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隔日断食对小鼠老年认知功能障碍的预防作用及

DNA表观遗传机制研究

摘要

研究背景与目的：

衰老是指随着年龄的增加机体逐渐出现结构和机能衰退的过程。认知功能障碍

是衰老引起脑功能衰退的典型特征。随着人口老龄化的加剧，老年认知功能障碍的

患病率及发病人数均逐年增加，已成为威胁我国居民脑健康的主要疾病。因此，寻

找预防老年认知功能障碍的方法对改善老年人的脑功能、提高健康寿命意义重大。

隔日断食（Everyotherdayfasting，EOD）是指24小时随意进食与24小时断

食循环交替的一种饮食限制手段，是一种常见的间歇性禁食方式。前期研究发现，

EOD可通过改善机体能量代谢提高认知功能及延缓衰老，但分子机制尚未完全阐

明。非基因突变状态下，能量代谢紊乱是导致DNA表观遗传失调的重要原因，且

DNA表观遗传失调与能量代谢紊乱是衰老和认知功能障碍的共同特征。因此，我

们推测EOD通过改善脑内能量代谢调节DNA表观遗传，进而预防老年认知功能障

碍的发生。

本论文共分为两章，第一章采用不同月龄小鼠模拟自然衰老过程，揭示自然衰

老过程中小鼠的认知功能、脑内DNA表观遗传和能量代谢状态特征；第二章对不

同月龄小鼠进行EOD干预，揭示不同年龄开始EOD对老年小鼠认知功能的影响，

并从DNA表观遗传角度阐释其作用机制。

研究方法：

第一章：选用3月龄、12月龄和20月龄的雄性C57BL/6J小鼠分别模拟青年、

中年到老年的自然衰老过程。利用水迷宫等行为学范式评估不同月龄小鼠的认知功

能；利用全细胞膜片钳技术检测不同月龄小鼠的海马神经元兴奋性；利用斑点印记

技术考察不同月龄小鼠的海马和大脑皮层DNA中5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，

5mC）、5-羟甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine，5hmC）和5-甲酰基胞嘧啶（5-

Formylcytosine，5fC）总体水平；利用蛋白免疫印迹技术考察不同月龄小鼠大脑皮

层中DNA甲基转移酶家族（DNAmethyltransferases，DNMT1/3a/3b）、DNA去甲

基化酶10-11转位蛋白家族（Ten-eleventranslocationprotein，TET1/2/3），以及与腺

苷酸活化蛋白激酶（AMP-activatedproteinkinase，AMPK）和p-AMPK蛋白水平；

利用液相色谱-质谱技术检测不同月龄小鼠大脑皮层中三羧酸（Tricarboxylicacid，

TCA）循环中间代谢产物含量；利用酶联免疫吸附检测不同月龄小鼠大脑皮层中甲

基供体S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）和S-腺苷同型半胱氨酸

（S-adenosylhomocysteine，SAH）水平。

第二章：将60只3月龄雄性C57BL/6J小鼠，按体重随机分为以下三组

（n=20）：自由取食组（Adlibitum，AL），小鼠自由取食饲养至20月龄；中老年

EOD组（EOD-4），小鼠先自由取食饲养至16月龄，然后进行EOD处理，直至20

月龄；青年EOD组（EOD-17），小鼠一直进行EOD处理，直至20月龄。利用水

迷宫等行为学范式评估三组小鼠认知功能；利用全细胞膜片钳技术检测三组小鼠海

马神经元兴奋性；利用斑点印记技术考察三组小鼠海马和大脑皮层DNA中5mC、

5hmC和5fC总体水平。

结果：

第一章：

（1）3月龄、12月龄和20月龄小鼠体重和摄食量无明显差异，但20月龄小

鼠的葡萄糖耐量显著低于3月龄小鼠（p0.05）。

（2）行为学结果发现，与3月龄和12月龄小鼠相比，20月龄小鼠在高架十字

迷宫和旷场实验中运动距离均显著减少（p0.01），在高架十字迷宫开放臂和旷场

中心区域的探索时间均显著减少（p0.01）；与3月龄和12月龄小鼠相比，20月龄

小鼠在Y迷宫新奇臂识别、新物体识别和新位置识别中的记忆指数均显著降低

（p0.01）；与3月龄和12月龄小鼠相比，20月龄小鼠在探索水迷宫目标象限时间

占