能量限制（Calorie restriction,CR）是一种降低能量摄入的饮食方式,在提供生物体充分的营养成分,确保不发生营养不良的情况下,降低饮食中30%-50%的能量摄入。到目前为止,能量限制被认为是唯一一种可以延长寿命的非药物干预措施。研究发现能量限制在多种模式生物,如酵母、线虫、果蝇、小鼠和大鼠中均能够抵抗衰老、延长寿命,并且降低多种衰老相关疾病的发生率。在灵长类恒河猴的研究中同样发现能量限制能够抑制衰老相关疾病的发生,能量限制在人类中的研究还比较有限,一些临床研究表明能量限制能够改善心血管疾病、肥胖和胰岛素抵抗发生的危险因素。能量限制本质上是一种控制能量摄入的饮食方式,因此与整体的能量代谢密切相关,对代谢的调节是能量限制的核心问题。从根本上说,能量限制最直接的效应是通过降低能量的摄入,改变机体代谢途径和代谢流的走向,改变对能量的储存和利用模式。高通量转录组结果显示,能量限制可以全部或部分逆转衰老转录组表达谱,并在转录水平激活能量代谢,抑制炎症反应和氧化应激。另外,研究表明蛋白质翻译是细胞生命活动中消耗能量最多的生物学过程之一,蛋白质翻译系统以及由此产生的蛋白质组更容易受到细胞能量状态的影响,因此在能量限制状态下研究蛋白质组比转录组更具有生物学意义。但是与转录组研究相比,目前对能量限制蛋白质组的研究还非常有限。本研究旨在利用高覆盖、高精度的定量蛋白质组学技术,以SILAC小鼠作为蛋白组学定量内标,探究能量限制对小鼠肝脏蛋白质组的重塑作用。首先,我们建立了标准的能量限制小鼠模型并检测了一系列生理生化指标来评估该模型。我们发现能量限制小鼠随着能量摄入的减少,体重明显降低,并且代谢旺盛的组织器官改变最为明显。动物代谢系统（代谢笼）检测结果显示能量限制小鼠单位体重O2消耗量、CO2生成量和能量消耗明显降低。另外,呼吸交换率的降低表明机体以脂肪酸代谢供能为主,说明机体在能量限制状态下,重塑代谢并重建了能量稳态。血生化指标和糖耐量结果显示,能量限制降低餐后血糖、甘油三酯、胆固醇和LDL-C水平,并且能够有效的改善血糖调节能力。其次,我们通过高通量芯片手段,检测了能量限制小鼠肝脏的转录组表达谱。转录组结果显示能量限制激活代谢和转录相关通路,并抑制炎症和蛋白合成与转运相关通路,该结果与文献报道一致。考虑到在能量限制状态下,蛋白质组对能量状态的改变更为敏感,我们利用高覆盖、高精度的定量蛋白质组学手段,以SILAC小鼠作为蛋白组学定量内标,探讨能量限制对小鼠肝脏蛋白质组的重塑作用。定量蛋白质组的数据分析显示定量结果通量高且覆盖广,Gene ontology（GO）功能分析显示能量限制重塑小鼠肝脏蛋白质组,尤其对能量代谢通路和蛋白质翻译系统影响最为明显,并且差异表达蛋白在线粒体中显著富集。通过更具体的差异表达蛋白分析,结果显示能量限制重塑代谢,以脂肪酸代谢为主并抑制糖酵解,激活TCA循环,更多地依赖线粒体氧化磷酸化供能。同时,能量限制显著抑制蛋白质翻译系统、蛋白质折叠、蛋白质运输与定位等耗能过程。基于定量蛋白质组学结果,能量限制显著抑制蛋白质翻译系统。我们发现能量限制降低蛋白质翻译机器即核糖体蛋白的表达水平,验证了定量蛋白质组学的结果。为了进一步探究能量限制对蛋白质翻译活性的影响,我们利用蔗糖密度梯度离心的方法检测单体核糖体和多聚核糖体的分布情况,即Polysome profiling。多聚核糖体组分与单体核糖体组分的比例关系则反映了蛋白质的翻译效率。结果显示能量限制组的多聚核糖体组分明显减少,单体核糖体组分明显增加,说明能量限制降低多聚核糖体在mRNA上的数量,从而降低了蛋白质的翻译效率。另外,我们发现能量限制能够抑制mTOR信号通路,提示能量限制可能通过抑制mTOR信号通路抑制蛋白质翻译系统。另外,基于定量蛋白质组学的结果,我们发现能量限制激活线粒体能量代谢通路和氧化磷酸化过程,并且差异表达蛋白主要定位于线粒体中,说明线粒体在能量限制过程中扮演着重要的角色。我们发现能量限制能够上调线粒体功能相关分子,如PGC-1α、PGC-1β、NRF-1、NRF-2、TFAM等。另外酶学检测结果显示,能量限制不仅改善了 TCA循环限速酶,即柠檬酸合酶的活性,并且提高了氧化磷酸化复合物Ⅰ和复合物Ⅳ的活性,说明能量限制改善了线粒体能量代谢活性和氧化磷酸化功能。在线粒体生物合成方面,能量限制并没有增加mtDNA含量,但是透射电镜检测结果显示,线粒体相对于细胞浆的面积增加,同时单位线粒体的面积、周长和直径都明显增加,说明能量限制虽然没有增加线粒体的绝对数量,但是线粒体的相对面积有所增加,这也可能是能量限制后线粒体功能改善的一个原因。综上所述,我们发现能量限制重建了能量稳态平衡,并且转录组和定量蛋白质组结果均显示能量限制重塑代谢通路,激活氧化磷酸化过程,并抑制蛋白质翻译系统。说明机体在这种长期低能量状态下,一方面通过激活能量代谢和线粒体功能促进能量利用效率,另一方面通过抑制耗能最多的蛋白质翻译系统,降低整体的能量消耗,从而使机体重建能量稳态,并且这是一种更经济更有效率的能量状态。