导读 机体的新陈代谢不仅指身体如何处理营养物质并将其转化为可用的能量，还包括合成、修饰和细胞功能等方面的构建，并作为细胞活动的传感器和调节器，从而介导生物学过程。新陈代谢状况与很多疾病有关，包括那些随着年龄增长而普遍发生的疾病和代谢失调。 其中，身体活动的能量需求是叠加在一个巨大的综合机制上的，生命的所有基本任务，从发育、繁殖到机体维持和运动等，都需要能量。每日总能量消耗对于理解日常营养需求和身体在各种活动中的消耗都至关重要。然而，我们对人类能量总开支以及它在生命周期中的动态变化却知之甚少。 前期大多数的研究对人类能量消耗的分析仅限于基础支出或者是从基础支出和日常身体活动中估算出的总支出，存在很大的不准确性。自 20 世纪 80 年代「双标水」这一技术方法诞生以来，就被科学家用于人体能量消耗的测量，它通过收集尿液并分析尿液中标记物的丰度值变化来了解机体的能量代谢情况。因其准确度和精准性，该技术被认为是在实验室之外，测量自由活动状态下的日常能量消耗的「金标准」。 2021 年 8 月 13 日，中国科学院深圳理工大学（筹）药学院讲席教授、中国科学院深圳先进技术研究院医药所能量代谢与生殖研究中心首席科学家 John R. Speakman 团队联合杜克大学进化人类学副教授 Herman Pontzer 团队等 65 个单位联手合作，在国际顶级期刊 Science 在线发表题为 Daily energy expenditure through the human life course 的研究论文。 该研究通过双标水法测量了 8 天至 95 岁的 6000 多名男性和女性的能量代谢数据，结果发现，婴儿的代谢率最高，之后存在很长一段时间的稳定期，60 岁以后人的代谢才真正开始出现下坡，而经常被提及的「中年发福」，其罪魁祸首并非代谢降低。图片来源：Science 主要研究内容 总的来说，这项研究系统分析了年龄、身体组成和性别对总能量支出的影响，纳入了来自 29 个国家，共计 6421 名的受试者，年龄跨度为 8 天至 95 岁。结果发现，能量总支出和基础支出均随非脂肪质量（fat-free mass, FFM）呈幂律增长。 通过线性模型和分段回归分析，研究人员发现在整个生命周期中能量总支出和基础支出的四个不同阶段： 第一阶段为新生儿。出生第一个月的新生儿的能量消耗与成人相似，能量总支出和基础支出在第一年都迅速增长，反映了其对能量需求的迅速增加，到一岁时，婴儿单位体重消耗的卡路里可以达到比成人高 50% 的代谢率。 第二阶段是青少年阶段。在整个儿童期和青春期，随着非脂肪质量的增加，总支出和基础支出继续增加。其代谢率会以每年约 3% 的速度减缓直到 20 岁左右，随后便稳定下来。尽管青少年时期身体发生剧烈变化，比如身高的增长，但数据表明，青少年每天的能量需求似乎并未有任何增加。在 1～20 岁的多元回归中，男性的能量代谢均比女性要高，但是性别对能量支出随年龄的下降速度并没有明显的影响。 图片来源：Science 第三个阶段是成年期，即从 20 岁到 60 岁。结果发现，这一时期的代谢率和能量消耗是最稳定的。即使在怀孕期间，随着婴儿的成长，孕期女性的能量需求也仅仅是随着体重增加而增加，其自身的能量需求并没有大幅上升。这也就是说 30 岁以后身体各项机能的下降和体型改变，比如腰围变粗，体重增加等，这些并不是由于机体代谢发生变化引起的。 第四阶段为老年时期。研究发现，机体代谢真正开始下降是在 60 岁时，这个时期的能量总支出和基础支出开始下降，非脂肪质量和脂肪量也开始下降，具体来说，是每年以 0.7% 的速度缓慢下降。但老年人需要消耗的能量也较少，比如说对于 90 岁以上的受试者，能量总支出比中年成年人低约 26%。 图片来源：Science 通过上述的分析结果，研究人员还提供了从婴儿期到老年的能量总支出和基础支出的预测方程，以揭示生命过程中的主要代谢变化： 婴儿在出生后的前 12 个月里，对能量的需求会迅速增加，并在 1 岁时达到峰值； 随后逐渐下降，在 20 岁左右达到成人水平，在这一生命阶段增加的能量支出可能反映了机体生长和发育的代谢需求； 成年期调整后的代谢则非常稳定，即使在怀孕和产后，自身的能量需求并没有大幅上升； 真正出现下坡是在老年时期，此时代谢率的下降可能会使得体重增加，进而增加患各种代谢性疾病的风险。 图片来源：Science 研究总结 综上所述，这项由 60 余团队参与的大规模国际合作，研究样本覆盖从刚出生后 1 周的婴儿到 95 岁老人，涵盖了近乎全部年龄分层，通过系统分析了人体代谢规律的「高峰」与「低谷」，首次揭示了全生命周期的代谢规律。 这一成果也颠覆了以往人们对代谢的认知，比如我们所认为的青春期才是高代谢时期，其实婴儿期才是；以及普遍认为代谢率下降是「中年发福」的原因，但研究揭示总能量消耗在约 60 岁左右才开始下降。同时，研究结果也提醒我们可能需要重新审视发育阶段和衰老阶段的能量需求和营养策略。 此外，这也为研究与代谢率密切相关的疾病、药物活性和愈合过程的动力学提供了一个重要资源数据，所以说，阐明生命过程和个体间变异的潜在代谢变化过程可能有助于揭示代谢变化在健康和疾病中的作用。图片来源：Science Science 杂志同期刊发的来自威斯康星大学麦迪逊分校 Rozalyn M. Anderson 等学者的观点文章做出了这样的评价：该项研究为人类新陈代谢的研究提供了重要的新见解，多团队杰出的协作和数据共享精神，让这项具备了空前规模和范围的研究成为可能。图片来源：Science 本研究通讯作者 John R. Speakman 教授表示：「该研究可以对能量需求进行估计，帮助人们更准确地计算出他们需要吃多少食物，既能保证营养，又能避免体重增加。目前我们正在与一家在线提供膳食建议的中国公司建立联系，以实现更加合理的膳食管理。」 同时，作为国际原子能机构「双标水」数据库项目的主要负责人，John R. Speakman 还提到：「针对庞大的数据库，对数据进行整合和管理是最困难的部分，我们设计了一个新的方法，将不同实验室以不同方式分析的数据，最终转换为通用方法，回答了单个研究团队无法回答的问题。通过汇集和分析整个生命周期的能量消耗的数据，观察人体的代谢规律，发现了这些令人惊喜的现象。」 题图来源：站酷海洛参考文献：1. Pontzer H,et.al. Daily energy expenditure through the human life course. Science. 2021 Aug 13;373(6556):808-812.2. Rhoads TW, Anderson RM. Taking the long view on metabolism. Science. 2021 Aug 13;373(6556):738-739.3. C. J. Henry, Basal metabolic rate studies in humans: Measurement and development of new equations. Public Health Nutr. 8, 1133–1152 (2005).4. A. E. Black, W. A. Coward, T. J. Cole, A. M. Prentice, Human energy expenditure in affluent societies: An analysis of 574 doubly-labelled water measurements. Eur. J. Clin. Nutr. 50, 72–92 (1996).5. D. L. Wolff-Hughes, E. C. Fitzhugh, D. R. Bassett, J. R. Churilla, Waist-worn actigraphy: Population-referenced percentiles for total activity counts in U.S. adults. J. Phys. Act. Health 12, 447–453 (2015).
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