营养与健康所林旭研究组在不同膳食、体重和运动影响能量消耗、临床和代谢组学标记物改变的干预研究进展

作者: 2022-01-13 来源:
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  2022年1月10日,国际营养领域著名期刊《营养学杂志》(Journal of Nutrition)在线发表了中国科学院上海营养与健康研究所林旭研究组的文章“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”。该项短期干预首次系统地研究了在等能量条件下,不同膳食宏量营养素比例、体质指数(BMI)以及运动、静息状态对于能量代谢和临床心血管代谢相关指标和代谢组谱的影响。

  随着膳食营养和生活方式的快速转型,肥胖及相关心血管代谢性疾病已成为我国经济发展和国民健康的主要威胁。发现有效的膳食干预策略,对于这类疾病的防控具有重要意义。包括碳水化合物、脂肪和蛋白质在内的宏量营养素的摄入总量和比例、个体的体重,以及静息/运动能量消耗和底物代谢在调控能量平衡和心血管代谢健康方面均发挥着重要作用。而在干预研究中代谢组学的运用能更深入和客观地揭示不同营养素在体内的代谢状况和代谢途径。然而,目前关于膳食总能量、宏量营养素组成与代谢健康的关系仍存在争议,而超重和肥胖也能不同程度地影响基础能量代谢和底物消耗速率。迄今为止,系统评估不同膳食宏量营养素比例、体重和运动对能量消耗、糖脂代谢以及代谢组学影响的干预研究数据尤为欠缺。

  在本项3×2×2的随机对照、交叉设计的短期膳食干预研究中,林旭研究员团队招募了20名正常体重和20名超重/肥胖18-45周岁的男性志愿者,依次以随机顺序给予3种不同宏量营养素比例的等能量实验膳食(高碳水+低脂、低碳水+高脂、高蛋白+低脂),每种膳食连续食用两天:在第一天(静息日)通过间接测热法(indirect calorimetry)测量收集空腹、餐后0、1、2、3小时多个时间点的静息能量消耗,在第二天(运动日)测量餐前静息时和餐后中等强度单车运动30分钟的能量消耗。在静息日和运动日均采集空腹和餐后2小时血液样本。不同膳食间的洗脱期为10天。通过系统分析了3种膳食干预前后的数据发现:1)尽管3种膳食在餐后总能量消耗、膳食热效应和主观饱腹感方面并未发现显著差异;中等强度运动能显著增加高碳水膳食餐后的碳水化合物氧化速率,并显著降低脂肪氧化速率;2)高碳水膳食餐后2小时的血糖和胰岛素增量均显著高于其余2种膳食;高脂膳食餐后2小时的甘油三酯增量最大;高蛋白膳食餐后2小时的血糖和总胆固醇增量最小。运动能显著减弱高碳水膳食的提升血糖和胰岛素的效应(图1)。3)通过与尹慧勇研究员团队合作开展非靶向代谢组检测,发现了69种能显著区分3种膳食餐后2小时应答的效应代谢组标记物,主要富集于精氨酸合成、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢,以及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路,其中效应值最高的氨基酸为同型半胱氨酸、组氨酸、色氨酸等(图2)。4)超重/肥胖志愿者比正常体重个体表现出较低的碳水化合物氧化速率和较高的脂肪氧化速率;较大的餐后胰岛素和甘油三酯增量,以及较多的餐后代谢物变化数量和较高的变化幅度,提示超重肥胖个体在餐后重获代谢稳态的能力弱于正常体重个体。总之,相较于宏量营养素,膳食总能量对餐后能量消耗的影响可能更显著,而不同宏量营养素比例的等能量膳食对餐后心血管代谢指标具有不同的影响,且受到体重和运动的调控。本研究为今后精准的减重干预方案的制定提供了科学依据。

  中国科学院上海营养与健康研究所林旭研究员和孙亮副研究员为文章的共同通讯作者,博士研究生熊全和孙亮副研究员为共同第一作者。该课题得到了中国科学院重点项目、上海市科委、国家自然科学基金委,以及汤臣倍健营养科学研究基金项目的资助。

  原文链接:https://academic.oup.com/jn/advance-article-abstract/doi/10.1093/jn/nxac006/6502356?redirectedFrom=fulltext


图1 餐后2小时血液临床指标的变化比较


图2 餐后2小时血液代谢组指标变化的PLS-DA和通路分析

  

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