长期以来人们都知道，饮食摄入量大幅减少，饮食减少了正常卡路里总量的40%，可以延长健康时间，无疾病老化的持续时间，在动物研究中，甚至延长大多数动物物种的寿命。进一步的研究表明，喂食限制热量饮食的动物在受伤后也能更好地再生多种组织。

一个挥之不去的问题是如何调解这些好处。由宾夕法尼亚大学研究人员领导的一项新研究指出，细胞负责这些改善的肠道再生能力。根据科学家的研究，当限制卡路里的小鼠受到辐射时，肠道中的一种特殊类型的干细胞(称为储备干细胞)可以存活并迅速重建肠组织。研究结果与肿瘤学家的观察结果一致，即化疗前的短期禁食可以减轻胃肠道破坏的严重程度。

宾夕法尼亚大学兽医学院副教授Christopher Lengner说：“这个故事的寓意是你绝对不希望在接受化疗或放射治疗之前吃一堆芝士汉堡。”“我们的工作指出保留干细胞是在这些类型的侮辱之后赋予肠组织再生益处的关键因素。”

Lengner与主要作者，细胞与分子生物学研究生Maryam Yousefi合作。宾夕法尼亚大学和霍华德休斯医学院国际学生研究员，以及宾夕法尼亚大学和中国农业大学的其他同事。他们的工作发表在“干细胞报告”杂志上。

多年的研究表明，卡路里限制饮食中虽然看似不愉快，但可以延长健康寿命，降低心脏病发作，糖尿病和其他与年龄相关的疾病风险。其他更近期的研究表明，受热量限制的动物在受伤后更有效地再生组织。

“卡路里限制的有利影响在这一点上并没有真正引起争论;很明显，“冷纳说。“但是，对这些益处的细胞和分子基础存在各种各样的问题。”

一种理论认为，卡路里限制可以减缓与年龄相关的变性，并通过影响成体干细胞的完整性和活性来实现更有效的组织功能，成体干细胞是停留在特定组织中的前体细胞，并产生组成该组织的细胞类型的多样性。 。

在之前的工作中，Lengner的实验室研究了肠道中某些干细胞如何抵抗DNA损伤。也许，研究人员推断，卡路里限制是以某种方式瞄准这些干细胞，以提高他们抵抗损害的能力。

最近的研究集中于卡路里限制对活跃肠干细胞的影响。虽然这些活跃的干细胞承受着日常组织更新的负担并且充当肠功能的主力，但是它们也被认为对DNA损伤非常敏感，例如由辐射暴露引起的DNA损伤，因此不太可能是细胞介导的细胞。 Penn团队推断，在卡路里限制下可以看到增强的再生。

Lengner的研究小组没有研究这些活跃的干细胞，而是研究了第二批被称为储备干细胞的肠干细胞。Lengner的小组和其他人之前已经证明，这些储备干细胞通常处于休眠状态，并且不受化疗和放射的影响。在强烈的伤害杀死活跃细胞后，这些储备干细胞“醒来”以再生组织。

为了研究这一假设，科学家们关注的是小鼠肠道干细胞亚群如何在卡路里限制下作出反应，然后当动物暴露于辐射时。

当小鼠喂食的热量比正常水平降低40%时，研究人员观察到储备肠干细胞扩大了五倍。矛盾的是，这些细胞似乎也不那么频繁地分裂，这是研究人员希望在以后的工作中跟进的一个谜。

当研究小组选择性地删除卡路里限制小鼠的储备干细胞时，它们的肠组织的再生能力减少了一半，这意味着这些细胞在实现限制热量的益处方面具有重要作用。

“这些储备干细胞是稀有细胞，”Lengner说。“在正常动物中，它们可能占肠上皮细胞的不到一半，而卡路里受限制的动物可能稍微多一些。通常，在没有受伤的情况下，由于活性干细胞的存在，组织可以耐受损失，但是，当您伤害动物时，再生受到损害，并且在没有热量限制的情况下，热量限制后增强的再生受到损害。保留干细胞库。“

为了梳理这些细胞起作用的机制，研究人员比较了正常与限制卡路里动物的基因。

“这非常明显，”冷纳说。“我们已经证明这些保留干细胞对于卡路里限制的有益作用非常重要，它们抑制了众所周知的由蛋白质复合物mTOR调节的许多途径，这是众所周知的营养感应复合物。”

这一发现具有直观意义;研究其他组织类型的研究人员表明，激活mTOR可以驱使休眠细胞摆脱静止状态，这是再生的必要步骤。在这里，研究人员发现，备用干细胞的mTOR活性较低，而且在卡路里限制时甚至更低。较低的mTOR活性与对损伤的抵抗力相关。

然而，为了在损伤结束后再生，这些细胞将再次需要mTOR。

“奇怪的是，我们看到，当他们受伤时，受卡路里限制的老鼠实际上能够更好地激活mTOR而不是同伴，”Lengner说。“所以不知何故，即使mTOR最初受到抑制，它也会更好地在受伤后被激活。这是我们还不完全理解的事情。“

由Yousefi领导的研究人员使用亮氨酸(一种激活mTOR的氨基酸)和雷帕霉素(一种抑制mTOR的药物)进行实验，以证实mTOR在这些储备干细胞中发挥作用。规范他们的活动。保留暴露于亮氨酸的干细胞增殖，而暴露于雷帕霉素的干细胞则被阻断。

用亮氨酸预处理动物使得备用干细胞对辐射更敏感，并且在辐射损伤后更不能再生组织，而雷帕霉素保护备用干细胞，因为它们更可能保持休眠。