点评丨徐璎（苏州大学）、丁琛（复旦大学）、管栋印（Baylor College of Medicine）、张珞颖（华中科技大学）
限时进食是近年来兴起的防治肥胖、脂肪肝等代谢心血管疾病的间歇性禁食手段【1】。与节食不同，限时进食不限制食量，只考虑控制进食时间在6-12小时，更容易长期坚持【2】。限时进食可以绕过中枢生物钟直接给肝脏生物钟上发条，甚至修复肝脏核心生物钟基因缺失导致的昼夜节律紊乱与脂肪肝等症状【3】。
究竟有多少肝脏相关的细胞生理与代谢活动表现昼夜节律，它们是否被限时进食调节呢？既往研究常常采用转录组，但限时进食的肝脏存在转录组与代谢组层次节律效应的巨大不同【4】。这可能与肝脏的细胞异质性与功能分区有关，并在近期报道【5, 6】；也可能与复杂的转录后调节机制有关。因此，需要获得联系转录组与肝脏代谢的蛋白质与多种蛋白质翻译后修饰的昼夜节律全景图谱。
最近，陆军军医大学第一附属医院（西南医院）心血管内科张志辉和李旻典课题组联合中国科学院遗传与发育生物学研究所税光厚团队在Nature Communications发表题为Multi-omics Profiling Reveals Rhythmic Liver Function Shaped by Meal Timing的研究论文。该研究针对恢复代谢健康的活跃期限时进食（NRF）【7】和提高运动耐力的静息期限时进食（DRF）【8】绘制这两种不同限时进食模式下的小鼠肝脏昼夜节律多组学全景式图谱（www.circametdb.org.cn）。
该图谱覆盖蛋白质组、4种主要翻译后修饰（磷酸化、泛素化、糖基化与琥珀酰化）和脂质组，其中蛋白磷酸化的昼夜节律最丰富，琥珀酰化的昼夜节律最少。整合分析揭示生物钟调节的脂肪酸代谢是限时进食调节肝脏功能的一个重要昼夜节律特征，该特征与核心生物钟蛋白PERIOD2的Ser971磷酸化相关。课题组制备识别Ser971磷酸化位点的抗体，用细胞实验初步揭示PERIOD2的Ser971磷酸化修饰水平响应细胞外糖脂浓度的变化，具备营养感知的功能。
小鼠肝脏昼夜节律的多组学全景式图谱概况
（a）研究工艺流程；（b）昼夜节律蛋白质与脂质的概况。
陆军军医大学第一附属医院心血管内科张志辉和李旻典为本论文的共同通讯作者，黄荣凤、陈江慧、周玫余和辛浩然为本论文的共同第一作者。
专家点评
徐璎（苏州大学剑桥-苏大基因组资源中心）
近年来，大量研究已清晰地表明，将限时进食视为一种新兴的间歇性禁食方法，对于肥胖、糖尿病等代谢性疾病的预防和治疗具有明显的潜力，为应用于实践中提供了广阔的前景。然而，这个方法仍然存在效果不一，且存在一些潜在的风险因素，例如，我们的课题组发现，限时进食可能对哺乳动物的体温稳态产生比较显著的影响。因此，为了更深入地理解这些问题，需要进行更详尽的机制研究。
目前，多组学的昼夜节律全景式图谱为我们提供了一种无偏见且全面的研究方法。然而，与其他领域的研究不同，这一方法非常耗时且具有挑战性，需要进行0-48小时的连续采样，并且需要2至4小时的时间间隔内进行高分辨率分析。李旻典团队针对限时进食对代谢影响这一重要问题，采用两种互补的限时进食方案，结合多种蛋白质组学和脂质组学技术，创建了肝脏组织在限时进食条件下的蛋白质组学、磷酸化修饰、泛素化修饰、琥珀酰修饰和N-糖基化修饰以及脂代谢的综合图谱。这是迄今为止规模和深度最大的肝脏响应限时进食后代谢反应动态变化数据库。值得一提的是，该数据库采用了不常见的雌性小鼠模型，为生物钟领域和代谢领域提供了极为有价值的资源。
PER2作为昼夜节律周期的关键分子之一，其多种修饰对生理和病理过程具有重要影响。我们的早期研究发现，PER2-pSer662位点的突变会影响时间依赖的程序性磷酸化，进而影响睡眠相位。此外，其他位点的突变也能改变磷酸化水平，从而影响生物钟周期。此外，PER2还受到乙酰化和O-GlcNAc糖基化等多种修饰的调控。在本研究中，李旻典团队还揭示了PER2-pSer971修饰与营养感知之间的关联，强调了这些修饰在生物学功能中的重要性。因此，结合这些数据库和代谢感应后的蛋白质修饰及脂代谢产物，我们有望更深入地理解代谢与昼夜节律之间的复杂关系。
专家点评
丁琛（复旦大学人类表型组研究院）
昼夜节律生物钟由位于下丘脑SCN区域的主时钟和位于外周器官的外周生物钟组成。因其调控了生命体多种生理过程，一直以来都是备受关注的研究热点。早期研究指出，外界因素，例如进餐时间，可以独立地同步外周器官的生物钟，即所谓代谢节律。随着人们生活节奏的加快，代谢节律失调引起的疾病日渐增多，这使得解析代谢节律的分子机制，阐明进餐时间对外周节律器官的影响成为研究者的当务之急。
李旻典研究团队长期从事代谢节律研究，团队前期开展了多项针对小鼠限时进食的研究，发现了对小鼠进行DRF饲养能有效增强小鼠的运动能力。在本研究中，研究团队以雌性小鼠为模型，肝脏为研究对象通过多组学的研究方法全景式地描绘了限时进食对昼夜节律的影响。在2天的时间周期内分12个时间点，研究团队分别收集了白天/睡眠时间进食饲养和夜间/清醒时间进食饲养的雌性小鼠肝脏，并进行了蛋白质组学、四种翻译后修饰蛋白质组学（磷酸化、泛素化、琥珀酰化和N-糖基化）以及脂质组学的检测，建立了全面的限时进食小鼠肝脏多组学数据库。该数据库的建立为有关肝脏限时进食的机制研究奠定了数据基础。
本研究的一大亮点是旻典教授团队发现了大量与限时进食相关的翻译后修饰分子。具体而言，包括44.8%的磷酸化蛋白质，37.8%的泛素化蛋白质，15.7%的N-糖基化修饰蛋白质以及1.9%的琥珀酰化蛋白质被发现在限时饮食的雌性小鼠肝脏中呈现节律性。而在此前的研究中，人们仅发现了部分转录本呈现节律性表达，故此，本研究中多种具有节律性的翻译后修饰蛋白的发现不仅丰富了我们对雌性小鼠限时饮食中节律相关分子的认知，更提示了翻译后修饰在代谢节律中可能具有广泛调控功能。这一发现为我们描绘了一个更为全面、完整的限时饮食中代谢节律多维图谱，也有望为代谢节律失调相关疾病的治疗提供有益的指导。研究团队提出的营养物质可以激活节律性磷酸化位点PER2-pSer971的结论，为代谢节律的机制研究提供了新的视角，也为未来的研究开辟了新的方向。
总的来说，旻典教授的研究将多组学的研究思路扩展到与健康密切相关的节律代谢这一研究领域，深化了我们目前对限时饮食影响代谢节律和肝脏生理功能的这一复杂调控过程的理解，同时为未来的代谢节律研究提供了新的研究范式。
专家点评
张珞颖（华中科技大学生命科学与技术学院，中国细胞生物学学会生物节律分会会长）
在一天中恰当的时间进食能够改善代谢状态、延长寿命，但进食的时间如何产生影响其机理有待进一步阐明。本研究将小鼠的进食时间限制在白天或夜晚，随后收取肝脏组织，检测了蛋白组、四种翻译后修饰组以及脂质组在一天中不同时间的丰度变化，并出乎意料的发现蛋白磷酸化修饰对于节律性进食的响应最明显。这提示在生化层面，磷酸化调控可能是进食节律产生生理效应的一个主要机制。本研究所产生的大量数据为后续探究生物节律与代谢相关科学问题提供了重要基础。
专家点评
管栋印（Baylor College of Medicine, USA）
昼夜节律在很大程度上具有可塑性，而且外周生物钟的可塑性可能独立于中枢生物钟。这些外周生物钟与中枢生物钟的不同步可能导致代谢疾病，如肥胖和糖尿病。进食禁食周期是一种周期性的饮食模式，人们在一天的某个时间段进食，然后在另一段时间内禁食。这个周期对肝脏的昼夜节律起到关键作用。一些临床数据表明，与晚间饮食相比，早间饮食对代谢有更好的效果。Ueli Schibler团队早在2000年在老鼠模型里面发现进食时间限制在生理相反的时间（Reverse-phase feeding，对应小鼠的day time restricted feeding DRF）可以在7天内完全牵引肝脏核心的生物钟节律延时10-12小时。符合生理活动周期的限时进食方案（小鼠的night time restricted feeding, NRF）可以恢复肝脏生物钟运行，这也是最近非常热门的间歇性禁食方案。过去，包括我们课题组在内的研究提供了大量证据，揭示了哺乳动物肝脏如何响应进食节律的分子机制，并探讨了肝脏细胞之间的信号传递如何形成和同步。肝脏的昼夜节律与细胞代谢的相互作用是理解生物钟调节的一个重要研究对象，具有并将继续发挥关键的理论价值。
以上的研究主要专注于基因表达的转录组水平。对于限时饮食中的转录后调节、翻译后调节和细胞器层次的昼夜节律的研究相对不足。李旻典团队在小鼠的肝脏中检测并整合了蛋白组，蛋白磷酸化组，N-糖基化组，泛素化组和琥珀酰化组，以及代谢组对限时性饮食进行了全方位的的分析。他们发现不同的翻译后调节对限时性饮食的反应的程度是不一样的。譬如琥珀酰化是最不响应进食禁食周期，而且蛋白磷酸化和脂质组更容易被进食时间同步。这些有趣的发现为了解生物钟与进食以及其他影响外周生物钟的因素之间的关系提供了重要线索。这项研究是该团队既往研究（Cell Metab 2013, iScience 2021, Nat Metab 2023）的系统延续和方法学创新，同时为进一步探讨后转录组学时代的机制细节提供了重要的代谢生物钟数据资源。李旻典团队已经将这些珍贵的生物钟多组数据公开分享在他们的网站上。对于对生物钟调节感兴趣的学者，强烈推荐访问CircaMetDB.org.cn以获取详细信息。最后向李旻典团队表示热烈的祝贺。
原文链接：
http://doi.org/10.1038/s41467-023-41759-9
制版人：十一
参考文献
1. Li, M.-D. Clock-modulated checkpoints in time-restricted eating. Trends Mol. Med. 28, 25–35 (2022).
2. Teong, X. T. et al. Intermittent fasting plus early time-restricted eating versus calorie restriction and standard care in adults at risk of type 2 diabetes: a randomized controlled trial. Nat. Med. 29, (2023).
3. Chaix, A., Lin, T., Le, H. D., Chang, M. W. & Panda, S. Time-Restricted Feeding Prevents Obesity and Metabolic Syndrome in Mice Lacking a Circadian Clock. Cell Metab. 29, 303-319.e4 (2019).
4. Xin, H. et al. A multi-tissue multi-omics analysis reveals distinct kinetics in entrainment of diurnal transcriptomes by inverted feeding. iScience 24, 102335 (2021).
5. Guan, D. et al. The hepatocyte clock and feeding control chronophysiology of multiple liver cell types. Science (80-. ). 369, 1388–1394 (2020).
6. Zummo, F. P. et al. A time- and space-resolved nuclear receptor atlas in mouse liver. J. Mol. Endocrinol. 71, (2023).
7. Petersen, M. C. et al. Complex physiology and clinical implications of time-restricted eating. Physiol. Rev. 102, 1991–2034 (2022).
8. Xin, H. et al. Daytime-restricted feeding enhances running endurance without prior exercise in mice. Nat. Metab. 5, 1236–1251 (2023).
原标题：《【学术前沿】专家点评 Nature Commun丨李旻典/张志辉合作团队发布限时进食调节肝脏昼夜节律的多组学图谱》
