Cell Reports：禁食再上神坛！剑桥大学最新研究：与其研究抗炎饮食，不如直接禁食！揭秘禁食抗炎新机制

高热量饮食常与慢性代谢性炎症综合征有关，这是许多非传染性疾病（例如心脏病、肥胖和二型糖尿病）的共同基础。而IL-1β水平升高、NLRP3炎性体活性和全身炎症等等，则是慢性代谢性炎症综合征的特征，但其机理基础尚不清楚。

有研究发现，炎症小体与脂质代谢有一定关联。为了搞清其中关系，剑桥大学的研究人员在Cell子刊Cell Reports上发表了研究成果，揭开了“禁食有助于预防炎症”的机制——禁食能够提高血液中的花生四烯酸的水平，而花生四烯酸则可以降低NLRP3炎症小体的活性，从而抑制炎症。

一、研究内容与思路

1、在禁食后，参与者体内花生四烯酸水平升高

作者采集了参与者三个过程的血清样本，分别是禁食前进食、禁食24h后以及禁食后补充进食3h后。

结果发现，这些志愿者的外周血单核细胞（PBMC）中，禁食后补充进食3h后IL-1β水平升高，而花生四烯酸（AA）水平在禁食过程中升高，但在禁食后补充进食3h后降低。

研究思路1：高热量饮食会导致慢性代谢性炎症综合征发生，对此产生疑问：进食前后、禁食过程中，炎症指标和脂质代谢会发生什么变化呢，并基于此开展了研究。结果发现，禁食会降低NLRP3炎症小体相关因子IL-1β的产生，但在此过程中AA表达会升高。

2、NLRP3炎症小体激活导致花生四烯酸产生

接下来，研究了AA及其类花生酸代谢物在巨噬细胞中对炎症小体NLRP3生成的影响。野生型（WT）和NLRP3沉默骨髓来源的巨噬细胞（BMDM）用LPS预处理，并用NLRP3激活剂尼日利亚菌素刺激，结果发现只有用尼日利亚菌素处理的WT BMDM中出现IL-1β的产生。

进一步发现一系列环氧代谢物（COX），包括PGD2和11-羟基二十碳四烯酸（11-HETE），在NLRP3激活后更为普遍。定量分析发现，在NLRP3刺激下，这些COX代谢物显著增加，包括PGF2α、PGE2、PGD2、8isoPGF2α、11-HETE、15-HETE和AA。

这些结果表明，NLRP3炎症小体激活与脂质代谢的改变之间存在重要联系，特别是在AA和各种环氧代谢物的产生方面。

研究思路2：在禁食人群中，AA的生成量增加，同时IL-1β的生成量受到抑制。那么，AA与NLRP3之间存在着什么联系？

3、花生四烯酸抑制NLRP3炎症小体

研究者比较了AA和一些类二十酸对NLRP3活化的影响后发现，无论是在LPS预处理加尼日利亚菌素刺激，还是单纯的尼日利亚菌素刺激的BMDM中，AA的存在均抑制了NLRP3诱导的IL-1β的产生，且不影响细胞死亡。

此外，作者还采用了另一种细胞“人类THP-1单核细胞/巨噬细胞”来进行验证。结果发现，AA抑制了用尼日利亚菌素或棕榈酸（PA）激活NLRP3时的IL-1β分泌、炎症适配蛋白ASC斑点形成和细胞死亡，尤其是当PA作为NLRP3触发因子时更为明显。这表明，AA在调节脂质驱动的炎症中可能起着重要作用。

然后，探讨了AA代谢产物与NLRP3炎症小体产生的关系。实验发现，在LPS预处理加尼日利亚菌素刺激，还是单纯的尼日利亚菌素刺激的WT和NLRP3沉默 BMDM中，单独的环氧代谢物如PGE2、PGF2α及其类似物均未诱导炎症小体激活或IL-1β产生。

研究思路3：继续探讨AA及其环氧代谢物与NLRP3之间的关系，探明AA对NLRP3炎症小体的影响。

4、环氧合酶(COX)调节NLRP3但不调节NLRC4

AA需要COX来进行代谢，而非甾体抗炎药（NSAID）可以抑制COX活性。对此，作者探讨了NSAID通过COX对AA代谢的抑制对NLRP3炎症小体的影响。脂质分析发现，COX-2抑制剂塞来昔布减少了BMDM对尼日利亚菌素刺激反应中的环氧代谢物（如PGF2α、PGE2、PGD2、11-HETE、15-HETE、TxB2）的产生，但对AA的释放没有影响。

进一步，作者给予LPS预处理的野生型（WT）和Nlrp3沉默BMDM COX抑制剂处理以及尼日利亚菌素刺激。结果发现，COX抑制剂本身并未诱导NLRP3炎症小体活性，但与NLRP3刺激剂尼日利亚菌素共存时，COX抑制剂显著抑制了IL-1β和IL-18的产生，说明COX抑制剂可以抑制NLRP3。

此外，作者还评估了COX抑制对NLRC4炎症小体的影响，发现COX抑制阻断了PGE2的产生，但它并没有影响NLRC4炎症小体活性。

综上所述，COX抑制剂主要通过AA的作用抑制NLRP3诱导的炎症小体活性，而不影响NLRC4炎症小体活性。

研究思路4：明确了AA抑制NLRP3后，进一步探讨AA如何发挥抑制作用。因AA代谢需要COX参与，而NSAID可以抑制COX活性，于是，作者探讨了COX抑制剂在AA及NLRP3过程中所发挥的作用，验证了抑制COX活性抑制NLRP3的表达，侧面证实AA是通过COX来发挥作用的。

5、花生四烯酸抑制PLC活性并抑制下游蛋白激酶（PK）

NLRP3受翻译后修饰（PTM）的高度调控，包括磷酸化和泛素化等。PLC活性可通过JNK1诱导的磷酸化调控NLRP3 PTM。对此，作者探讨了PLA2和PLC在NLRP3激活中的作用。实验发现，PLA2抑制剂对NLRP3诱导的IL-1β产生没有影响，表明PLA2没有参与调节NLRP3对尼日利亚菌素的活化。然而，使用U-73122抑制磷脂酶C（PLC）导致IL-1β产生呈剂量依赖性减少，表明PLC参与了NLRP3激活，紧接着又证明了AA可能通过产物抑制减少了尼日利亚菌素刺激下的PLC活性。

已有研究发现，PLC可刺激PKC、PKD和JNK1等PK的活化，进而上调NLRP3的活化。对此，作者发现AA抑制了这些蛋白激酶（PKC、PKD、JNK）的激活。此外，研究还比较了AA与胆酸（LCA）的效果，LCA是一种已知能抑制NLRP3炎症小体激活的胆汁盐。虽然LCA没有影响激酶的磷酸化，但AA却有，这表明它们的机制不同。

这些发现表明，AA通过可能涉及抑制PLC活性和随后的下游激酶激活的负反馈循环，对NLRP3产生影响。

研究思路5：AA通过COX影响NLRP3，而NLRP3又受到PTM调控，那AA与PTM之间是否存在负反馈调节的作用？对此，作者假设AA或COX抑制剂的存在可能会触发由PLC的经典产物抑制驱动的负反馈回路，从而调节NLRP3，并开展验证。

二、小结

综上所述，首先，作者发现，在禁食人群中AA升高且IL-1β减少，而这一效应在进食后被逆转。虽然这一研究没有直接的体内证据表明AA可以直接抑制IL-1β生成，但是作者采用不同的细胞系证，AA本身能够抑制NLRP3炎症小体的激活，而非其代谢物。此外，COX抑制剂还可以起到与AA类似的作用，更进一步表明NLRP3抑制作用来源于AA。最后，验证了AA是如何来影响NLRP3的，使得整个体外实验完整。

虽未开展体内实验，仅采用两种细胞系进行验证，且所有数据多以柱状图形式展现，最终发表cell子刊，其研究创新性值得肯定。

参考文献：

[1] Pereira, M., Liang, J., Edwards-Hicks, J., Meadows, A. M., Hinz, C., Liggi, S., Hepprich, M., Mudry, J. M., Han, K., Griffin, J. L., Fraser, I., Sack, M. N., Hess, C., & Bryant, C. E. (2024). Arachidonic acid inhibition of the NLRP3 inflammasome is a mechanism to explain the anti-inflammatory effects of fasting. Cell reports, 43(2), 113700.