Calorie and protein restriction in mammals : a review and comparison on respect to aging

Abstract

Calorie restriction (CR), a 10-50% (typically 30%) reduction in calorie intake with adequate nutrients, is the most widely accepted intervention to delay aging and increase lifespan in many model organisms. Recently, there has been an emerging interest for the possibility that protein restriction (PR) can provide the same effects on aging and lifespan. This literature thesis aims to explore if the positive effects and knowledge of CR from model organisms are relevant for mammals and especially humans, and if the same benefits could be achieved with PR. A non-systematic search was done to explore the effects and relevancy of CR to mammals including humans, while in evaluating the effects of PR, a systematic search was performed. The evaluation of studies uncovered in this thesis, support that much of the knowledge of CR from model organisms seem to be relevant also for mammals and humans. In addition, there is strong evidence that CR in rodents can lead to many of the same effects as seen in other model organisms, including increased lifespan. For CR in non-human primates, high quality prospective studies have uncovered a strong trend of increased lifespan and health, although results are not consistent. Several randomized controlled trials up to two years of length in humans have also uncovered multiple positive effects of CR. It is therefore possible that CR could lead to many of these same effects in both non-human primates and humans. Findings from the systematic search on effects of PR show a strong trend for increased median lifespan in rodents, and this is also the case for selective amino acid restriction (AA-R) of methionine or tryptophan. Collectively, PR, including AA-R, seem to result in increased lifespan and improved health in rodents. For humans, findings indicate that PR may lead to many of the same positive effects on lifespan and health at old age, but the PR regimen may have a negative contribution after a certain age, and should perhaps not be lifelong. Findings indicate that PR seems to provide many of the same effects as seen with CR, but these effects appear to have a lower impact. This might occur because both PR and CR can lead to downregulated GH/IGF-1 and mTOR signaling, while only CR appears to result in an activation of sirtuin and AMPK signaling. In this context, PR can possibly be the cause, or contributor to some, but not all the effects seen with CR. More research is needed before any of these two dietary interventions can be recommended for healthy individuals.

Energi- og kalorirestriksjon (CR), en 10-50% (normalt 30%) reduksjon i energiinntak uten underernæring, er den mest aksepterte intervensjonen for å utsette aldring og øke levealder i en rekke modellorganismer. Nylig har det også blitt en økende interesse for om proteinrestriksjon (PR) kan gi de samme positive effektene på aldring og levealder. Denne litteraturoppgaven tar sikte på å undersøke om de positive effektene og kunnskapen om CR fra modellorganismer også er relevante for pattedyr og spesielt mennesker, og om de samme effektene kan oppnås ved PR. Det ble valgt en ikke-systematisk metode for litteratursøk for å vurdere effekten av CR i pattedyr inkludert mennesker, mens det ble satt opp et systematisk litteratursøk for å undersøke effekten av PR. Funn fra studier som er gjennomgått i denne oppgaven, underbygger at mye av kunnskapen om CR fra modellorganismer også er relevant for pattedyr og mennesker. I tillegg er det sterke bevis for at CR kan lede til mange av de samme effektene som observeres i andre modellorganismer, inkludert økt levealder. For ikke humane primater har prospektive studier av høy kvalitet avdekket en positiv trend for CR i form av økt levealder og bedre helse, men resultatene er ikke entydige. Flere kontrollerte randomiserte studier med opptil to års varighet på mennesker har også avdekket flere positive helseeffekter av CR. Det er derfor mulig at CR kan gi mange av disse positive effektene både i primater og i mennesker. Funn fra det systematiske litteratursøket på PR avdekket en sterk tendens til økt median levealder hos gnagere, og dette er også tilfellet for selektiv aminosyre restriksjon (AA-R) av metionin eller tryptofan. PR, inkludert AA-R kan derfor trolig lede til økt levealder og bedre helse ved økt alder i gnagere. Funn indikerer at PR kan lede til mange av disse positive effektene også for mennesker, men det er mulig at PR bidrar negativt etter en viss alder, og derfor ikke bør opprettholdes livet ut. Funn diskutert i denne masteroppgaven indikerer at PR kan gi mange av de samme effektene som observeres ved CR, men med en svakere effekt. Dette kan muligens forklares ved at både PR og CR kan gi nedregulert aktivitet i GH/IGF-1 og mTOR signalveiene, mens kun CR ser ut til å gi en aktivering av sirtuin og AMPK signalering. Det er derfor mulig at PR kan være årsak, eller bidrag til noen, men ikke alle effektene som observeres ved CR. Mer forskning er nødvendig før noen av disse to kostholdsintervensjonene kan anbefales for friske individer.