“中年發(fā)福不是代謝下降惹的禍”“越胖運動減肥越難”“每天八杯水的建議是否科學(xué)”等熱門的科學(xué)話題，引起了社會公眾的廣泛關(guān)注。事實上，這些成果均出自同一個實驗室——我國首個人類雙標(biāo)水實驗室。

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(yī)藥所能量代謝與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人類雙標(biāo)水實驗室已完成第二階段建設(shè)，正式建成。這是我國首個將雙標(biāo)水技術(shù)用于人體研究的精準(zhǔn)監(jiān)測人體能量代謝實驗平臺（以下簡稱“雙標(biāo)水實驗室”），也是繼英國、美國、日本后，全世界極少擁有雙標(biāo)水技術(shù)的中國實驗室。

“雙標(biāo)水實驗室通過對人體代謝規(guī)律的深入研究，將進(jìn)一步揭示生命規(guī)律，為人類制定精準(zhǔn)營養(yǎng)策略提供了科學(xué)指導(dǎo)意義?！盨peakman介紹。

“世界上并沒有多少雙標(biāo)水實驗室。中國擁有第一個雙標(biāo)水實驗室是非常令人興奮的，不僅對中國區(qū)域，對國際而言也是如此。這將使我們能夠測量更多的雙標(biāo)水樣本,去研究能量代謝領(lǐng)域的一些基礎(chǔ)機制，并了解全球范圍內(nèi)雙標(biāo)水測量的差異。”國際原子能機構(gòu)營養(yǎng)學(xué)專家Alexia Alford評價道。

能量消耗測量“金標(biāo)準(zhǔn)”落地中國

人們?nèi)粘Ｉ钪械男凶摺⑴懿?、思考、呼吸，以及?xì)胞的生長、分裂等生命活動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(guī)律，可以幫助人們更好地了解身體健康狀態(tài)，采取相應(yīng)的預(yù)防和治療措施。

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

1986年，Speakman開始探索和研究雙標(biāo)水技術(shù)，是最早參與建立雙標(biāo)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(biāo)水實驗室，這是英國首批雙標(biāo)水實驗室之一，之后在1997年發(fā)表的《雙標(biāo)水的理論與實踐》專著，成為了雙標(biāo)水技術(shù)的權(quán)威參考書，先后被引超過1000次。

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

直到2020年，Speakman加入深圳先進(jìn)院。我國首個人類雙標(biāo)水實驗室的建設(shè)工作正式啟動。在此之前，除了英國的阿伯丁大學(xué)、美國的貝勒醫(yī)學(xué)院和威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校、日本國立研究開發(fā)法人醫(yī)藥基礎(chǔ)健康營養(yǎng)研究所等少數(shù)實驗室擁有這項技術(shù)之外，我國尚未有專業(yè)的實驗室和團(tuán)隊能夠完成雙標(biāo)水技術(shù)分析。

“建設(shè)實驗室的過程并非一帆風(fēng)順?！闭n題組成員、深圳先進(jìn)院醫(yī)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(biāo)水實驗室，以及日本醫(yī)藥基礎(chǔ)健康營養(yǎng)研究所學(xué)習(xí)雙標(biāo)水技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法，基于這些經(jīng)驗，她從儀器購買、設(shè)備安裝、人員培訓(xùn)等點滴做起。將近四年的時間里，她協(xié)助Speakman完成了雙標(biāo)水實驗室的建設(shè)工作。

我國首個人類雙標(biāo)水實驗室的建成，也意味著雙標(biāo)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(rèn)的雙標(biāo)水技術(shù)極少數(shù)國家之一。

建立廣東省首個人體代謝艙系統(tǒng)

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

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

此外，研究團(tuán)隊還搭建了廣東省首個人體代謝艙系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(shù)日，我們通過收集艙內(nèi)的氧氣和二氧化碳，并通過高精密氣體濃度分析儀可實時測量能量消耗情況。與雙標(biāo)水技術(shù)結(jié)合，將為我們的研究開辟一個獨特的窗口?！?/span>

“中國是人口大國，在我們的實驗室建立之前，來自中國的雙標(biāo)水?dāng)?shù)據(jù)量很少，這是我們知識上的一個嚴(yán)重缺陷。”Speakman表示，深圳先進(jìn)院雙標(biāo)水實驗室的建立將極大促進(jìn)中國的國內(nèi)科研合作。

根據(jù)《中國居民營養(yǎng)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50%，且肥胖率呈上升趨勢。Speakman強調(diào)：“隨著中國肥胖人數(shù)不斷增加，防止肥胖流行成為關(guān)鍵，我們的研究團(tuán)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”

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

“過去，為了使用雙標(biāo)水技術(shù)，我們不得不依賴國外實驗室的協(xié)助。而現(xiàn)在，我們在國內(nèi)就可以獨立完成雙標(biāo)水樣本的分析，并吸引其他國家的科學(xué)家來到中國學(xué)習(xí)?！睆堁┯橙缡钦f，在后續(xù)的科研工作中，研究團(tuán)隊計劃聯(lián)合全球其他的雙標(biāo)水實驗室，針對具體的研究開展數(shù)據(jù)對比和分析試驗，使研究結(jié)論更準(zhǔn)確。

從2011年至今，在過去的13年的時間里，Speakman目睹了中國科技發(fā)展的巨大進(jìn)步。他深切地說道，“我希望將我的專業(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，它需要全球合作來維持?！?/span>

未來，Speakman將帶領(lǐng)團(tuán)隊繼續(xù)在能量代謝領(lǐng)域深耕。Speakman表示，“我們樂于與中國的其他實驗室展開合作，尤其是那些有意將雙標(biāo)水技術(shù)納入其研究內(nèi)容的實驗室。同時，我們也歡迎與尋求專利減肥新產(chǎn)品的公司進(jìn)行合作。”

建設(shè)國內(nèi)首個雙標(biāo)水實驗室是深圳先進(jìn)院積極推動國際合作方面的重要成果。一直以來，深圳先進(jìn)院堅持開放合作，已與53個國家（地區(qū)）的高校、院所、企業(yè)機構(gòu)開展了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)家開展中、短期科技交流合作計劃，包括Speakman在內(nèi)的4位專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。