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壽命延長35%,但頭發(fā)減少18%?今日Cell重磅:西湖大學(xué)張兵課題組揭示16 8背后的“代價(jià)”

 新用戶35639136 2024-12-14

飲食干預(yù)一直是抗衰延壽方法里歷史最悠久、證據(jù)最多、最便捷好用的方法之一,但“閱飲食相關(guān)文獻(xiàn)無數(shù)”的派派一直有一個(gè)疑問百思不得其解:

流行的“16+8”是飲食限制抗衰法里既有科研證據(jù)、又有明星代言的大眾款,但大多踐行16+8的個(gè)體都會(huì)在可進(jìn)食的8小時(shí)內(nèi)吃夠和不限食時(shí)一樣多的熱量。不用“挨餓”,卻能發(fā)揮和少吃了高達(dá)40%熱量的“熱量限制”一樣的健康長壽效果,真有這種好事?

不知道你是否也有一樣的困惑,但很顯然,西湖大學(xué)的張兵研究員團(tuán)隊(duì)有,他們鉆研了16+8給身體帶來的影響過程,并在今日發(fā)表在生物學(xué)頂刊《Cell》上的論文中得出了一個(gè)細(xì)思極恐的結(jié)論:16+8饋贈(zèng)的“禮物”,也早已標(biāo)好了“價(jià)格”[1]!

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飲食限制抗衰已有百年的歷史,在此期間,科學(xué)家們?yōu)榇速砼d夜寐,抗衰愛好者從了解到嘗試,它及它名下的概念得到了無數(shù)研究和文獻(xiàn)的論證:延壽35%[2],減輕炎癥,提高運(yùn)動(dòng)能力[3]……不一而足。

益處是相似的,“副作用”卻各有各的奇怪,隨著相關(guān)概念的成熟和流行,越來越多的研究開始致力于證明飲食限制“不靠譜”,有的說它降低免疫增加感染[4],有的說它影響生殖能力[5]……

但本文要討論的,和這些需要建立在一定條件上的副作用都不一樣!而是一種只要禁食就會(huì)出現(xiàn)、不需要其他條件、更合理也更“講道理”的小代價(jià)——正在用限時(shí)禁食抗衰的你,頭發(fā)還好嗎?

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首先是在小鼠身上展開的實(shí)驗(yàn),研究者們給實(shí)驗(yàn)鼠挑選的是16+8限時(shí)禁食法及其升級(jí)版:吃一天、餓一天的24+24限時(shí)禁食法

和人類頭發(fā)不同的是,在生長到一定長度和密度后,小鼠的毛發(fā)就停滯生長并長期維持現(xiàn)狀、不繼續(xù)長長;但如果被剃掉,則會(huì)以較快的速度重生至正常水平。于是研究者們精心挑選了一批剛滿2月齡(少年期)的小鼠,剃光了它們背上的毛發(fā),并開始分組干預(yù)飲食。

在接下來的96天實(shí)驗(yàn)期里,研究者們持續(xù)觀察了這些小鼠的食物攝入量、代謝情況等,當(dāng)然還有毛發(fā)生長情況。

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圖注:小鼠被分為3組,剃毛后分別正常飲食、16+8禁食(TRF)、24+24禁食(ADF)

他們發(fā)現(xiàn),小鼠并不會(huì)因?yàn)楸幌薅ㄔ谀骋粫r(shí)間段內(nèi)吃飯而降低它們的日常熱量攝入量,也正是在這種“無差異”下,研究者們親眼見證了鼠鼠們的代謝健康改善、腸道上皮修復(fù)等;

但同時(shí)他們也觀察到,相比正常飲食組,兩個(gè)限時(shí)禁食組的毛發(fā)再生能力大打折扣,且禁食時(shí)間越長毛發(fā)生長越慢,當(dāng)正常飲食小鼠毛發(fā)蓬勃生長并已實(shí)現(xiàn)基本復(fù)原的時(shí)候,禁食小鼠背上還是稀稀拉拉。

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圖注:禁食組小鼠的食物攝入量不變,代謝得到改善,但毛發(fā)生長受阻

如果雖然恢復(fù)時(shí)間變長,但如果慢慢都能長上,那也沒問題,畢竟作為“可再生資源”,人類對(duì)頭發(fā)最大的期待也就局限于“好看”或者“能看”。但很遺憾,研究者接下來的發(fā)現(xiàn)讓這小小愿望也破滅了:禁食造成的可不是“生長緩慢”,而更傾向于“連根拔起”

一根頭發(fā)微不足道,但從它自己的角度來看,要長出來也是很不容易的:它的生長首先仰賴于健康的毛囊(HF),毛囊通過“生長期-退行期-休止期-脫落期”的循環(huán)保持“在位”毛發(fā)一直是健康且有活力的[6];

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圖注:頭發(fā)生長周期,依次為生長期、退行期、休止期和脫落期,周而復(fù)始

但一個(gè)毛囊的能力畢竟有限,每個(gè)毛囊一生中只經(jīng)歷10到30次循環(huán),也就是在同一位置生產(chǎn)出10-30根毛發(fā),需要填補(bǔ)空白增加密度,還需要毛囊干細(xì)胞(HFSC)周期性生產(chǎn)新的毛囊,保障毛發(fā)生產(chǎn)基地——毛囊數(shù)量的穩(wěn)定[7]。

禁食抗衰想要一波帶走的,偏偏正是最重要、最根源的毛囊干細(xì)胞。

用EdU染色來追蹤HFSC的增殖情況,用caspase-3染色來顯示HFSC的凋亡情況,研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過24小時(shí)的禁食后,小鼠皮膚里的HFSC增殖急劇減少,凋亡大幅增加,平均每次進(jìn)食都會(huì)導(dǎo)致約25%的HFSC被激活,但進(jìn)入禁食后其中90%又被消除。

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圖注:禁食組小鼠的毛囊干細(xì)胞隨著禁食周期被不斷激活和消除

在這“激活-消除-激活-消除……”的反復(fù)中,短期的間歇性禁食會(huì)阻止毛囊再生程序進(jìn)入后期階段,導(dǎo)致毛囊再生延遲,長期的則還會(huì)導(dǎo)致HFSC損失和毛囊退化,讓這一小塊皮膚再也長不出毛發(fā)出來。

小鼠年紀(jì)輕輕就被迫“禿了”,這同樣值得人類的警醒。研究者們同期開啟了一項(xiàng)包含49位年輕人的臨床試驗(yàn),發(fā)現(xiàn),僅12天的18+6禁食就能讓他們的頭發(fā)生長速度降低18%,且新長出的頭發(fā)更短更細(xì)……年輕人尚且如此,已經(jīng)出現(xiàn)脫發(fā)困擾的老年人可咋辦?愁愁愁。

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圖注:在這項(xiàng)編號(hào)為NCT05800730的臨床試驗(yàn)中,受試者頭發(fā)生長也受到禁食限制

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人類和小鼠的雙重驗(yàn)證,把隱藏在發(fā)叢中的“18%頭發(fā)損失”拎到了明面上,但為啥其他器官享受抗衰好處頭發(fā)遭殃,難道真的因?yàn)樗鼈儾恢匾??研究者嘗試去找到“禁食消耗頭發(fā)”的背后真相,以還頭發(fā)們一個(gè)清白。

No.1

皮膚皮膚,請回答,我方已發(fā)出禁食信號(hào)!

毛囊干細(xì)胞的凋亡主要發(fā)生在禁食期,那禁食的信號(hào)又是怎么傳遞給身體各處的呢?主要通過兩條路徑:

①身體對(duì)低能量水平反應(yīng)的關(guān)鍵——交感神經(jīng);

②調(diào)節(jié)人體對(duì)禁食生理適應(yīng)的激素——腎上腺素。

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圖注:關(guān)于“禁食信號(hào)是如何傳遞給毛囊”的兩個(gè)猜想

當(dāng)用神經(jīng)毒素清除了小鼠皮膚里的交感神經(jīng),研究者發(fā)現(xiàn)限時(shí)禁食造成的小鼠毛發(fā)生長困難問題并沒被解決,①不對(duì),那就只剩②了。

因?yàn)榇蚱屏苏5娘嬍骋?guī)律,限時(shí)禁食的禁食期其實(shí)可以被視為一種人為“壓力”:禁食12小時(shí)后,這種壓力就會(huì)促使小鼠腎上腺素釋放,同時(shí)與之相應(yīng)的,瘦素水平降低、皮質(zhì)酮增加

當(dāng)用敲除皮質(zhì)醇受體或使用腎上腺素阻斷劑的方法處理小鼠,它們的毛囊干細(xì)胞(HFSC)凋亡情況就能得到緩解;而如果直接切除小鼠兩個(gè)腎上腺,則它們HFSC凋亡及毛發(fā)再生困難的問題就會(huì)立刻消失;

相反,如果給正常飲食小鼠皮膚注射皮質(zhì)酮或腎上腺素,則會(huì)額外誘發(fā)本來“不該禿”小鼠的毛囊干細(xì)胞凋亡和毛發(fā)再生困難。

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圖注:注射腎上腺素或皮質(zhì)醇促進(jìn)毛發(fā)生長困難,而切除腎上腺能改善這一點(diǎn)

這是什么“神級(jí)生發(fā)靈”!知道了是腎上腺素在才是頭發(fā)的幕后黑手,但腎上腺素到底做了什么尚且不清除,于是研究者們接著探索。

No.2

收到收到,脂肪酸代謝已就緒,隨時(shí)準(zhǔn)備“攻擊”

和發(fā)出信號(hào)端有兩條路徑一樣的是,禁食作用在皮膚接收端也有兩種主要反應(yīng):

①常見衰老相關(guān)途徑mTORC1的抑制;

②脂肪細(xì)胞里脂肪分解的激活。

前者早已出現(xiàn)在無數(shù)衰老研究的論文里,證明了自己強(qiáng)大的抗衰老能力,但很可惜,即使人為保持mTORC1的長期活躍,也并不能緩解小鼠的“脫發(fā)”進(jìn)程,說明抑制mTORC1的確是禁食抗衰的關(guān)鍵,但它索取的“代價(jià)”并不是頭發(fā)。那就一樣,只剩②嘍。

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圖注:人為長激活mTORC1(即敲除TSC2)不會(huì)改善小鼠毛發(fā)情況

相比①的衰老密切相關(guān)性,②其實(shí)更像是禁食減重方面的體現(xiàn),禁食16小時(shí)后,脂肪細(xì)胞就會(huì)因?yàn)檩^低的血糖水平誤以為身體面臨饑荒,并開始分解脂肪為身體使用脂肪作為能量源做準(zhǔn)備

這本是很正常的生理過程,但分解出來的脂肪酸,如棕櫚酸、油酸、亞油酸等畢竟不是正常細(xì)胞的常用能量來源(正常能量來源是葡萄糖),其氧化產(chǎn)能的過程會(huì)從電子傳遞鏈中泄漏出更多的活性氧ROS,這些多余的ROS會(huì)攻擊線粒體和DNA,造成線粒體功能障礙和基因組不穩(wěn)定

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圖注:禁食小鼠的皮膚中,脂質(zhì)分解及代謝增多,造成的線粒體和DNA損傷也更多

這種破壞對(duì)不那么堅(jiān)韌的毛囊干細(xì)胞而言是致命的,所以身處脂肪酸浸潤環(huán)境的干細(xì)胞們紛紛凋亡;當(dāng)研究者直接將脂肪酸注射到正常飲食小鼠的皮膚里,HFSC凋亡狀況一樣會(huì)出現(xiàn)。

好消息是,ROS的破壞在干掉脆弱干細(xì)胞的同時(shí)加強(qiáng)堅(jiān)韌干細(xì)胞的應(yīng)激對(duì)抗能力,壞消息是,現(xiàn)代人類的頭皮上,“脆弱毛囊干細(xì)胞”的比例似乎……

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圖注:“堅(jiān)韌”的毛囊干細(xì)胞會(huì)因?yàn)榻车目简?yàn)變得“更堅(jiān)韌”

所以!經(jīng)過研究驗(yàn)證,從腎上腺素分泌到脂肪分解,禁食造成的頭發(fā)問題似乎是一個(gè)偶然(指其并非是抑制經(jīng)典衰老途徑mTORC1需要付出的“代價(jià)”),但也是一個(gè)必然(指只要限時(shí)禁食,尤其是長時(shí)禁食,就一定會(huì)激活這一系列過程),那么問題來了:

誠實(shí)的人類啊,你丟失的是這個(gè)35%壽命呢?還是這個(gè)18%頭發(fā)呢(實(shí)際可能更多)?還是對(duì)正常飲食的選擇呢?

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圖注:“沒想到吧?”河(派)神(派)露出了缺德的笑容(bushi)

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禁食抗衰的脫發(fā)“副作用”讓人糾結(jié),但研究者表示:別擔(dān)心,這不是問題,禁食的同時(shí)采取一定措施保護(hù)好頭發(fā)不就好了。

因?yàn)轭^發(fā)面臨的最直接打擊就是活性氧,于是研究者們想,是不是只要注意給這些毛囊干細(xì)胞做好抗氧化就可以?于是他們采取了在皮膚上局部涂抹抗氧化劑維生素E及通過基因編輯直接提高小鼠自身抗氧化酶表達(dá)兩種方法,觀察抗氧化對(duì)小鼠毛發(fā)的拯救效果。

果不其然,這兩種方法作用下禁食小鼠的毛囊干細(xì)胞凋亡都得到了有效遏制,毛發(fā)再生困難的情況也都得到了緩解。

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圖注:涂抹維生素E(VE)或過表達(dá)抗氧化酶(CAT)能改善禁食小鼠毛發(fā)生長

禁食掉頭發(fā)的“鬼故事”成功告破,這一問題的解決甚至比其他衰老問題更簡單:維生素E搽頭皮,煥發(fā)毛囊新活力!甚至,維生素E只是抗氧化劑中常見的一種,其他抗氧化劑如麥角硫因、NAC等也都躍躍欲試,說不定也能在頭發(fā)保衛(wèi)戰(zhàn)中一顯身手。

而且,研究者們表示,只是解決了一款抗衰方法的副作用未免“大材小用”,他們發(fā)現(xiàn),即使沒有禁食,也有一些毛囊干細(xì)胞因?yàn)槿粘Q趸瘧?yīng)激而凋亡,在真皮脂肪層擴(kuò)張了的老年皮膚中則更為明顯,本文研究也為找到自然脫發(fā)的原因和解決方法提供了新思路——

為了一頭烏黑濃密的頭發(fā),就算不再禁食,也可以用抗氧化劑試試看呢?

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圖注:老年性脫發(fā)也一定程度是因?yàn)橹舅峤櫾斐傻难趸瘧?yīng)激

[本文標(biāo)題為《Intermittent fasting triggers interorgan communication to suppress hair follicle regeneration》,發(fā)表在生物學(xué)頂刊《Cell》正刊上。通訊作者為西湖大學(xué)張兵研究員,第一作者為西湖大學(xué)陳晗、劉超和崔詩遙。本文受到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目32170850 ~ B.Z.)、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目2024SSYS0031)、西湖生命科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室、未來產(chǎn)業(yè)研究中心(RCIF)、西湖大學(xué)合成生物學(xué)與集成生物工程研究中心的資助和支持。]

參考文獻(xiàn)

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