Частота та терміни прийому їжі при PNAS здоров’я та захворювань
Відредаговано Джозефом С. Такахасі, медичним інститутом Говарда Хьюза, Південно-західний медичний центр Техаського університету, Даллас, штат Техас, та затверджено 7 жовтня 2014 року (отримано на огляд 23 липня 2014 року)
Анотація
Хоча великі дослідницькі зусилля були зосереджені на тому, як конкретні компоненти харчових продуктів впливають на здоров'я, порівняно мало відомо про більш фундаментальний аспект дієти, частоту та циркадні терміни прийому їжі, а також потенційні переваги періодичних періодів, коли енергія не надходить або дуже низька. Найпоширеніший режим харчування в сучасному суспільстві, триразове харчування та закуски щодня, є ненормальним з точки зору еволюції. Результати досліджень моделей тварин та людей, що виникають, свідчать про те, що періодичні періоди обмеження енергії, що становлять лише 16 годин, можуть покращити показники здоров’я та протидіяти процесам захворювання. Механізми включають метаболічний зсув до метаболізму жиру та вироблення кетонів, а також стимулювання адаптивних реакцій клітинного стресу, що запобігають та відновлюють молекулярні пошкодження. Оскільки дані про оптимальну частоту та час прийому їжі кристалізуються, надзвичайно важливо буде розробити стратегії, що враховуватимуть такі режими харчування у політиці та практиці охорони здоров’я та способі життя населення.
Еволюційні та культурні міркування
На відміну від сучасних людей та одомашнених тварин, режим харчування багатьох ссавців характеризується періодичним споживанням енергії. Хижаки можуть вбивати та їсти здобич лише кілька разів на тиждень або навіть рідше (3, 4), а антропоїди мисливців-збирачів, включаючи тих, хто живе сьогодні, часто харчуються з перервами залежно від наявності їжі (5, 6). Здатність функціонувати на високому рівні як фізично, так і розумово протягом тривалих періодів без їжі могла мати принципове значення в нашій еволюційній історії. У ссавців зберігається багато пристосувань для періодичного надходження їжі, включаючи органи для поглинання та зберігання швидко мобілізується глюкози (запаси глікогену в печінці) та енергії, що зберігається довше, наприклад, жирних кислот у жировій тканині. Поведінкові адаптації, що дозволяють отримувати та зберігати їжу, пронизують поведінковий репертуар усіх видів, включаючи людей. Дійсно, вищі когнітивні можливості людини в порівнянні з іншими видами, ймовірно, еволюціонували з метою придбання продовольчих ресурсів; дані свідчать про те, що найдавніші інструменти (7) та мови (8) були винайдені, щоб допомогти у придбанні їжі.
Сільськогосподарська революція, що розпочалась 10 000 років тому, призвела до постійної цілорічної доступності їжі, характерної для сучасних суспільств. Наші предки-аграрії прийняли режим харчування три рази на день, мабуть, тому, що він забезпечував як соціальні, так і практичні переваги для повсякденної роботи та розкладу шкільних занять. Зовсім недавно, протягом останніх 50 років, харчові продукти з високою калорійністю (рафіновані зерна, цукор, кулінарні олії, кукурудзяний сироп тощо) пронизували ці три щоденні прийоми їжі (9). При накладенні на все більш сидячий спосіб життя споживання високоенергетичної їжі кілька разів на день правдоподібно сприяло появі ожиріння та пов'язаних із ним захворювань як основних причин захворюваності та смертності (рис. 1). Ожиріння також стало головною проблемою здоров'я собак і котів, яких часто годують за бажанням (10), і навіть лабораторних гризунів часто можна вважати перегодованими та малорухливими (11, 12). Дійсно, тварини в дикій природі та люди, які збирають мисливців, рідко, якщо взагалі коли-небудь страждають ожирінням, діабетом та серцево-судинними захворюваннями (5).
Приплив ожиріння, що наростає, тісно пов’язаний із щоденним споживанням калорій та транспортом, що сприяє малорухливому способу життя (посилання 84–86; www.earth-policy.org/data_center/C23). * США, приблизне значення. # Всесвітнє автовиробництво.
Добові ритми, час харчування та здоров’я
Циркадні ритми - це самостійні ∼24-годинні коливання в поведінці, фізіології та обміні речовин. Ці ритми еволюціонували і дозволяють організмам ефективно реагувати на передбачувану щоденну зміну світла: темний цикл та результуючі ритми в наявності їжі в природі. Дослідження експресії генів виявили, що понад 10% експресованих генів у будь-якому органі мають циркадні коливання (13). Ці ритмічні транскрипти кодують ключові етапи, що визначають швидкість у нейроендокринних, сигнальних та метаболічних шляхах. Така регуляція тимчасово відокремлює несумісні клітинні процеси та оптимізує клітинну та організмову форму. Хоча цілодобовий годинник є автономним для клітин і присутній у більшості типів тканин, циркадна система організована в ієрархічному порядку, коли надгіазматичне ядро гіпоталамуса (SCN) функціонує як головний циркадний годинник, який використовує як дифузійні, так і синаптичні механізми для організувати циркадні ритми в периферичних органах у відповідну фазу. Фоторецептивні клітини сітківки сітківки надсилають інформацію про навколишнє світло до SCN за допомогою моносинаптичного з'єднання, щоб забезпечити залучення циркадної системи до денного циклу світло: темрява (14).
Механізм, що лежить в основі сприятливого ефекту TRF, ймовірно, складний і діє на декілька шляхів. Щоденні епізоди натще і годування викликають альтернативну активацію білка-зв'язуючого елемента відповіді на цАМФ (CREB) та AMP-кінази, що відповідає голодуванню, а також годування чутливими до інсуліну залежними ссавцями цілей рапаміцину (mTOR), пов'язаних з метаболічним гомеостазом. Крім того, ці шляхи також впливають на циркадні годинники та покращують стійкість коливань годинникових компонентів та цілей, що знаходяться нижче за течією (23). Відповідно, дослідження експресії генів показують, що TRF підтримує циркадну ритмічність тисяч транскриптів печінки (26).
Злиття геноміки та генетики у мишей розкриває шляхи від основних компонентів годинника до конкретного метаболізму поживних речовин. Рецептори ядерних гормонів REV-ERB є невід'ємною частиною циркадного годинника і безпосередньо регулюють транскрипцію кількох ключових ферментних факторів, що визначають метаболізм жирних кислот та холестерину (27). Хоча криптохромні білки є сильними пригнічувачами транскрипції, вони також інгібують передачу сигналів цАМФ і тим самим налаштовують опосередкований CREB глюконеогенез (28). Фактори транскрипції циркудіанного годинника DBP/TEF/HLF регулюють метаболізм ксенобіотиків (29), а KLF15 опосередковує метаболізм азоту (30). Ці та інші режими регуляції (31) забезпечують механістичну основу, за допомогою якої час прийому їжі впливає на циркадні годинники і, в свою чергу, впливає на метаболічний гомеостаз у ссавців.