间歇性禁食改善中年高脂饮食小鼠糖代谢的机制探索

为探究间歇性禁食（IF）对糖尿病的预防作用，郑州大学研究人员对小鼠开展研究，发现 IF 可改善糖代谢，为预防糖尿病提供新途径。

　　

一、研究背景

在全球范围内，糖尿病尤其是 2 型糖尿病（T2DM）的患病率正不断攀升。国际糖尿病联盟报告显示，2019 年全球有 4.63 亿人受糖尿病影响，65 岁及以上人群中患病率高达 19.3% 。老年糖尿病及其并发症不仅会导致残疾，还伴随着高死亡率，给社会和家庭带来沉重的经济和照护负担。

T2DM 主要发生在老年人群体中，在临床确诊之前，往往存在一个漫长的前驱阶段，表现为血浆葡萄糖在非糖尿病范围内逐渐升高、体重增加以及胰岛素抵抗。其中，葡萄糖代谢紊乱在糖尿病确诊前至少 20 年就已出现。因此，采取有效干预措施预防中老年人糖尿病的发展迫在眉睫。

减肥是改善葡萄糖代谢紊乱、预防上述疾病发生和发展的关键策略。而饮食干预，特别是间歇性禁食（IF），在 T2DM 的预防和治疗中备受关注。IF 是一种在进食期和禁食期交替的饮食模式，包括隔日禁食、改良隔日禁食、周期性禁食、限时进食和与宗教相关的禁食等。已有研究表明，IF 能够减轻体重、降低炎症和抗氧化应激水平，还能提高胰岛素敏感性。然而，IF 延缓或纠正异常葡萄糖代谢的潜在机制尚未明确。有证据显示，IF 干预与肠道菌群组成的改变有关，而肠道菌群及其相关代谢物的变化可能参与了肥胖、胰岛素抵抗和 T2DM 的病理生理过程。基于此，郑州大学的研究人员开展了相关研究，旨在探究 IF 是否通过调节肠道菌群及其代谢物来影响中年小鼠高脂饮食诱导的糖代谢。该研究成果为糖尿病的预防提供了新的思路和方向，具有重要的理论和实践意义，研究成果发表于相关学术期刊。

二、研究方法

研究人员选取 28 只 8 月龄的雄性 C57BL/6J 小鼠，购自北京维通利华公司。将小鼠饲养在温度为 25±2°C、相对湿度 60±5%、12 小时光照 / 黑暗循环的环境中，自由摄食普通饲料和水。适应 7 天后，随机分为三组：正常对照组（NC，n=5）喂食正常饲料；高脂饮食组（HFD，n=10）和高脂饮食 + 间歇性禁食组（HFD+IF，n=8）喂食高脂饲料。HFD+IF 组小鼠每隔一天禁食 3 天（周一、周三和周五）。每周测量小鼠体重和食物摄入量，实验结束后收集新鲜粪便样本和血液样本，分离血清，采集器官并称重。

研究采用了多种技术方法来深入探究 IF 对小鼠的影响。通过 16S rRNA 基因测序分析肠道菌群，该技术可以对肠道微生物群落进行全面的特征分析，了解菌群的多样性和组成变化；利用非靶向代谢组学检测血清代谢物，能够系统地分析血清中代谢物的变化情况，挖掘潜在的生物标志物和代谢途径；进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT）、腹腔注射葡萄糖耐量试验（IPGTT）和腹腔注射胰岛素耐量试验（IPITT）评估小鼠的葡萄糖代谢和胰岛素敏感性；测定空腹血清葡萄糖、胰岛素水平并计算胰岛素抵抗指数（HOMA-IR），以量化胰岛素抵抗程度；还对肝脏和脂肪组织进行组织学分析，直观观察组织形态学变化 。

三、研究结果

1. IF 改善高脂饮食小鼠脂肪积累和全身葡萄糖代谢：实验开始时，三组小鼠的基线体重和血糖水平无显著差异。IF 干预后，NC 组和 HFD+IF 组之间体重无显著差异，HFD 组体重明显高于 NC 组。HFD+IF 组平均每周食物摄入量少于 HFD 组，但差异不显著。HFD 组的皮下脂肪、内脏脂肪和肝脏重量显著高于 NC 组，而 HFD+IF 组这些指标相较于 HFD 组显著降低。H&E 染色结果显示，IF 抑制了高脂饮食诱导的脂肪细胞增大，HFD+IF 组脂肪细胞大小明显减小。这表明 IF 干预能够降低中年高脂饮食小鼠的血糖和脂肪积累。
2. IF 提高高脂饮食小鼠葡萄糖耐量和胰岛素敏感性：进行 IPGTT、OGTT、IPITT 和空腹血清胰岛素水平检测。结果显示，HFD+IF 组葡萄糖耐量较 NC 组仍有一定程度受损，但相比 HFD 组有所改善；OGTT 结果表明，HFD+IF 组葡萄糖耐量优于 HFD 组，且与 NC 组差异不显著；IPITT 和 HOMA-IR 结果显示，HFD+IF 组胰岛素敏感性较 NC 组显著降低，但相比 HFD 组有所提高。这说明 IF 干预能适当调节中年高脂饮食小鼠的血糖和胰岛素敏感性。
3. IF 缓解高脂饮食小鼠肠道菌群失调：16S rRNA 基因测序结果显示，三组小鼠肠道菌群的内在生物多样性（Chao 1、ACE、Shannon 和 Simpson 指数）无显著差异，但 PCoA 分析的 β 多样性显示 IF 干预后微生物种群存在显著差异。优势菌门为拟杆菌门（Bacteroidota）和厚壁菌门（Firmicutes）。在属水平上，HFD 组中嗜胆菌属（Bilophila）、柯利德克斯杆菌属（Colidextribacter）等相对丰度显著增加，毛螺菌科 NK4A136 组（Lachnospiraceae_NK4A136_group）等相对丰度显著降低；HFD+IF 组中 Muribaculaceae、拟杆菌属（Bacteroides）等相对丰度显著增加，Bilophila、Colidextribacter 等相对丰度显著降低。HFD 组的厚壁菌门 / 拟杆菌门（F/B）比值显著高于 NC 组，HFD+IF 组的 F/B 比值低于 HFD 组。LEfSe 分析表明，HFD 组中一些机会致病菌显著富集，而 HFD+IF 组中 Rikenellaceae、拟杆菌科（Bacteroidaceae）等细菌更为丰富。这表明 IF 干预与中年高脂饮食小鼠肠道菌群组成的改变有关。
4. IF 改变高脂饮食小鼠血清代谢物：非靶向代谢组学分析结果显示，PCA 和 PLS-DA 分析表明 NC、HFD 和 HFD+IF 组的代谢谱存在显著差异，IF 干预后 HFD 小鼠的血清代谢谱发生改变。OPLS-DA 分析进一步筛选出差异代谢物，HFD 组与 NC 组相比，有 154 种差异代谢物；HFD+IF 组与 HFD 组相比，有 51 种差异代谢物。KEGG 通路分析表明，这些差异代谢物涉及不饱和脂肪酸的生物合成、亚油酸代谢等多条代谢途径。其中，N - 乙酰甘氨酸、奥贝胆酸和硬脂酸在 IF 干预后向 NC 组趋近，可能是潜在的生物标志物。这说明 IF 干预改善了中年高脂饮食小鼠的血清代谢谱。
5. 化学指标、血清代谢物和肠道菌群的相关性分析：Spearman 相关性分析显示，在 NC 组和 HFD 组比较中，Clostridia_UCG-014 和 Dubosiella 与体重、血糖等呈负相关，Bilophila 等与体重、血糖等呈正相关；在 HFD 组和 HFD+IF 组比较中，Muribaculaceae 与体重、脂肪量呈负相关，Bacteroides 和 Parabacteroides 与体重、脂肪量等呈负相关。同时，特定肠道菌群与差异血清代谢物之间也存在相关性，如 N - 乙酰甘氨酸等与 Parabacteroides 呈正相关，与 Bilophila 呈负相关。这表明血浆中与全身炎症相关的潜在代谢物与肠道炎症和神经炎症密切相关。

四、研究结论与意义

本研究表明，IF 干预显著降低了中年高脂饮食小鼠的体重增加，增强了胰岛素敏感性，改善了葡萄糖耐量。肠道菌群和血清代谢物的改变可能是 IF 改善高脂饮食诱导的糖代谢紊乱的关键因素。然而，该研究也存在一些局限性，如 NC 组小鼠数量较少，可能导致统计误差；IF 干预与宿主在肠道内相互作用的详细机制仍有待进一步研究。尽管如此，该研究为在中老年人中开展糖尿病预防试验提供了新的途径，有助于推动糖尿病预防和治疗领域的发展，为开发更有效的干预策略提供了重要的理论依据 。