2022年1月10日，國際營養(yǎng)領域著名期刊《營養(yǎng)學雜志》（Journal of Nutrition）在線發(fā)表了中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所林旭研究組的文章“Different isocaloric meals and adiposity modify energy expenditure, clinical and metabolomic biomarkers during resting and exercise states in a randomized cross-over acute trial of normal weight and overweight/obese men”。該項短期干預首次系統(tǒng)地研究了在等能量條件下，不同膳食宏量營養(yǎng)素比例、體質(zhì)指數(shù)（BMI）以及運動、靜息狀態(tài)對于能量代謝和臨床心血管代謝相關(guān)指標和代謝組譜的影響。
隨著膳食營養(yǎng)和生活方式的快速轉(zhuǎn)型，肥胖及相關(guān)心血管代謝性疾病已成為我國經(jīng)濟發(fā)展和國民健康的主要威脅。發(fā)現(xiàn)有效的膳食干預策略，對于這類疾病的防控具有重要意義。包括碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)在內(nèi)的宏量營養(yǎng)素的攝入總量和比例、個體的體重，以及靜息/運動能量消耗和底物代謝在調(diào)控能量平衡和心血管代謝健康方面均發(fā)揮著重要作用。而在干預研究中代謝組學的運用能更深入和客觀地揭示不同營養(yǎng)素在體內(nèi)的代謝狀況和代謝途徑。然而，目前關(guān)于膳食總能量、宏量營養(yǎng)素組成與代謝健康的關(guān)系仍存在爭議，而超重和肥胖也能不同程度地影響基礎能量代謝和底物消耗速率。迄今為止，系統(tǒng)評估不同膳食宏量營養(yǎng)素比例、體重和運動對能量消耗、糖脂代謝以及代謝組學影響的干預研究數(shù)據(jù)尤為欠缺。
在本項3×2×2的隨機對照、交叉設計的短期膳食干預研究中，林旭研究員團隊招募了20名正常體重和20名超重/肥胖18-45周歲的男性志愿者，依次以隨機順序給予3種不同宏量營養(yǎng)素比例的等能量實驗膳食（高碳水+低脂、低碳水+高脂、高蛋白+低脂），每種膳食連續(xù)食用兩天：在第一天（靜息日）通過間接測熱法（indirect calorimetry）測量收集空腹、餐后0、1、2、3小時多個時間點的靜息能量消耗，在第二天（運動日）測量餐前靜息時和餐后中等強度單車運動30分鐘的能量消耗。在靜息日和運動日均采集空腹和餐后2小時血液樣本。不同膳食間的洗脫期為10天。通過系統(tǒng)分析了3種膳食干預前后的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：1）盡管3種膳食在餐后總能量消耗、膳食熱效應和主觀飽腹感方面并未發(fā)現(xiàn)顯著差異；中等強度運動能顯著增加高碳水膳食餐后的碳水化合物氧化速率，并顯著降低脂肪氧化速率；2）高碳水膳食餐后2小時的血糖和胰島素增量均顯著高于其余2種膳食；高脂膳食餐后2小時的甘油三酯增量最大；高蛋白膳食餐后2小時的血糖和總膽固醇增量最小。運動能顯著減弱高碳水膳食的提升血糖和胰島素的效應（圖1）。3）通過與尹慧勇研究員團隊合作開展非靶向代謝組檢測，發(fā)現(xiàn)了69種能顯著區(qū)分3種膳食餐后2小時應答的效應代謝組標記物，主要富集于精氨酸合成、半胱氨酸和甲硫氨酸代謝，以及甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝通路，其中效應值最高的氨基酸為同型半胱氨酸、組氨酸、色氨酸等（圖2）。4）超重/肥胖志愿者比正常體重個體表現(xiàn)出較低的碳水化合物氧化速率和較高的脂肪氧化速率；較大的餐后胰島素和甘油三酯增量，以及較多的餐后代謝物變化數(shù)量和較高的變化幅度，提示超重肥胖個體在餐后重獲代謝穩(wěn)態(tài)的能力弱于正常體重個體。總之，相較于宏量營養(yǎng)素，膳食總能量對餐后能量消耗的影響可能更顯著，而不同宏量營養(yǎng)素比例的等能量膳食對餐后心血管代謝指標具有不同的影響，且受到體重和運動的調(diào)控。本研究為今后精準的減重干預方案的制定提供了科學依據(jù)。
中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所林旭研究員和孫亮副研究員為文章的共同通訊作者，博士研究生熊全和孫亮副研究員為共同第一作者。該課題得到了中國科學院重點項目、上海市科委、國家自然科學基金委，以及湯臣倍健營養(yǎng)科學研究基金項目的資助。
圖1 餐后2小時血液臨床指標的變化比較
圖2 餐后2小時血液代謝組指標變化的PLS-DA和通路分析
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