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視頻來(lái)源：深圳衛視

“中年發(fā)福不是代謝下降惹的禍”“越胖運動(dòng)減肥越難”“每天八杯水的建議是否科學(xué)”等熱門(mén)的科學(xué)話(huà)題，引起了社會(huì )公眾的廣泛關(guān)注。事實(shí)上，這些成果均出自同一個(gè)實(shí)驗室——我國首個(gè)人類(lèi)雙標水實(shí)驗室。

近日，由中國科學(xué)院外籍院士、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫藥所能量代謝與代謝生殖研究中心首席科學(xué)家、深圳理工大學(xué)（籌）藥學(xué)院講席教授John Speakman牽頭成立的我國首個(gè)人類(lèi)雙標水實(shí)驗室已完成第二階段建設，正式建成。這是我國首個(gè)將雙標水技術(shù)用于人體研究的精準監測人體能量代謝實(shí)驗平臺（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“雙標水實(shí)驗室”），也是繼英國、美國、日本后，全世界極少擁有雙標水技術(shù)的中國實(shí)驗室。

Speakman（右）與張雪映（左）

“雙標水實(shí)驗室通過(guò)對人體代謝規律的深入研究，將進(jìn)一步揭示生命規律，為人類(lèi)制定精準營(yíng)養策略提供了科學(xué)指導意義。”Speakman介紹。

“世界上并沒(méi)有多少雙標水實(shí)驗室。中國擁有第一個(gè)雙標水實(shí)驗室是非常令人興奮的，不僅對中國區域，對國際而言也是如此。這將使我們能夠測量更多的雙標水樣本,去研究能量代謝領(lǐng)域的一些基礎機制，并了解全球范圍內雙標水測量的差異。”國際原子能機構營(yíng)養學(xué)專(zhuān)家Alexia Alford評價(jià)道。

能量消耗測量“金標準”落地中國

人們日常生活中的行走、跑步、思考、呼吸，以及細胞的生長(cháng)、分裂等生命活動(dòng)都與能量代謝息息相關(guān)。而肥胖、糖尿病、心血管疾病等諸多疾病都與能量代謝異常有關(guān)。深入探究能量代謝的規律，可以幫助人們更好地了解身體健康狀態(tài)，采取相應的預防和治療措施。

早在20世紀50年代，美國科學(xué)家Nathan Lifson便發(fā)明了雙標水技術(shù)（Doubly Labelled Water，DLW），以解決能量代謝檢測問(wèn)題。1982年，雙標水技術(shù)首次被運用在人類(lèi)身上。研究人員運用雙標水技術(shù)，收集志愿者的尿液并分析尿液中標記物的富集度變化，了解機體的能量代謝情況。經(jīng)過(guò)數十年的研究和發(fā)展，雙標水技術(shù)被認為是測量自由活動(dòng)狀態(tài)下人類(lèi)能量消耗的“金標準”。

1986年，Speakman開(kāi)始探索和研究雙標水技術(shù)，是最早參與建立雙標水技術(shù)的科學(xué)家之一。1989年，他在英國阿伯丁大學(xué)建立了雙標水實(shí)驗室，這是英國首批雙標水實(shí)驗室之一，之后在1997年發(fā)表的《雙標水的理論與實(shí)踐》專(zhuān)著(zhù)，成為了雙標水技術(shù)的權威參考書(shū)，先后被引超過(guò)1000次。

2011年，Speakman來(lái)到中國開(kāi)展研究工作。那時(shí)，他并沒(méi)有打算在中國建立一個(gè)人類(lèi)雙標水實(shí)驗室。雙標水不僅價(jià)格昂貴，更需要測試靈敏度和精準度極高的同位素質(zhì)譜儀和高水平的分析人員，想要建立一個(gè)能夠完整配制并分析雙標水技術(shù)的實(shí)驗平臺，并非易事。

直到2020年，Speakman加入深圳先進(jìn)院。我國首個(gè)人類(lèi)雙標水實(shí)驗室的建設工作正式啟動(dòng)。在此之前，除了英國的阿伯丁大學(xué)、美國的貝勒醫學(xué)院和威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校、日本國立研究開(kāi)發(fā)法人醫藥基礎健康營(yíng)養研究所等少數實(shí)驗室擁有這項技術(shù)之外，我國尚未有專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗室和團隊能夠完成雙標水技術(shù)分析。

“建設實(shí)驗室的過(guò)程并非一帆風(fēng)順。”課題組成員、深圳先進(jìn)院醫藥所副研究員張雪映回憶道，2016年起，張雪映在Speakman的阿伯丁大學(xué)雙標水實(shí)驗室，以及日本醫藥基礎健康營(yíng)養研究所學(xué)習雙標水技術(shù)和數據分析方法，基于這些經(jīng)驗，她從儀器購買(mǎi)、設備安裝、人員培訓等點(diǎn)滴做起。將近四年的時(shí)間里，她協(xié)助Speakman完成了雙標水實(shí)驗室的建設工作。

我國首個(gè)人類(lèi)雙標水實(shí)驗室的建成，也意味著(zhù)雙標水技術(shù)落地中國，讓中國成為了繼英國、美國、日本等國家之后擁有國際公認的雙標水技術(shù)極少數國家之一。

建立廣東省首個(gè)人體代謝艙系統

自2020年以來(lái)，Speakman團隊在完善實(shí)驗室建設的同時(shí)，不忘深耕科研領(lǐng)域，連續發(fā)表了多篇基于雙標水技術(shù)的重要研究。比如，2021年，Speakman領(lǐng)導的國際團隊合作在《科學(xué)》上首次揭示了人類(lèi)全生命周期的代謝規律，打破了“人到中年代謝率下降”的傳統認知。2022年，課題組與國際團隊合作再次在《科學(xué)》發(fā)表研究，首次揭示人類(lèi)全生命周期需水量的規律，顛覆了以往人們對飲水量需求的認知。

目前，深圳先進(jìn)院雙標水實(shí)驗室面積約為800平方米，具備了實(shí)時(shí)、精確監測人體能量代謝、運動(dòng)狀態(tài)、體成分以及心血管健康等方面的技術(shù)能力。

實(shí)驗室成員展示雙標水樣本

此外，研究團隊還搭建了廣東省首個(gè)人體代謝艙系統，該系統投入使用后將為包括各種藥物篩選及效果評估等臨床試驗提供支撐平臺。Speakman解釋道：“在人體代謝艙里，志愿者可以生活數日，我們通過(guò)收集艙內的氧氣和二氧化碳，并通過(guò)高精密氣體濃度分析儀可實(shí)時(shí)測量能量消耗情況。與雙標水技術(shù)結合，將為我們的研究開(kāi)辟一個(gè)獨特的窗口。”

“中國是人口大國，在我們的實(shí)驗室建立之前，來(lái)自中國的雙標水數據量很少，這是我們知識上的一個(gè)嚴重缺陷。”Speakman表示，深圳先進(jìn)院雙標水實(shí)驗室的建立將極大促進(jìn)中國的國內科研合作。

根據《中國居民營(yíng)養與慢性病狀況報告（2020年）》顯示，我國18歲及以上居民超重率、肥胖率分別為34.3%、16.4%，中國成人超重和肥胖的患病率超過(guò)50%，且肥胖率呈上升趨勢。Speakman強調：“隨著(zhù)中國肥胖人數不斷增加，防止肥胖流行成為關(guān)鍵，我們的研究團隊正積極與相關(guān)企業(yè)建立合作關(guān)系，研究潛在的肥胖治療方法。”

科研合作從“走出去”到“走進(jìn)來(lái)”

不久前，隨著(zhù)雙標水實(shí)驗室的正式建成，由國際原子能機構主辦，深圳先進(jìn)院承辦的雙標水技術(shù)培訓班成功舉辦，吸引了來(lái)自泰國、日本、巴西等國的科學(xué)家聚集深圳先進(jìn)院，學(xué)習和探討雙標水技術(shù)。期間，Speakman、張雪映和英國阿伯丁實(shí)驗室的Catherine Hambly從雙標水技術(shù)的理論到實(shí)踐向培訓班成員進(jìn)行了系統化培訓。

在雙標水技術(shù)培訓班上，張雪映（前右）向外籍科研人員展示了雙標水樣本前處理的蒸餾技術(shù)

“過(guò)去，為了使用雙標水技術(shù)，我們不得不依賴(lài)國外實(shí)驗室的協(xié)助。而現在，我們在國內就可以獨立完成雙標水樣本的分析，并吸引其他國家的科學(xué)家來(lái)到中國學(xué)習。”張雪映如是說(shuō)，在后續的科研工作中，研究團隊計劃聯(lián)合全球其他的雙標水實(shí)驗室，針對具體的研究開(kāi)展數據對比和分析試驗，使研究結論更準確。

從2011年至今，在過(guò)去的13年的時(shí)間里，Speakman目睹了中國科技發(fā)展的巨大進(jìn)步。他深切地說(shuō)道，“我希望將我的專(zhuān)業(yè)知識帶到中國，進(jìn)一步促進(jìn)中國的科學(xué)發(fā)展。科學(xué)是一項全球性的活動(dòng)，它需要全球合作來(lái)維持。”

未來(lái)，Speakman將帶領(lǐng)團隊繼續在能量代謝領(lǐng)域深耕。Speakman表示，“我們樂(lè )于與中國的其他實(shí)驗室展開(kāi)合作，尤其是那些有意將雙標水技術(shù)納入其研究?jì)热莸膶?shí)驗室。同時(shí)，我們也歡迎與尋求專(zhuān)利減肥新產(chǎn)品的公司進(jìn)行合作。”

建設國內首個(gè)雙標水實(shí)驗室是深圳先進(jìn)院積極推動(dòng)國際合作方面的重要成果。一直以來(lái)，深圳先進(jìn)院堅持開(kāi)放合作，已與53個(gè)國家（地區）的高校、院所、企業(yè)機構開(kāi)展了500余項國際合作項目，吸引了200余位全球知名和優(yōu)秀青年科學(xué)家開(kāi)展中、短期科技交流合作計劃，包括Speakman在內的4位專(zhuān)家獲得中國政府友誼獎，加速提升了深圳先進(jìn)院的國際學(xué)術(shù)水平和影響力。