互动科普

少食而同时保证摄入足量蛋白质、脂肪、维生素和矿物质，这样就能奇迹般地增进啮齿类动物的健康与寿命。人类的健康与寿命是否也能得益于低热量饮食。

60年前，美国康奈尔大学的科学家们得出了一项意外的发现。克莱夫·M.麦凯及其同事让大鼠摄入热量很低的饮食，结果使其寿命上限延长了33%，即从3年延长到4年。其后，他们又发现，与正常饲喂的同类动物相比，摄取低热量饮食的大保持年轻状态的时间较长，同时所患老年性疾患也较少。从30年代起，摄食热量限制一直是唯一已被令人信服地证明能够减缓啮齿类动物（和人类一样同属哺乳动物)和从单细胞的原生动物到线虫，果蝇和鱼类的多种动物衰老的有效手段。

当然，这种摄食方式的巨大作用也引出了一个问题——它究竟能否延长人类的寿命和良好健康状态？这一问题还远未找到确切答案。然而，这种摄食方式能在一系列动物中奏效这一事实显示着，答案很有可能是肯定的。此外，从猴子到人类的一些令人感兴趣的线索也支持这一观点。

当然，即使摄食热量限制确实是人类保持青春活力的源泉，它也决不会受欢迎。毕竟我们对坚持摄食热量限制的跟踪记录还太缺乏。然而，科学家们有朝一日终将开发出新的药物，这类药物或者将长期对我们的胃口进行安全的控制，或者将模拟摄食热量限制对机体组织的有益作用。后一种方法有可能既让人们获得摄食热量限制的保健效能，又让人们能够摄取相当正常的饮食，目前，许多实验室(其中包括笔者本人在威斯康星-麦迪逊大学的实验室）正在努力了解摄食热量限制使动物延缓衰老的细胞基础和分子基础，尽管此刻我们当中的大多数都是主要致力于了解衰老过程本身，但我们的努力有可能换来摄食热量限制的实用替代手段。

啮齿类动物——少食长寿

对摄食热量限制的研究现已揭示出令人惊异的一系列对动物的好处——只要实验动物的营养需求能够得到仔细的满足。就大多数研究而言，实验动物（通常是小鼠或大鼠）所摄取的热量要比对照组的同类动物少30~50%,并且其体重也要轻30~50%。与此同时，实验动物获得了足够的蛋白质、脂肪、维生素和矿物质，以维持其机体组织的有效运作。换句话说，实验动物所实行的是言过其实的“节食”，在这种情况下，它们所摄取的是最低限度的热量,但同时又不至于营养不良。

若是实验动物的营养需求能真正得到满足，摄食热量限制将始终如一地延长一个种群的平均寿命,并将延长最长寿命——该种群中存活时间最长的成员的寿命。这一最终结果意味着，摄食热量限制调整了某种基本的衰老过程。任何防止了过早死亡（如可预防的或可治愈的疾病或事故造成的死亡）的因素都将延长一个种群的平均寿命。然而，要使最为强壮的个体的寿命长于现有的最长寿命，就必须真正减缓衰老的速率。

除了延长寿命以外，啮齿类动物的低热量饮食还延迟了老年期常见的大多数大病的发生[参阅12页框内文字]其中包括乳腺癌，前列腺癌，免疫系统和胃肠道的癌症。此外，从已研究过的300种左右有关衰老的指标的情况来看，摄食热量限制的啮齿类动物约有90%保持“年轻”状态的时间都比吃胀灌饱的同类动物要长。例如，某些免疫反应在所摄热量和体重居于正常的小鼠中1岁（属于中年）时便开始减弱了，但同样的免疫反应在体重较轻但遗传性相同的小鼠中两岁时才开始减弱。同样，随着啮齿类动物年龄的增长，它们从血液中清除葡萄糖(一种单糖）的能力一般都要比年轻时降低（这种变化有可能发展成糖尿病)，而其体内合成所需蛋白质的速率也要减缓，机体组织中长寿命蛋白质出现交联（因而发生僵化）的现象增多，肌肉团会减损，并且学习速率也会减慢。就摄取低热量饮食的同类动物而言，所有这些衰老变化都会延缓。

并非出人意料的是，研究人员迫切想弄清，摄食热量（能量）限制本身是否会导致低热量饮食所换来的优势，对脂肪或其它某种食物成分的限制摄入是否能解释实验动物在延缓衰老等方面所获得的成功。结果表明，第一种推测是符合实际的。仅仅限制摄入脂肪，蛋白质或碳水化合物，而不减少食物所含热量,并不能延长啮齿类动物的最长寿命。仅仅补充多种维生素或大剂量抗氧化剂不起作用，改变食物中脂肪、碳水化合物或蛋白质的种类也达不到延缓衰老的目的。

使人振奋的是，上述研究结果还意味着，即使是到中年才开始实行摄食热量限制，这种摄食方式也能起到作用。事实上，在笔者的研究生涯中，最振奋人心的发现是，在小鼠中年初期才开始实行的摄食热量限制可使其最长寿命延长10〜20%,并能抑制癌症的发生发展。此外，尽管将摄食热量限制在约为自由取食的对照动物的一半时，最能延长实验动物的最长寿命，但是较为宽松的摄食热量限制——无论在一生中开始得早还是晚——也能对延缓衰老起到某种有利作用。

当然，若是对啮齿类动物的研究结果能在对猴子（比前者与人更相近似）或者对人类的研究中得到证实，那么科学家们就更有理由深信，摄食热量限制就照样能够延缓男女两性的衰老。为了获得最充分的信息，这类研究将必须对受试者进行多年追踪——这样做必然耗资不菲，并且从逻辑上讲是很困难的。尽管如此，目前仍有两项对猴子的重要研究正在进行。

灵长类的研究数据——少而惊人

至于低热量饮食能否随吋间推移延长猴类的寿命或年轻状态，现在下结论还为时太早。然而，上述两项研究已测出摄食热量限制对所谓的衰老的生物学标记（biomarker）的影响。（所谓衰老的生物学标记，是指通常随着年龄增长而改变并有助于预测未来健康或未来寿命长短的特征。）例如，随着灵长类动物年龄的增大，其血压和胰岛素与葡萄糖的血液含量会升高。与此同时，其胰岛素敏感度（细胞根据来自胰岛素的信号吸收葡萄糖的能力）则会降低。这些变化的延迟想必意味着，摄食热量限制实验所采用的饮食或许延缓了至少某些方面的衰老。

其中一项对猴类的研究是在美国国家衰老研究所的乔治·S.罗思主持下于1987年开始进行的，该小组目前正在研究的对象是罗猴(其寿命一般为30岁左右，有时能达到40岁）和鼠猴（其寿命很少超过20岁）。有些实验猴类的摄食热量限制始于早年（1岁至2岁时)，其它一些则是在到达青春期之后才开始实行的。第二项研究仅涉及罗猴。它是由威斯应星-麦迪逊大学的威廉·B.厄希勒(William B.Ershler),约瑟夫.W.凯姆尼茨(Joseph W.Kemnitz)和埃伦B.罗克(Ellen B.Roecker)于1989年开始进行的。笔者在一年以后加人了这一小组。我们研究的猴子是从成年初期（8岁至14岁）开始摄食热量限制的。以上两项研究中，实验猴子的摄食热量都严格限制在比摄食热量正常的对照组约低30%的水平上。

迄今为止的初步研究结果是令人鼓舞的。尽管两项研究的猴类都渴望进食，但看来摄食热量受限的它们都既健康，又快活，并且其机体对摄食热量限制的反应与啮齿类动物很相似。实验猴类的血压和血糖均低于对照组，而其胰岛素敏感度则高于对照组。此外，其胰岛素血液含量也比对照组低。

到目前为止，还没有人对平均体重的人类进行长期摄食热量限制的精细受控研究。并且对因贫困而被迫以低热量饮食为生的人群的研究数据又无法提供有用的信息，因为这类人群一般都不能从饮食中获得足够的基本营养。不过，一些对人类的研究还是证明，摄食热量限制可能对人类具有重要意义。我们不妨看一看日本冲绳的居民的情况。他们当中的许多人所摄饮食热量很低，但能提供必需的营养。该地区的百岁老人出现率很高，比日本的其它任何一个岛屿都要多40倍。此外，美国和世界其它地区的流行病学调查结果表明，某些癌症(尤其是乳腺癌、结肠癌和胃癌)在据反映摄食热量低的人群中发病率较低。

生活在一个自持环境——美国亚利桑那州图森附近的生物圈2号——中的8个人，由于所生产的食物比预计的要少，而被迫严格节食两年之后，同样获得了令人感兴趣的结果。整个生物圈2号研究计划的科学价值一直受到怀疑，然而，我们这些对低热量饮食的效果感兴趣的人很幸运，因为作为摄食热量限制和衰老问题专家的加利福尼亚大学(洛杉矶)的罗伊L.沃尔福德正是该研究小组的医生（沃尔福德还曾经是笔者的科技辅导教师）。沃尔福德帮助其组员避免了营养不良，并监测了该小组组员各个方面的生理状况。他的分析结果表明，摄食热量限制导致血压和血糖降低，这和啮齿类与猴类的实验结果是相符的。同时，该小组组员的血清胆固醇总量也降低了。

猴类和人类这方面的研究结果可能还只是初步的，然而啮齿类动物的研究数据却无可辩驳地证明，摄食热量限制能够发挥种种有益作用。这些有益作用向研究人员提出了一个这一类的问题:在得到证明的多种变化中，究竟哪一种(假如有的话)对寿命和年轻状态的延长起的作用最大？在这个问题上，科学家们的看法尚未取得一致。但他们已经排除了一些一度认为可能的见解。例如，现已知道，能量摄入量低不仅能延缓生长，还能减少体内的脂肪量，这两种有益作用作为导致长寿的主要变化一度曾大有争议，并且其效能至今还被低估了。

然而，其它几种假说至今还在研讨，并且它们部至少有一些实验结果的支持。其中一种假说认为，摄食热量限制能够减缓许多组织的细胞分裂速率。由于不受控制的细胞增殖是癌症的标志，细胞分裂频率的减缓大概能够解释，为何摄食热量受限的动物的几种老年期癌症的发病率降低了。另一种假说基于下述研究结果一一摄食热量限制往往导致血糖降低。血糖降低想必会减缓长寿命蛋白质的糖分累积，因而想必会减轻糖分累积的破坏作用。

一种重要的解释

然而，迄今为止得到最有力的支持的一种观点却认为，摄食热量限制主要通过减少自由基对线粒体的损害而延长寿命和年轻状态。线粒体是细胞内的微细结构，其作用是为细胞提供能量。自由基是反应性很强的分子（通常起源于氧)，其表面带有一个不成对电子。处于这种状态的分子容易对所遇到的任何化合物产生有害的氧化作用，或者掠取其电子。本世纪50年代,美国内布拉斯加大学医学院的德纳姆·哈曼提出，自由基在正常的代谢过程中产生时会逐渐破坏细胞。从此，人们一直认为，自由基对衰老有促进作用。然而，直到80年代，科学家们才开始认识到，线粒体或许是受自由基危害最重的目标。

自由基危害线粒体促进衰老的假说部分起源于对线粒体如何产生腺苷三磷酸的认识。腺苷三磷酸是为大多数细胞过程提供能量的分子，如泵送离于穿过细胞膜、收缩肌肉纤维和构建蛋白质等。虽然腺苷三磷酸的合成要通过一系列非常复杂的反应，但它基本上牵涉到嵌在线粒体内膜中的一系列分子复合体的活动。在氧的帮助下，这些分子复合体从营养物中获取能量，并利用这些能量来产生腺苷三磷酸。

遗憾的是，从营养物中获取能量的线粒体机构还会附带产生自由基。事实上，据认为，线粒体导致产生了细胞中的大部分自由基。过氧化物自由基(superoxide radical)即为这类副产物之一。(过氧化物自由基的分子式O2—中的这一点代表那个不成对的电子。）过氧化物自由基本身的作用是有害的，但它也能转化成过氧化氢(H2O2),这种物质从理论上讲不是一种自由基，但是很容易形成极具腐蚀性的羟基自由基(0H-)。

自由基一旦形成，就会对细胞内任何一处的蛋白质、脂质和DNA造成损害。而据认为，线粒体的组成——包括腺苷三磷酸合成机构和产生该机构的某些部分的线粒体DNA——最容易受到损害，推测起来，它们容易受损的部分原因在于它们处在或邻近自由基产生的“基础零点”之处，因而经常受到这类氧化剂的侵袭。此外，线粒体DNA缺乏有助于核DNA免遭有害氧化剂损害的蛋白质保护物。与这一观点相一致的是，线粒体DNA所受到的氧化损害比从同一组织提取的核DNA要严重得多。

提出自由基损害线粒体从而导致衰老这一假说者认为，自由基对线粒体的损害最终会影响腺苷三磷酸的生产效率，并会增加自由基的产量，自由基产量的增加又会加速对线粒体组成部分的氧化损害，进而更进一步地抑制腺苷三磷酸的产生。与此同时，自由基还会侵袭线粒体外面的细胞组成部分，从而进一步妨碍细胞的活动。随着细胞效能的降低，由细胞组成的组织和器官的效能也会降低，而机体本身抗损害稳定性的能力也会减弱。在这种情况下，机体必然努力抵抗这类氧化剂的有害作用。细胞本身拥有对自由基解毒的抗氧化酶，并且细胞还能产生能够修复氧化损害的其它酶。然而，这些抗损害方式都不是百分之百地有效，因而随着吋间的推移，这种损害很有可能越来越严重。

实验的支持

衰老在很大程度上起源于自由基所引起的对线粒体和其它细胞成分的损害这一假说最近得到了许多研究结果的支持。在一项惊人的实验中，设在达拉斯的南卫理公会大学的拉金达·S.索哈尔（Rajindar S.Sohal）、威廉.C.奥尔及其同事对啮齿类和其它几种动物进行了研究，其中包括果蝇、家蝇、猪和牛。他们指出，线粒体所产生的自由基随年龄而增加，并且对线粒体内膜（合成腺苷三磷酸之处），线粒体蛋白质和DNA的氧化损害也随年龄而加重。他们还观察到，有几种动物的平均寿命和最长寿命的缩短与自由基的产生率较高有关。

实验结果还表明，大脑、心脏和骨骼肌所产生的腺苷三磷酸随年龄而减少，这和这些组织中的线粒体蛋白质与DNA受到自由基不可修复的损害的情况下的预料结果相符。类似的减少同样发生于人体组织，并且可能有助于解释为何神经系统和心脏的变性疾病(degenera-tive diseases)是老年期的常见病，为何肌肉块会减轻变弱。对摄食热量限制通过减缓对线粒体的氧化损害而延缓衰老这一假说的一些最有力的支持来自索哈尔研究小组，当该组研究人员检查从小鼠大脑、心脏和肾脏提取的线粒体时，他们发现，摄食热量长期受限的小鼠的过氧化物自由基和过氧化氢的含量显著低于摄食热量正常的对照组。此外，他们还发现，几个对照组的自由基产量随年龄而显著增高，而在实验组中，这一增高势头却因摄食热量受限而减弱了。同时，这种增高的减弱还伴有对线粒体蛋白质和DNA的氧化损害量的减小。其它研究表明，摄食热量限制有助于防止某些抗氧化酶的一些与年龄有关的活性改变，尽管许多研究人员，包括笔者本人，都认为摄食热量限制主要通过减低自由基的产量而减轻氧化损害。

摄食热量限制是靠什么机制使自由基的产生减少的呢？至今尚无人知道。—种观点认为，摄食热量减少可能以某种方式导致线粒体消耗的氧减少——或者是使所有的细胞，或者是使所选择的部分类型的细胞。另一方面，摄食热量限制可能提高了线粒体利用氧的效率，因而使得所耗用的每单位氧产生的自由基减少。推测起来，氧耗用量减少或氧利用效率提高可能导致生成的自由基减少。最近的研究结果也表明，摄食热量限制可能利用一些未知的机制，通过降低血液中的甲状腺激素三碘甲腺原氨酸(T3)的含量，使线粒体内自由基的产生减至最小。

摄食热量限制能否用于人类？

在对灵长类的实验研究取得进一步的进展之前，很少会有科学家准备将严格的摄食热量限制推荐给大量的人采用。尽管如此，越来越多的研究结果还是为那些迫切想知道摄食热量限制如何用于人类者提供了一些实在的经验。

—个结论是，考虑到摄食热量限制会延缓年幼啮齿类的生长，严格的摄食热量限制可能对儿童有害。此外，由于儿童不能像成人一样忍受饥饿，他们很可能更容易受到摄食热量限制目前尚未认识到的任何负面效应的损害(纵然摄食热量受限并不等于挨饿)。从人年满约20岁时开始进行摄食热量限制应该能够避免这类负面效应，并且或许能最大限度地延长其寿命。

摄食热量减少的速率也需要加以研究。早期的研究人员未能延长大鼠的寿命——其摄食热量限制是在大鼠的成年期才开始实行的。

笔者认为，上述实验失败的原因是实验大鼠的摄食热量受限开始得过于突然，或者是因为摄食热量太少，或者是由于上述两点。笔者及其同事通过对1岁龄的小鼠的研究发现,逐渐将实验小鼠的摄食热量减少到正常状态的约65%确实能延长其寿命。

如何确定人的摄食热量适当标准呢？这很难根据啮齿类的研究结果来推断，不过，一些研究结果意味着，许多人的摄食热量标准最好控制在能使其体重比本人设定值低10〜25%的水平上。所谓体重的设定值，基本上是指人的进食不受外部因素（如电视广告）的诱惑影响的情况下，体重的“既定”维持值。这一指标的问题在于，事实上，一个人的体重设定值是很难确定的。摄食热量限制者可以不去设法确定其体重设定值，而是(在保健顾问的协助下)通过某种尝试错误法，找出能将血糖或胆固醇或其它某些健康状况指标减少某种注定量的摄食热量标准。

对动物的实验研究结果还意味着，对于人类来说，合理的摄食热量限制应是目前每千克(合2.2磅）体重每日摄食热量为约1克（合0.04盘司)蛋白质和不超过约0.5克脂肪。此外，还应摄入足够的复合糖类——富含于水果和蔬菜中的长链糖，以达到所需热量标准。要获得所有基本养分的推荐的标准日允许量，个人就必须精挑细选食物，或许还必须服用维生素或其它一些补充养分。

打算实行摄食热量限制的任何人还必须考虑到除挨饿的痛苦以外的其它后果，并且肯定需要在医生指导下限制摄食热量。随摄食热量限制的严格程度而定，体重不可避免的减轻有可能导致女性不孕。此外，长期处于排卵停止状态的女性若又伴有雌激素生成减少，则老年时患骨质疏松症和肌肉块减损的危险会上升。摄食热量限制还有可能损害人的抗应力能力，如抗损伤、抗感染或抗严寒酷暑的能力。说也奇怪，对摄食热量受限的啮齿类几乎未作抗应力方面的研究，因而在这个问题上对啮齿类的研究几乎不能提供什么启示。

可能还要花10年或20年，科学家们才能得出定论——摄食热量限制对于人类是否象对大鼠、小鼠和其它各种动物那样明显有益。同时，摄食热量限制研究人员一定能够深刻认识衰老的本质，并且能够获得减缓衰老的方法——不管通过摄食热量限制，是通过模拟摄食热量限制的效应的药物，还是通过有待于发现的其它方法。