膳食影响生理，禁食（Fasting）以及热量限制有益健康。尽管一直以来的研究表明饮食与健康之间存在关联，但是具体的生物学机制上仍不清楚。 2023年2月23日，美国西奈山伊坎医学院Filip K. Swirski研究组在Immunity发表了文章Monocytes re-enter the bone marrow during fasting and alter the host response to infection，发现禁食会启动单核白细胞的迁移开关，延长白细胞的寿命，并改变其对病原体感染的易感性。 热量的过度摄入会缩短机体寿命，增加患心血管代谢疾病的风险，并加剧细菌感染。禁食则与高血压、动脉粥样硬化、糖尿病、肥胖、结肠炎、哮喘和牛皮癣等疾病的发生负相关【1】。最近有研究表明饮食影响单核白细胞在体内的分布，白细胞分布变化对于疾病所导致结果具有重要的影响。饮食限制会导致饥饿，大脑的中枢神经系统对于饮食动态信号的变化是如何解读并调节白细胞的还不得而知。 为了系统性揭开白细胞在禁食过程中的变化，作者们对小鼠进食24小时后16个不同的器官和组织中B细胞、T细胞、单核白细胞以及中性粒细胞的数量变化进行表征（图1）。这一研究结果表明禁食后不同免疫细胞发生着快速的变化。值得注意的是，除了骨髓外，每个组织中的Ly-6C高表达单核白细胞的数量都发生了降低，这与人体禁食所得到的研究结果是一致的【2】。进一步通过对时间进程进行分析，作者们发现单核白细胞在对活动时间进行食物现实会导致血糖浓度迅速降低，白细胞在血液循环中的数量降低。 图1 进食24小时后小鼠体内免疫细胞的变化 活动期禁食四小时后，单核白细胞就会从血液中消失，这比预想的要快很多。那么白细胞减少的机制是什么呢？为此，作者们使用GFP标记单核白细胞，发现禁食后小鼠血液中的白细胞转移到了骨髓之中。随后为了对分子机制进行解析，作者们对转录本的变化进行检测，发现了趋化因子Cxcr4高表达。Cxcr4表达的丧失会导致髓系细胞的滞留，因此作者们推断Cxcr4可能是促进白细胞进入骨髓的原因。通过建立Cxcr4缺乏的小鼠，作者们证明了在禁食过程中单核白细胞反向迁移，重新回到骨髓之中。 先前的研究表明，皮质酮（Corticosterone，CORT）会增强Cxcr4的表，因此作者们想想知道皮质酮是否是造成禁食过程中单核白细胞进入骨髓的原因。首先，作者们发现禁食期间血液中的皮质酮迅速且持续的增加。其次，体外分选的单核白细胞中加入皮质酮可以增加Cxcr4的表达，而肾上腺切除解除禁食引起皮质酮峰值出现会导致骨髓中单核白细胞的增加。 在解除禁食恢复小鼠饮食后外，作者们发现单核白细胞会重新回到血液之中。通过双重脉冲标记实验，作者们发现恢复饮食后重新回到血液循环系统中的单核白细胞是旧的免疫细胞而非骨髓中新生的单核白细胞。 进一步地，通过RNA-seq实验作者们发现禁食-恢复饮食这一过程会大规模地影响单核白细胞中的转录特征。作者们想知道禁食所引起的免疫细胞反向运输的生物学功能，因此对小鼠感染了铜绿假单胞菌。铜绿假单胞菌是革兰氏阴性菌，也是医院内引起肺炎的主要原因。作者们发现长时间禁食-恢复饮食会导致小鼠单核白细胞数量失衡，炎症反应加剧，进而导致比自由进食的小鼠在感染后死亡率更高。 图2 工作模型 总的来说，作者们工作发现禁食会导致小鼠体内营养匮乏，在重新恢复饮食之前，单核白细胞重新回到骨髓中进行“避难”，这会导致机体对感染的反应产生变化。该工作为饮食的时间动态平衡调节单核白细胞的空间分布提供了新的证据。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.01.024
制版人：十一
参考文献
1. Di Francesco, A., Di Germanio, C., Bernier, M., and de Cabo, R. (2018). A time to fast. Science 362, 770–775.2. Jordan, S., Tung, N., Casanova-Acebes, M., Chang, C., Cantoni, C., Zhang, D., Wirtz, T.H., Naik, S., Rose, S.A., Brocker, C.N., et al. (2019). Dietary intake regulates the circulating inflammatory monocyte pool. Cell 178, 1102–1114.e17.