熱量限制（Caloric restriction，CR）指在提供生物體充分的營養成分如必需胺基酸、維生素等，保證生物體不發生營養不良的情況下，限制每日攝取的總熱量，又稱為飲食限制（Dietary restriction，DR）。McCay等於1935年首次報導CR延長大鼠壽限，迄今70餘年來，大量實驗已表明CR是除遺傳操作以外最強有力的延緩衰老方法，被稱為衰老研究領域最重大的發現。同時CR還推遲和降低多種老齡相關疾病如腫瘤、心血管疾病、2型糖尿病等發病。CR已經成為衰老機制及干預措施研究的一個重要模型，並且已有不少研究探索如何在人類實行CR。
基本介紹
- 中文名：熱量限制
- 外文名：Calorie restriction
- 又稱：飲食限制
- 縮寫：CR
CR延緩模式,健康問題,策略研究,結論與展望,研究獲進展,
CR延緩模式
CR延緩衰老的評價
衰老是一個複雜和漸進的生物學過程，涉及每一個器官和組織廣泛的慢性改變，並且和多種疾病相關聯，衰老學家雖然提出了許多學說，但迄今還不能確定衰老的原因，這種複雜性帶來的一個問題是如何才能最準確地評價衰老程度及衰老乾預措施的效果？多種指標如種群個體的最長壽命、種群最後死亡10%個體壽命的平均值、平均壽命、年齡特異死亡率、年齡相關生物學標誌物的變化等都曾用於衰老乾預的評價。學者認為平均壽命不適合用於衰老乾預措施的評價，因為某些防治老年相關疾病的措施，可以使生物避免因病過早死亡，從而延長平均壽命，但該措施可能對衰老沒有作用；用種群個體的最長壽命作評價指標，Gavrilov和Gavrilova等認為其可靠性有問題，推薦採用種群最後死亡10%個體壽命的平均值這一標準；年齡特異死亡率是最為廣泛接受的衰老評價指標，因為衰老常常被定義為在成年期隨著增齡變化，其患病易感性增高和存活可能性的進行性降低,從而年齡特異死亡率會隨著年齡增加而逐漸升高，套用該評價指標時需要注意的是，某些干預措施在開始套用時能顯著減低死亡率，但持續套用卻並不能降低年齡特異死亡率的升高，這反映該干預措施對衰老過程可能沒有作用；由於人類的壽限很長，通過觀察最大壽限來評價干預措施的效果難以實施，而利用生物學標誌物來評價是比較理想的方法，問題是雖然有很多生物學指標隨增齡而變化，但這些指標不一定反應衰老的本質和與衰老具有良好的定量關係，迄今還沒有發現任何一個生物學標誌能反映衰老本質和滿足所有作為理想標誌物的要求，Masoro認為可靠的特異生物學標誌物的缺乏嚴重限制了衰老生物學研究。
熱量限制也可推遲和降低老年相關疾病的發生，如腫瘤、心血管疾病、糖尿病、自身免疫病等，但現在還無法確定這些疾病和衰老的因果關係，故仍應該將衰老當作一個獨立的生物學過程來看待，不能用年齡相關疾病的發病率來評價衰老。
CR延緩模式以及生物和人類的衰老
CR延緩衰老已在低等模式生物如酵母、果蠅、線蟲等大量進行，發現能夠延長平均壽命和最大壽限；由於對這些低等模式生物進行遺傳操作較為容易，常常成為CR機制研究的模型，很多CR作用通路的確定均在這些模式生物上完成。但近期研究發現CR延長最大壽限具有性別選擇性，如延長雌性果蠅壽限的效果更好；並且也發現在剛啟動CR時，果蠅死亡率的顯著降低，此後與未限食組相比死亡率沒有影響，即CR雖然延長最大壽限，卻不能降低年齡特異死亡率升高，因此作者認為對果蠅的衰老過程可能沒有影響。但這一結論基於衰老如何評價，還有待進一步研究。
大鼠和小鼠是最常被用作研究的哺乳動物，大量研究表明CR能不同程度延長多種品系鼠的最大壽限，從約30%～56%不等。鼠類對啟動CR時間的反應可能存在種間差異，如研究發現在F344×BNF1大鼠18月齡或26月齡啟動CR，不能延長壽限，但Dhahbi等最近報導在B6C3F1小鼠19月齡啟動CR也能延長平均和最大壽限、推遲腫瘤的發生。
在自然壽限短的物種，CR具有明確的延長壽限的效果，在壽限較長的物種（大於3年）是否也有延長壽限作用呢，有研究對狗、牛等均進行了觀察，發現CR能延長最大壽限，如Kealy等給Labrador Retrievers狗從出生後第8個星期開始予以25%的熱量限制，結果CR狗血糖、血胰島素水平、血漿甘油三酯等下降，最大壽限延長，慢性疾病發病的時間推後。
靈長類動物在進化上與人更為接近，可能提供CR延緩人類衰老的有力證據，19世紀80年代後期開展了靈長類動物如Rhesus猴及squirrel猴CR研究，它們的壽限在40年左右，現在尚未觀察到CR對其最大壽限的影響，但據報導CR引起的生理和生化反應，與在嚙齒類動物相似，包括血漿胰島素水平、體溫、血膽固醇、血壓、血甘油三酯等下降；血高密度蛋白、血漿脫氫表雄酮、胰島素受體敏感性等與未限食組比較升高，提示CR對靈長類動物可能具有相同的功效。
CR延緩人類衰老
在人類實行CR存在許多實際的困難，並且人類的壽限相當漫長，迄今為止，還沒有設計嚴格的在人類終生實行CR的干預研究，日本Okinawan地區長壽人群的發現和研究可看作是人類終生實行CR的例子，為CR是否延緩人類衰老提供了重要資料。日本Okinawan地區人群的死亡率為世界最低，百歲老人的比例世界最高，和美國人相比60～64歲間Okinawan人死亡率要低50%，心臟病、腦卒中、癌症等病死亡率比日本其他地區及美國人低30%～40%。研究認為這主要源於Okinawan人的食譜，他們的食譜主要由蔬菜、穀物、水果、大豆及魚類組成，每日消耗的總熱量比日本其他人群低20%，比美國低40%。該發現提示長期熱量限制對健康的作用有明確的價值，問題是Okinawan人雖然百歲老人很多，但達到人類最大壽限甚至越過人類最大壽限的卻沒有，人們開始質疑CR能否延長人類最大壽限。最近也有人從進化角度推論CR在低等動物有效，但對人類最大壽限沒有作用或者作用輕微，很明顯該爭議在今後相當長的時間內都難以解決。
一些在人類進行的短期CR研究表明，CR志願者出現的生理生化變化與哺乳動物相似。1991年8個志願者實行CR，每日消耗的熱量比預期少30%左右，實驗為期2年，結果實驗期間及回到正常飲食後1年半內，代謝率、體溫、血壓、血糖水平、血漿胰島素水平及甲狀腺素水平均出現降低。Fontana等報導一些熱衷於CR的志願者組成了熱量限制協會（caloric restriction society）,該協會18個成員限食3～15年不等，平均每天消耗1112～1958kCal熱量，而年齡身高相匹配的對照組每天消耗1976～3537kCal，限食者血壓、血糖、血漿胰島素水平降低、血脂譜改善（甘油三酯、總膽固醇、LDL降低；高密度脂蛋白升高）、C反應蛋白降低。最近Heilbronn等最近報導在2002～2004年間招募48名志願者進行CR，6個月後結果發現血漿胰島素水平、體溫顯著下降，表明6個月的限食已能觀察到CR的效果。美國NIH衰老研究中心最近啟動了多項CR對人類健康及老化干預效果的研究，以期確認CR防治人類老年相關疾病和老化的效果及機制。
健康問題
CR延緩生物衰老和預防老年相關疾病的突出效果，使人們忽略了CR對健康可能帶來的不利影響，這方面的資料也相對較少，但已有的研究表明不適當CR可引起多種健康問題如低血壓、體重過低、性慾散失、女性月經不調、生育能力減退、骨質疏鬆，也可引起精神行為方面的障礙。
低血壓
Walfor等報導，在啟動CR的數月之內收縮壓從108mmHg下降到88mmHg，舒張壓從77 mmHg下降到54mmHg；Fontana等報導經過1年的CR，收縮壓降低大約20 mmHg，舒張壓降低11mmHg，CR引起血壓降低的確切原因還不清楚，但過度的低血壓可能導致頭暈及在暈倒過程中受到外傷，是CR過程中應該注意的問題。
體重過度下降及脂肪貯存明顯減少
CR啟動之後，體重迅速降低，體重指數有可能低於正常範圍，體重過低是某些疾病的危險因素。CR時體內脂肪含量迅速下降，體內能量儲備減少，在遇到飢餓及需要消耗能量的情況，如劇烈的長時間的運動包括登山、長跑等會存在危險。
引起性慾散失女性月經不調及不育
過度CR引起性慾散失、女性月經不調及不育。在懷孕前及懷孕期實行CR對母體及胎兒均有較嚴重影響，如出現早產、低體重兒，因此在此期間不能進行CR。
骨質疏鬆
據報導CR可引起骨質疏鬆、尤其對於更年期後的婦女更應注意該問題。⑤精神行為障礙：研究通常忽略CR對動物及人類精神行為方面的影響，但資料顯示CR可引起抑鬱、易激惹、焦慮等情緒異常及一些行為異常。
策略研究
經典的CR方式對衰老和健康均有明顯效果，但經典的CR採用每日、大劑量，強調在生命早期就啟動CR才能獲得效果，在人類實施存在很多困難，因此對CR的劑量、啟動時機等也進行了研究，以探索適合人類的CR策略。
經典CR其熱量攝入比自由攝食低40%
研究探索了CR的量效關係Weindruch等報導，與自由進食鼠相比，採用25%、55%及65%等不同程度的CR，發現延長小鼠壽限具有明顯量效關係，即劑量越大，延長壽限效果越明顯；最近Dirks等發現與自由取食相比，熱量攝入限制8%即對各種生化指標及炎症標誌物有顯著改善。表明劑量較小的限食雖然不能獲得CR的最大效用，但對人類而言，可能是一個比較易於實行的選擇。
經典CR每日均進行熱量攝入限制
最近出現隔日實行CR的方式，採用空腹1日，再自由取食1日，研究發現採用這種CR方式與每日CR比較效果相同；並且該研究還發現了一個新現象。CR小鼠在自由取食期，食量大大增加，所以動物總的熱量攝取與對照組相當，這就引起一個問題：經典CR的延長衰老效果取決於機體是否處於空腹狀態，而不是熱量攝入的限制，該現象對傳統的熱量限制延緩衰老研究提出了嚴重的挑戰，但還需要深入的研究，才能證實這一結論。
關於啟動CR的時機也有探索
早期的CR研究強調CR應該在斷奶或者生命早期進行，但研究發現在動物生長發育期之後啟動CR和在斷奶即啟動CR獲得相同的效果；僅在青春發育期實行CR，不能延長最大壽限。Weindruch等發現在小鼠12月齡開始限食可延長動物壽限；近期Dhahbi等發現在小鼠19月齡開始限食，可延長其平均壽命和最大壽限，而且顯著減低年齡相關疾病如腫瘤的死亡率，說明在生命後期進行CR均也可收到相應的效果。
上述的探索表明在人類實行CR，其給與方式如劑量、持續時間等選擇很重要，還需要深入研究，對於熱衷和實行CR的人群而言，應該採取謹慎和一定的策略，講求合適的劑量、方式、時間，如在生長發育期、懷孕期以及體重指數低者應避免實行CR。
結論與展望
CR被稱為除遺傳操作以外，迄今為止最為有效的衰老乾預方式，不僅顯著延長物種最大壽限，也能推遲和降低老年相關疾病的發生。但CR能否延長人類最大壽限存在爭議，並且在相當長的時間內都無法等到解決。在人類實行CR，應該採取謹慎的態度和合適的策略，避免CR可能引起的對機體的不良反應。今後，CR研究在幾個方面越來越受到重視：一是繼續積累在人類的資料，尤其CR對老年相關疾病如糖尿病、腫瘤等的預防及治療作用；二是CR的分子機制研究及擬效劑的尋找，由於CR在人類存在很多困難，因此人們希望通過分子機制的研究，在分子水平找到模擬其作用的物質，這樣可以避免漫長，甚至顯得有些嚴酷的限食實踐，而取得與CR相似的效果。這是最近興起的一個衰老乾預的熱點領域，並已經取得重要的進展。三是可靠衰老生物學標誌物的尋找，在人類進行嚴格的終生CR干預實驗不切實際，時間漫長，若能找到衰老生物學標誌物，則大大有助於CR干預人類衰老的評價和機制研究。
研究獲進展
2009年《自然》雜誌報導，科學時報
科學家在70年前發現，從食物中攝取的熱量低於其實際能量需求的大鼠比始終自由取食的大鼠壽命長。這種熱量限制（CR）效應引發了廣泛的研究興趣，隨後的研究證明該效應在其他物種如線蟲、果蠅和小鼠中也存在。
20世紀90年代，研究人員開始對非人類的靈長類進行熱量限制實驗，目前實驗仍在進行中。從長遠來看，這一系列研究的最終目標是確認熱量限制是否能延長人類的壽命。英國阿伯丁大學的John Speakman和Catherine Hambly於2007年在《營養學雜誌》上發表研究論文探討來自動物的實驗結果是否適用於人類以及該方法是否具有可行性。如果該效應在人類身上得到確證，那么開發具有類似熱量限制作用的新藥物也將成為可能。
鑒於熱量限制能夠延長壽命已經在多個物種中得到證實，這將促使研究人員傾注大量的科研投入來研究其作用機理。目前已經清楚的是在小型齧齒動物中，熱量限制主要是通過降低癌症的發生來延長壽命。這一點對實驗室飼養的齧齒動物非常重要，因為癌症是導致其死亡的主要原因。
然而，熱量限制並不能抑制所有的癌症。限制飲食能影響大多數癌症，而不是所有的癌症，其原因目前尚不清楚。來自美國麻省劍橋Whitehead生物醫學研究所的Nada Kalaany和David Sabatini發表在4月9日出版的《自然》雜誌上的突破性發現將有助於加深對這一問題的理解和認識。他們將幾種不同的腫瘤植入小鼠體內，然後觀察在熱量限制的條件下哪些腫瘤生長哪些不生長，他們發現生長的腫瘤中負責編碼磷脂醯肌醇三羥基激酶（PI3K）的基因發生了突變。PI3K是細胞內胰島素信號轉導通路的一部分，胰腺分泌的胰島素與細胞表面的相應受體結合，繼而引發一系列級聯反應，最終作用到細胞核，進而激活或者抑制某些基因的表達。熱量限制導致胰島素水平顯著降低，這有可能引起上述信號通路被抑制，增加細胞進入程式性死亡的可能性，從而抑制腫瘤的生長。但在一些突變的腫瘤中儘管胰島素水平很低，PI3K依然保持活性，這些腫瘤在熱量限制情況下仍然會生長。
最讓人感興趣的是，他們同時發現，改變某一腫瘤的PI3K狀態能將其從對食物限制不敏感改變為對食物限制敏感。這一新發現為了解癌症的發病機理和治療提供了信息：一方面，熱量限制有可能作為一種有效方法套用於某些癌症的臨床治療；另一方面，適用於熱量限制治療的癌症可以通過測定PI3K信號通路的突變狀態來鑑定。
