神经炎症通路，同时通过IRS1/Akt通路改善中枢胰岛素敏感性（P < 0.05）。此外，HFCR改变了肠道微生物群谱，显著增加了粪便中的短链脂肪酸（SCFA）浓度，其中乙酸和丙酸的水平分别上升了107.7%和57.0%（P < 0.01）。

结论

总之，我们的数据表明，即使不改变饮食组成，CR也能通过调节肠道微生物群、抑制神经炎症和调节大脑胰岛素信号通路来减轻成年雄性肥胖小鼠的HFD诱导的焦虑症状。

引言

肥胖是全球主要的公共卫生问题。根据2023年世界肥胖地图集的报告，全球38%的人口可以被归类为肥胖或超重[1]。肥胖增加了患多种疾病的风险，如糖尿病、高血压和心血管疾病[2]。最近，肥胖被认为是神经精神障碍（包括抑郁症和焦虑症）的主要风险因素[3]。研究表明，肥胖对心理健康的影响源于不良的饮食习惯、缺乏运动以及内脏脂肪的积累。代谢功能障碍与情绪障碍之间的相互作用可能会形成一个恶性循环，从而加速肥胖的发展和相关代谢并发症[4],[5]。

肥胖的特征是体内脂肪异常积累，这通常是由于能量失衡，尤其是摄入高脂饮食（HFD）所致[6]。长期摄入HFD会破坏能量平衡，促进内脏脂肪组织的积累和慢性低度炎症[7]。这会导致促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子（TNF）-α和白细胞介素（IL）-6）的释放，这些因子可以直接作用于神经系统，引发神经炎症，并对行为和情绪产生不利影响[8],[9]。HFD还会改变肠道微生物群的多样性和组成，促进微生物脂多糖的产生，并激活一系列促炎通路[10]。菌群失调会损害肠道，扰乱神经递质的代谢，从而导致情绪障碍的发生[11],[12],[13]。肥胖还会导致大脑中的胰岛素抵抗，并损害下丘脑-垂体-肾上腺轴的功能，从而加重抑郁症[14]。

热量限制（CR）是一种饮食干预措施，它涉及所有营养素的平衡和适度减少摄入量，同时不损害充足的营养[15]。尽管CR对人类的益处尚未完全明确，但研究表明，减少20%到50%的热量摄入量而不导致营养不良可以延长寿命，并预防许多物种（如啮齿动物、果蝇和酵母）的慢性疾病[16],[17]。CR还有助于维持肠道微生物群的平衡，从而促进肠道稳态，并减轻局部和全身炎症[15],[18]。此外，CR可以作为有效的生活方式干预措施，提高胰岛素敏感性并减轻与年龄相关的代谢紊乱[19]。此外，有研究表明CR在神经退行性疾病（如帕金森病和阿尔茨海默病）的动物模型中具有治疗效果[20],[21]。然而，关于CR抗焦虑作用的体内研究主要集中在老年动物上[22],[23],[24],[25]，结果存在矛盾[26]。一些研究[23],[24],[25]发现CR可以缓解老年小鼠和大鼠的焦虑症状，而另一项研究[22]则发现CR会增加中年晚期小鼠的焦虑。关于CR在饮食诱导的肥胖背景下的影响的研究仍然有限。为了填补这一知识空白，本研究旨在探讨CR对HFD诱导的肥胖小鼠的焦虑行为和代谢功能障碍的影响。我们假设CR可以通过调节大脑胰岛素信号通路、减轻神经炎症和改变肠道微生物群组成来缓解焦虑行为。

材料

本研究使用了以下抗体：抗磷酸化NF-κB p65（Ser536）（p-p65）（1:1000，CST，#3033S，美国），抗NF-κB p65（p65）（1:1000，CST，#8242S，美国），抗磷酸化IκBα（Ser32）（p-IκBα）（1:1000，CST，#2859S，美国），抗IκBα（1:1000，CST，#4812S，美国），抗TNF-α（1:500，ABclonal，A20851，中国），抗磷酸化JNK（Thr183/Tyr185）（p-JNK）（1:1000，CST，#4668S，美国），抗JNK（1:1000，CST，#9252S，美国），抗磷酸化胰岛素受体底物1（Ser307）（p-IRS1）（3 μg/mL，Abcam）

HFCR对HFD诱导的肥胖小鼠模型中体重和胰岛素抵抗的影响

在实验的前八周内，对照组的小鼠每日食物摄入量（2.85 ± 0.09 g/只）显著高于HFD组（2.38 ± 0.13 g/只，P < 0.01）。然而，HFD组的能量摄入量（13.10 ± 0.69 kcal/只）高于对照组（10.84 ± 0.36 kcal/只，P < 0.05）。在CR期间，HFCR组的食物和能量摄入量被限制为诱导期的70%。

讨论

焦虑表现为担忧、忧虑或紧张的情绪，伴有身体、认知和行为症状[34]。如果这些症状极度严重、持续存在或干扰日常功能，就可能成为病理状态。先前的研究表明，肥胖是焦虑的主要风险因素[3]。肥胖和焦虑的共同机制包括炎症、氧化应激和内分泌功能障碍。相互关联的边缘系统脑区，如

数据可用性

支持本研究结果的所有数据均包含在文章中，如有需要，也可向通讯作者索取。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号82373563、82473622）和上海市公共卫生系统三年计划（2023–2025年）重点学科（GWVI-11.1-42）的支持。

利益声明

? 作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

概念构思：徐琦和高翔；方法学：卢嘉硕和高文英；验证：黄坤仪、张亚丽和陈怡敏；正式分析：卢嘉硕和高文英；调查：徐琦和高翔；初稿撰写：卢嘉硕、高文英、徐安琪、王新怡和桑凯卓；审稿和编辑：徐琦和吴晓军；监督：高翔和吴晓军；资金获取：徐琦和高翔。所有作者均已阅读并同意发表的手稿版本。