Science：全生命周期的代谢规律被首次揭示

研究表明，人的代谢规律呈现出“升高-下降-稳定-缓慢下降”的模式，颠覆了以往人们对“青春期代谢率高，中年之后代谢下降”的认知。

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约翰·罗杰·斯彼克曼（John Roger Speakman）团队联合杜克大学进化人类学副教授赫尔曼·庞泽（Herman Pontzer）等多个国际团队的最新研究成果发表于《科学》杂志。该研究通过大规模的国际合作，准确测量了人类从出生到老年的代谢率的高峰和低谷，首次揭示了全生命周期的代谢规律。

一场遵循“金标准”的全球合作

近100个国际团队共同参与；来自29个国家的6000多名受试者；研究样本几乎覆盖全年龄层。这是一场大规模的国际合作，也是一次对人体代谢率的全生命周期探索。

此前，许多大规模的研究仅仅关注于测量人体的基础代谢率，即进行呼吸、消化、心脏搏动等重要基本功能时所消耗的能量。然而，这部分维持生命所需要消耗的基本能量只占人体每天总能量消耗的50%至70%。人类日常生活中从事家务、运动，甚至思考、坐立不安也会消耗能量，但此前的研究中，这些日常活动需要的能量并未纳入大规模研究中。

为了测算人在日常生活中的能量消耗，论文共同通讯作者赫尔曼·庞泽与国际原子能科学家小组分析了这6000余名被测者在日常生活中消耗的平均卡路里的数据，数据样本年龄覆盖从刚出生后1周的婴儿到95岁的老人。

“双标水”是自20世纪80年代以来，被科学家用于人体能量消耗的测量技术。通过收集尿液并分析尿液中标记物的丰度值变化，了解机体的能量代谢情况。由于其准确度和精准性，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”。

由于此类研究成本昂贵、研究的规模和范围都受到限制。因此，多个实验室决定共享相关数据，并将测量结果整合在一个数据库中。

“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程，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。”作为国际原子能机构“双标水”数据库项目的主要负责人，斯彼克曼表示，正是基于“双标水”技术的精确检测方法，研究团队检测了人们每天总能耗的数值，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，发现了一些令人惊喜的现象。

一项跨越生命的探索

从呱呱坠地的婴儿到垂暮之年的老人，在这次跨越生命的探索中，研究人员找到了人体代谢规律的“高峰”与“低谷”。

数据表明，婴儿的代谢率是最高的。婴儿在出生后的前12个月里，对能量的需求会迅速增加，因此到一岁时，婴儿单位体重消耗的卡路里可以达到比成人的代谢率高50%。

“部分原因可能是在他们生命最初的几周基本上是久坐不动的，到一岁左右才开始真正的活跃起来。与此同时，婴儿的静息代谢率也大幅度上升，这可能与他们惊人的生长率有关。”斯彼克曼说，婴儿期如此高的能量需求，可能导致婴儿期的成活率非常依赖能量供给，如果在婴儿期这个关键的发育时间窗口能量供给不足，就很难成活，即使成活下来也很难正常生长到成年。

代谢率在经过婴儿初期的激增之后，就会以每年约3%的速度减缓直到20多岁，随后便稳定下来进入正常状态。

“尽管青少年时期是生长突增的时期，但数据表明，青少年时期的每天能量需求似乎并没有任何增加。我们本来认为青春期的代谢率会有所不同，但是事实并非如此。”庞泽说。

另一个有趣的发现是在中年时期。在该项研究中，团队发现，20多岁至50多岁这一时期的能量消耗是最稳定的。即使在怀孕期间，伴随着婴儿的成长，孕期女性的能量需求仅仅是随着体重的增加而增加，其自身的能量需求并没有出现大幅上升。

“也许有人告诉你，30岁以后身体的各项机能都会下降从而导致体重的增长，但作为家庭和社会中流砥柱的中年人，发福的因素有很多，我们的研究表明，最起码代谢率变化并不是原因之一。”斯彼克曼表示。

看来，“人到中年，大不如前”，这“锅”代谢可不背。那真正的分水岭在哪里？

研究指出，人体的代谢率在60岁之后才真正开始缓慢下降，虽然每年以0.7%的速度缓慢下降，但到90多岁时，人每天需要消耗的卡路里只有中年人的74%。

人类生命过程中的总能量消耗

一次对生命规律的思考

纵观全生命周期的代谢规律，究竟是什么影响了人体的代谢水平？

“随着年龄的增长，肌肉质量的减少可能是代谢下降的部分原因，因为肌肉燃烧的卡路里比脂肪多。但这并不是全部原因。因为即便是我们控制了肌肉量的因素后，受试者细胞水平的代谢也在减慢。”庞泽表示。

对此，斯彼克曼也表示，影响代谢水平的最大因素可能是身体的筋肉组织量，但筋肉组织量本身也受体重、性别、年龄的影响。能量需求随时间的变化的机制目前还不完全清楚。

探索生命的规律是一个漫长的过程，而利用已有的理论成果可以做更多有意义的事情。斯彼克曼表示，这项研究成果颠覆了以往人们对代谢的认知，也表明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。

“该研究可以对能量需求进行估计，人们可以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。”斯彼克曼表示，从更广泛的角度来看，只有了解了人口有多大的能量需求，才知道需要生产多少食品，才知道粮食安全的红线在哪儿。

《科学》杂志特别刊发了题为 Taking the long view on metabolism（《长远眼光看代谢》）的观点文章评价：这项研究为人类新陈代谢的研究提供了重要的新见解。团队杰出的协作精神，让这项具备了空前规模和范围的研究成为可能。

原文文献：

[1] Pontzer H, Yamada Y, Sagayama H, Ainslie PN, Andersen LF, Anderson LJ, Arab L, Baddou I, Bedu-Addo K, Blaak EE, Blanc S, Bonomi AG, Bouten CVC, Bovet P, Buchowski MS, Butte NF, Camps SG, Close GL, Cooper JA, Cooper R, Das SK, Dugas LR, Ekelund U, Entringer S, Forrester T, Fudge BW, Goris AH, Gurven M, Hambly C, El Hamdouchi A, Hoos MB, Hu S, Joonas N, Joosen AM, Katzmarzyk P, Kempen KP, Kimura M, Kraus WE, Kushner RF, Lambert EV, Leonard WR, Lessan N, Martin C, Medin AC, Meijer EP, Morehen JC, Morton JP, Neuhouser ML, Nicklas TA, Ojiambo RM, Pietiläinen KH, Pitsiladis YP, Plange-Rhule J, Plasqui G, Prentice RL, Rabinovich RA, Racette SB, Raichlen DA, Ravussin E, Reynolds RM, Roberts SB, Schuit AJ, Sjödin AM, Stice E, Urlacher SS, Valenti G, Van Etten LM, Van Mil EA, Wells JCK, Wilson G, Wood BM, Yanovski J, Yoshida T, Zhang X, Murphy-Alford AJ, Loechl C, Luke AH, Rood J, Schoeller DA, Westerterp KR, Wong WW, Speakman JR; IAEA DLW Database Consortium. Daily energy expenditure through the human life course. Science[J]. 2021 Aug 13; 373(6556):808-812. 

[2] Rhoads TW, Anderson RM. Taking the long view on metabolism. Science[J]. 2021 Aug 13; 373(6556):738-739.

更多阅读：