Life Metabolism丨John R. Speakman團(tuán)隊(duì)重新審視熱量限制“品系效應(yīng)”：部分負(fù)向結(jié)果或被小樣本量放大

熱量限制（calorie restriction, CR）是指在保證微量營養(yǎng)素充足的前提下降低能量攝入，長期被視為延緩衰老、影響健康壽命并延長壽命的經(jīng)典干預(yù)策略。過去一個(gè)多世紀(jì)中，從嚙齒類到非人靈長類的研究均提示其有延壽潛力，也推動(dòng)了人們對(duì)其轉(zhuǎn)化價(jià)值的關(guān)注。然而，2010年兩項(xiàng)關(guān)于ILSXISS重組近交系小鼠的研究提出了一個(gè)重要挑戰(zhàn)：CR的壽命效應(yīng)可能顯著依賴遺傳背景，部分品系甚至出現(xiàn)壽命縮短。這一結(jié)論不僅削弱了“CR普遍有益”的判斷，也引出了一個(gè)更具轉(zhuǎn)化意義的問題: 不同遺傳背景的個(gè)體是否可能對(duì) CR 表現(xiàn)出獲益、無效甚至負(fù)向響應(yīng)？

近日，John R. Speakman與Sharon E. Mitchell在 Life Metabolism 期刊發(fā)表Perspective文章Reducing the strain on calorie restriction。 基于對(duì)既有壽命數(shù)據(jù)的模擬分析，并結(jié)合后續(xù)重復(fù)研究的結(jié)果，作者認(rèn)為早期被廣泛討論的CR“負(fù)向品系效應(yīng)”很可能在相當(dāng)程度上源于樣本量不足帶來的假象，同時(shí)可能受到群居飼養(yǎng)方式及喂養(yǎng)方案差異等實(shí)驗(yàn)因素所帶來的混雜影響。本文將討論重點(diǎn)從“哪些遺傳背景可能會(huì)對(duì)CR表現(xiàn)出不利影響”重新引向一個(gè)更基礎(chǔ)的方法學(xué)問題：既往研究是否高估了遺傳背景對(duì)CR壽命效應(yīng)異質(zhì)性的影響。

2010年，Liao等【1】和 Rikke 等【2】分別發(fā)表研究，利用ILSXISS重組近交系小鼠評(píng)估CR對(duì)不同遺傳背景小鼠壽命的影響。兩項(xiàng)研究最引人關(guān)注之處在于：除部分品系出現(xiàn)經(jīng)典的壽命延長外，另一些品系卻顯示無明顯獲益，甚至出現(xiàn)壽命縮短。也正因如此，“CR對(duì)壽命的影響顯著依賴品系或遺傳背景”這一觀點(diǎn)迅速在領(lǐng)域內(nèi)引發(fā)廣泛關(guān)注。John R. Speakman及Sharon E. Mitchell指出這一結(jié)論自提出之初便存在兩個(gè)關(guān)鍵疑點(diǎn)：其一，同一研究中雄鼠與雌鼠對(duì)CR的響應(yīng)相關(guān)性很弱；更關(guān)鍵的一點(diǎn)是，不同實(shí)驗(yàn)室對(duì)相同品系的結(jié)果幾乎缺乏跨實(shí)驗(yàn)室一致性。例如，同一品系在Liao實(shí)驗(yàn)室中可表現(xiàn)為壽命延 長440天，而在 Rikke 實(shí)驗(yàn)室中卻縮短約200天。 這樣的跨實(shí)驗(yàn)室不一致性，削弱了“哪些品系是真正的正響應(yīng)者或負(fù)響應(yīng)者”的判定基礎(chǔ)，也在一定程度上解釋了為何此后圍繞這些品系開展的機(jī)制追蹤始終進(jìn)展有限。

那么這些差異究竟來自何處？既往討論多聚焦于群居飼養(yǎng)方案，因?yàn)樵谶@一條件下，研究者既難以精確量化單只小鼠的實(shí)際攝食量，也無法完全排除食物競(jìng)爭和社會(huì)應(yīng)激對(duì)壽命表型的干擾。盡管原始研究作者曾就這一設(shè)計(jì)提出辯護(hù)， John R. Speakman與Sharon E. Mitchell仍認(rèn)為另一個(gè)長期被低估的關(guān)鍵問題是樣本量不足。 在上述研究中，每個(gè)品系、每種處理?xiàng)l件下用于估算壽命效應(yīng)的小鼠數(shù)量通常最多僅為5只；部分CR組樣本量更低，甚至個(gè)別品系的數(shù)據(jù)僅來自單只小鼠。對(duì)于壽命這類變異度較高的復(fù)雜表型而言，如此有限的樣本量難以對(duì)CR效應(yīng)作出穩(wěn)健估計(jì)，統(tǒng)計(jì)效力也明顯不足，因此極易將隨機(jī)抽樣誤差誤讀為穩(wěn)定的“品系效應(yīng)”或遺傳背景差異。

為檢驗(yàn)小樣本是否足以產(chǎn)生表面上的“品系差異”，作者對(duì)Liao等研究中的原始?jí)勖鼣?shù)據(jù)進(jìn)行了模擬分析：分別匯總雄鼠和雌鼠在自由攝食（ad libitum, AL）與CR條件下的壽命數(shù)據(jù)，據(jù)此構(gòu)建四個(gè)壽命分布；隨后按照與原始研究相近的樣本量進(jìn)行隨機(jī)抽樣，生成41個(gè)虛擬“品系”的壽命響應(yīng)數(shù)據(jù)。

分析結(jié)果顯示：這些僅由隨機(jī)抽樣生成的虛擬“品系”，在壽命延長、無明顯變化或壽命縮短的分布上，與原始研究中的真實(shí)“品系”高度相似；與此同時(shí)，模擬數(shù)據(jù)同樣重現(xiàn)了雄鼠與雌鼠間較弱的響應(yīng)相關(guān)性。 這一結(jié)果表明，早期研究中被解釋為“強(qiáng)品系差異”的相當(dāng)一部分信號(hào)，很可能主要源于極小樣本量下的隨機(jī)抽樣誤差產(chǎn)生，而未必代表穩(wěn)定、可重復(fù)的遺傳學(xué)效應(yīng)。 作者同時(shí)指出，真實(shí)數(shù)據(jù)的方差略高于模擬數(shù)據(jù)，因此并不能完全排除存在一定程度的真實(shí)品系差異；但至少在現(xiàn)有證據(jù)框架下，這種差異很可能遠(yuǎn)小于抽樣誤差本身。

這一判斷也得到了后續(xù)重復(fù)研究的支持。2021年，Unnikrishnan等 [3]選擇原始研究中報(bào)告“壽命縮短”最明顯的4個(gè)品系進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并將每組樣本量擴(kuò)大至≥30只AL和CR小鼠。按照早期結(jié)論，8個(gè)“品系-性別”組合本應(yīng)普遍呈現(xiàn)壽命縮短；但實(shí)際結(jié)果是，只有1個(gè)組合重復(fù)出壽命縮短，而且效應(yīng)幅度明顯減弱，其余7個(gè)組合中，4個(gè)表現(xiàn)為壽命延長，3個(gè)無顯著差異。換言之，一旦樣本量顯著增加，最具爭議的“負(fù)向品系效應(yīng)”大多不再成立。結(jié)合更早期涉及逾6萬只個(gè)體的大規(guī)模研究， 作者據(jù)此認(rèn)為：在嚙齒類模型中，CR總體上仍呈現(xiàn)以延壽為主的效應(yīng)譜，品系和性別可能影響效應(yīng)大小，但“CR導(dǎo)致壽命縮短”并非主流結(jié)論。

這篇Perspective為該領(lǐng)域提出了幾條值得重視的方法學(xué)提醒。第一，壽命研究屬于高變異復(fù)雜表型，若樣本量不足，極易把隨機(jī)波動(dòng)誤判為穩(wěn)定的生物學(xué)差異。第二，在CR研究中，群居飼養(yǎng)會(huì)疊加攝食競(jìng)爭、社會(huì)應(yīng)激和攝食量難以精確控制等混雜因素，可能削弱甚至扭曲壽命表型。第三，若要真正解析遺傳背景對(duì)CR效應(yīng)的調(diào)節(jié)作用，前提并不是急于劃分“響應(yīng)者/非響應(yīng)者”，而是先通過更充分的樣本量和更統(tǒng)一的研究方案，提高結(jié)果的可重復(fù)性與可比較性。

這項(xiàng)工作的價(jià)值不在于簡單為CR“正名”，而在于促使領(lǐng)域重新檢視一項(xiàng)被廣泛接受結(jié)論的證據(jù)基礎(chǔ)。 對(duì)于衰老生物學(xué)及其轉(zhuǎn)化研究而言，作者傳遞的信息相當(dāng)明確：在討論基因型差異之前，首先需要排除由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶來的異質(zhì)性。只有在這一前提下，熱量限制的真實(shí)效應(yīng)邊界及其潛在人類轉(zhuǎn)化價(jià)值，才可能被更可靠地界定。

原文鏈接：https://academic.oup.com/lifemeta/advance-article/doi/10.1093/lifemeta/loag006/8527875

制版人：十一

參考文獻(xiàn)

[1] Liao C, Rikke BA, Johnson TE, Diaz V, Nelson JF. Genetic variation in the murine lifespan response to dietary restriction: from life extension to life shortening.Aging Cell2010; 9: 92–95.

[2] Rikke BA, Liao CY, McQueen MB, Nelson JF, Johnson TE. Genetic dissection of dietary restriction in mice supports the metabolic efficiency model of life extension.Exp.Gerontol.2010; 45: 691–701.

[3] Unnikrishnan A, Matyi S, Garrett K, Ranjo ‐Bishop M, Allison DB, Ejima K, Chen X, Dickinson S, Richardson A. Reevaluation of the effect of dietary restriction on different recombinant inbred lines of male and female mice.Aging Cell2021; 20: e13500.

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