随着工业化进程的加快，昼夜节律紊乱在现代化社会中愈发普遍，随之而来的疲劳成为每个人不得不面对的现实问题。先前多项研究表明，时间限制性进食（time-restricted eating）, 即将每日进餐时间限制在6至12小时的窗口内，能够增强运动耐力[1]、重塑肝脏节律[2]、降低心血管疾病风险[3]以及缓解疲劳[4]，但其相关机制仍不甚明确。
2025年3月，陆军军医大学李旻典/张志辉团队联合中国科学院遗传与发育研究所、中国科学院上海药物研究所等机构相关团队在Cell Metabolism （IF27.7）上发表了题为“Dietary timing enhances exercise by modulating fat-muscle crosstalk via adipocyte AMPKa2 signaling”的研究。通过蛋白质组、磷酸化修饰组、代谢组、脂质组的多组学分析，结合基因干预实验，聚焦脂肪-肌肉代谢轴，揭示了日间限制性饮食（Daytime-restricted feeding, DRF）对脂肪代谢节律、血清代谢物动态及肌肉生物钟的调控作用，为“时间营养学”和运动干预提供了新视角。
科学问题
饮食时间如何通过脂肪-肌肉代谢交流增强运动能力？
研究设计
研究采用雌性C57BL/6J小鼠，通过日间限制进食（DRF，模拟斋月禁食）和夜间限制进食（NRF，类似16:8禁食），探究饮食时间对代谢和运动的影响。通过脂肪细胞特异性基因敲除（Prkaa2、Bmal1、Clock）和口服AMPK激活剂C29，验证AMPKα2信号在代谢节律中的作用，并结合跑步机测试评估运动耐力。
技术方法
蛋白质组、磷酸化修饰组、靶向脂质组、代谢组、转录组、ChIP-seq
研究结果
1. DRF重塑脂肪代谢的蛋白质组与脂质组节律
9周龄雌性C57BL/6J小鼠，分日间限制性进食（DRF）和夜间限制性进食（Night-restricted feeding, NRF）组，进行7天限时喂养；在24-48小时内，每隔4小时（蛋白质组、脂质组）或3小时（磷酸化修饰组）采集小鼠的性腺白色脂肪组织（Gonadal white adipose tissue, GWAT）样本，进行多组学分析（图1A）。
通过对定量蛋白质组学获得的4,142种蛋白质进行昼夜节律分析，结合已发表转录组的昼夜表达数据（GEO: GSE151228）发现，DRF小鼠的GWAT中检测到的281种节律蛋白中，80.4%呈现24小时从头节律（de novo rhythm, DNR），且主要与线粒体氧化代谢途径相关（图1D-F）；而NRF组中检测到513种节律蛋白，其中58.5% 有从头节律性（图1G-I）。
脂质组学分析发现，DRF显著改变了中性脂类的昼夜分布，共发现了110种节律性脂质，绝大多数DRF脂质在时间0（ZT0，开灯时间）和ZT12左右达到峰值。例如，游离脂肪酸（FFA）在生物黄昏（ZT21）达到峰值（占总循环脂类的64.7%），与脂肪分解活性同步；而三酰甘油（TAG）在白昼（ZT10-15）富集，提示DRF通过分时段调控脂质合成与分解的平衡（图1J-K）。
图1 DRF在蛋白质组和脂质组中引入从头节律
GWAT内mRNA和蛋白质之间的昼夜节律不一致（图1D, G）引发了研究者对翻译后修饰的兴趣，因此作者接下来对自由喂养(ad libitum-fed, ALF)、DRF及NRF小鼠的GWAT组织进行了磷酸化修饰组学和昼夜节律分析（图2A-B），发现DRF显著降低了昼夜节律位点的振幅（图2C）。富集分析发现，mTOR信号通路的相位发生逆转，在DRF组为睡眠期，而NRF组则为活动期（图2D），而这与AMPKα2关键磷酸化位点Ser377（而非Ser491）的节律性变化密切相关（图2E）。表明营养感应途径在TRF期间昼夜节律中的核心作用，其中AMPKα2信号通路由DRF诱导并与进食节律同步。
图2 DRF诱导脂肪AMPK信号通路
2. 脂肪AMPKα2调控血清代谢物与脂肪-肌肉通讯
为了验证脂肪细胞AMPKα2信号传导有助于运动表现的假设，团队随后构建了脂肪特异性Prkaa2敲低小鼠模型 (Prkaa2FKD)。与对照组相比，Prkaa2FKD小鼠整体跑步耐力较差，尤其是在DRF下，说明脂肪细胞Prkaa2敲低阻止了与DRF相关的跑步耐力增加（图3A）。为了测试脂肪特异性核心时钟基因Bmal1或Clock是否调节运动表现，作者同样在脂肪细胞中敲低了这两个基因，发现Clock敲低，而非Bmal1，显著降低了DRF期间的高强度跑步表现， 表明DRF至少部分通过脂肪细胞时钟系统来增加跑步耐力（图3B）。
为了确定由脂肪细胞AMPKα2调控的脂肪到肌肉信号传导的介质，团队对Prkaa2FKD小鼠血清进行了代谢组学和节律性分析，分别从Prkaa2FKD和对照小鼠中鉴定出280种和294种节律性代谢物（图3C），Prkaa2敲低导致琥珀酸、乳酸等能量代谢相关代谢物的节律改变（图3D）。为了确定脂肪细胞 AMPK 缺乏对昼夜脂质组的影响，团队对Prkaa2FKD小鼠GWAT组织进行了脂质组学分析，与对照组相比，有139种和101种脂质在ZT0和ZT12之间存在差异，Prkaa2敲低导致游离脂肪酸（FFA）和甘油三酯（TAG）的昼夜差异消失（图3E-F），且长链酰基辅酶A（如棕榈酰辅酶A）含量在ZT0时显著升高（图3G），
图3 脂肪细胞AMPKα2调节全身和组织代谢组
3. 时序性AMPKα2激活增强运动表现的机制研究
为了确认脂肪细胞AMPKα2信号是否是DRF条件下调节肌肉昼夜节律的原因，团队比较了DRF期间GWAT和肌肉的脂质组和转录组数据，发现DRF相关的脂质组学特征包括棕榈酸 (FFA16:0) 和酰基肉碱 (18:0-肉碱) (图4A)。而转录组特征在分泌肽、昼夜节律和胆固醇代谢中富集 (图4B)。时相富集分析发现，在脂肪和肌肉组织中发现的节律基因在多种生物途径中富集 (图4C)。而与DRF相关的蛋白质组学特征均由线粒体蛋白表示（图4D）。因此，肌肉中脂质代谢、细胞信号传导和线粒体功能的昼夜节律与GWAT中的昼夜节律同步。此前研究表明肌肉Bmal1对DRF下运动表现重要，它与过氧化物酶体增殖体激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）转录水平相关。对脂肪细胞Prkaa2FKD小鼠分析发现，Prkaa2敲低不影响肝脏Bmal1昼夜表达，却降低肌肉Bmal1节律振幅（图4E），消除肌肉PGC-1α的节律性表达（图4F）。这表明脂肪细胞AMPKα2信号缺乏会损害肌肉时钟及其对PGC-1α的调控，与DRF下肌肉时钟控制的线粒体代谢在运动生理中的作用相符。
最后，团队探索了特定时间激活AMPKα2对运动能力的影响。吡唑酮衍生物C29可激活脂肪细胞AMPK，发现在ZT12时口服C29可显著提高跑步耐力（图4G），ZT0时对耐力的影响并不显著。敲低Prkaa2可消除与C29对耐力的影响（图4H），证实脂肪AMPKα2是代谢节律向肌肉传递的核心枢纽。
图4 脂肪细胞AMPKα2缺乏损害DRF期间的肌肉时钟
研究小结
总的来说，本研究通过多组学分析，揭示了日间限制性进食（DRF）通过AMPKα2信号调节小鼠性腺白色脂肪组织（GWAT）中线粒体蛋白、中性脂质和营养感应通路昼夜节律的现象。为我们理解昼夜节律、饮食和运动之间的关系提供了新的视角，还为未来的运动科学和健康管理提供了潜在的干预靶点。
参考文献
1. Daytime-restricted feeding enhances running endurance without prior exercise in mice. Nat Metab. 2023 Jul;5(7):1236-1251.
2. Multi-omics profiling reveals rhythmic liver function shaped by meal timing. Nat Commun. 2023 Sep 29;14(1):6086.
3. Clock-modulated checkpoints in time-restricted eating. Trends Mol Med. 2022 Jan;28(1):25-35.
4. Circadian nutrition: is meal timing an elixir for fatigue? Sci Bull (Beijing). 2025 Feb 15;70(3):309-312.
