2022年1月10日，國際營養領域著名期刊《營養學雜志》（Journal of Nutrition）在線發表了中國科學院上海營養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地研究了在等能量條件下，不同膳食宏量營養素比例、體質指數（BMI）以及運動、靜息狀態對于能量代謝和臨床心血管代謝相關指標和代謝組譜的影響。
隨著膳食營養和生活方式的快速轉型，肥胖及相關心血管代謝性疾病已成為我國經濟發展和國民健康的主要威脅。發現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、脂肪和蛋白質在內的宏量營養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控能量平衡和心血管代謝健康方面均發揮著重要作用。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素在體內的代謝狀況和代謝途徑。然而，目前關于膳食總能量、宏量營養素組成與代謝健康的關系仍存在爭議，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，系統評估不同膳食宏量營養素比例、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據尤為欠缺。
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。通過系統分析了3種膳食干預前后的數據發現：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現顯著差異；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，發現了69種能顯著區分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態的能力弱于正常體重個體。總之，相較于宏量營養素，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。
中國科學院上海營養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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