Aging Cell：解开神秘的饮食与肥胖、糖尿病和衰老之间的关联

一种新的可视化技术正在被用来解开人们经常讨论但又神秘的饮食与肥胖、糖尿病和衰老之间的联系。

　　

由加州大学圣地亚哥分校生物工程师开发的光学显微镜平台是独一无二的。它可以让研究人员在脂肪细胞内以高分辨率视觉跟踪特定的饮食变化如何影响果蝇将食物中的能量转化为脂肪的方式。该工具还允许研究人员监控将脂肪转化为能量的逆向过程。此外，研究人员现在可以直观地监测果蝇细胞中单个脂肪储存“容器”的大小变化，这类细胞类似于哺乳动物的脂肪(脂肪)细胞。

在《衰老细胞》(Aging Cell)上发表的一篇新论文中，研究人员证明，在果蝇被喂食各种不同的食物后，它们能够直观地跟踪脂肪(脂类)代谢的变化。这些饮食包括限制热量的饮食、高蛋白饮食以及含2倍、4倍和10倍于标准饮食的糖的饮食。

“有了我们新的光学显微镜系统，我们可以看到脂肪在何时何地被储存和被取出，”加州大学圣地亚哥分校的生物工程教授史说，他是这篇新论文的通讯资深作者。“这是第一项可以在空间和时间上以高分辨率可视化单个脂肪细胞内脂肪代谢的成像技术。我们已经证明，我们可以看到单个果蝇脂肪体细胞的脂质代谢在何时何地随饮食变化而变化。”

“人们对优化人类饮食非常感兴趣，”施继续说道。“人们想要诸如‘减缓衰老的最佳饮食是什么?减肥的最佳食谱是什么?延长健康寿命的最佳饮食是什么?”我还没有这些问题的答案，但在我的实验室里，我们开发的新技术让我们离回答一些大的饮食问题更近了一步。”

例如，在《衰老细胞》的新研究中，研究人员报告了一种新的方法来回答以下问题:

一种特定的饮食，例如高蛋白饮食，或高糖饮食，或限制卡路里的饮食，对果蝇将能量从食物转化为脂肪的过程有多大影响?同样的饮食对果蝇将脂肪转化为能量的过程有多大影响?

“我们开发这个工具是为了帮助我们理清饮食与肥胖、糖尿病、衰老和长寿等现象之间的关系，”史说。

追踪完整果蝇细胞内脂肪滴的大小是新的可视化平台可能实现的一个例子。

“液滴的大小是一种跟踪储存的脂肪有多少被‘转化’或转化回能量的方法。这是脂质代谢的一个重要方面,我们现在有一个工具,它允许我们来跟踪变化大小的特定个体细胞内脂滴的果蝇,“Yajuan李说,医学博士,博士,谁是史实验室的一位博士后研究员在加州大学圣地亚哥分校和第一作者在衰老细胞在纸上。

重水

这个新的可视化平台建立在施的一些早期工作的基础上，使用常规水的一种变体，称为重水(D2O)。从字面上讲，重水比普通水更重。重水分子像普通水一样含有一个氧原子。但是，重水中没有一对氢原子——“h2o”中的“H2”——而是含有一对更重的氘原子。

像“普通”水一样，重水可以自由地融入生物体的细胞中。所以当研究人员给果蝇提供重水时，果蝇开始将食物中的能量转化为脂肪分子储存起来，其中一些脂肪分子含有氘。通过这种方式，储存在果蝇脂肪细胞内的脂质中氘原子的普遍存在，为测量果蝇储存了多少脂肪提供了一种方法。

通过在引入重水的同时改变苍蝇的饮食，你就有了一种监测饮食如何改变脂质周转的方法。关于该系统如何工作的更多细节将在2021年的档案中，史说:“当我们开发一项新技术、一种新工具时，它肯定会激发我们提出新的生物学问题。”

在了解饮食组成和脂质代谢之间的联系时，新的生物学问题正将研究人员带回一些最古老、最有趣的问题，这些问题涉及饮食与肥胖、糖尿病、衰老和长寿之间的联系。

Journal Reference:

1. Yajuan Li, Wenxu Zhang, Anthony A. Fung, Lingyan Shi. DO‐SRS imaging of diet regulated metabolic activities in Drosophila during aging processes. Aging Cell, 2022; 21 (4) DOI: 10.1111/acel.13586