國內首個人類雙標水實驗室正式建成

“中年發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”等熱門科學話題，引起了社會公眾的廣泛關注。事實上，這些成果均出自同一個實驗室——我國首個人類雙標水實驗室。

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

“雙標水實驗室通過對人體代謝規律的深入研究，將進一步揭示生命規律，為人類制定精準營養策略提供了科學指導意義。”Speakman介紹。

“世界上并沒有多少雙標水實驗室。中國擁有第一個雙標水實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。”國際原子能機構營養學專家Alexia Alford評價道。

能量消耗測量“金標準”落地中國

人們日常的行走、跑步、思考、呼吸，以及細胞的生長、分裂等生命活動都與能量代謝息息相關。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。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，采取相應的預防和治療措施。

雙標水技術出現在上世紀50年代，用以解決能量代謝的檢測問題。1982年，雙標水技術首次被運用在人類身上。研究人員運用雙標水技術，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，該方法被認為是測量自由活動狀態下人類能量消耗的“金標準”。

1986年，Speakman開始探索雙標水技術，是最早參與建立雙標水技術的科學家之一。1989年，他在英國阿伯丁大學建立了雙標水實驗室，這是英國首批雙標水實驗室之一，之后在1997年發表的《雙標水的理論與實踐》專著，成為了雙標水技術的權威參考書。

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水實驗室。雙標水不僅價格昂貴，更需要測試靈敏度和精準度極高的同位素質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水技術的實驗平臺，并非易事。

直到2020年，Speakman加入深圳先進院。我國首個人類雙標水實驗室的建設工作正式啟動。此前，除了英國的阿伯丁大學、美國的貝勒醫學院和威斯康辛大學麥迪遜分校、日本國立研究開發法人醫藥基礎健康營養研究所等少數實驗室擁有該技術之外，我國尚未有專業的實驗室和團隊能夠完成雙標水技術分析。

實驗室成員展示雙標水樣本 林一程攝

液態水同位素分析儀 林一程攝

“建設實驗室的過程并非一帆風順。”深圳先進院醫藥所副研究員張雪映回憶道，2016年起，張雪映在Speakman的阿伯丁大學雙標水實驗室，以及日本醫藥基礎健康營養研究所學習雙標水技術和數據分析方法，基于這些經驗，她從儀器購買、設備安裝、人員培訓等點滴做起。將近四年的時間里，她協助Speakman完成了雙標水實驗室的建設工作。

Speakman（右）與張雪映（左） 林一程攝

我國首個人類雙標水實驗室的建成，也意味著雙標水技術落地中國，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極少數國家之一。

建立廣東省首個人體代謝艙系統

自2020年以來，Speakman團隊在完善實驗室建設的同時，連續發表了多篇基于雙標水技術的重要研究。2021年，Speakman團隊在《科學》上首次揭示了人類全生命周期的代謝規律，打破“人到中年代謝率下降”的傳統認知。2022年，課題組再次《科學》發表研究，首次揭示人類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。

據了解，深圳先進院雙標水實驗室面積約為800平方米，具備了實時、精確監測人體能量代謝、運動狀態、體成分以及心血管健康等方面的技術能力。

此外，研究團隊還搭建了廣東省首個人體代謝艙系統，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，我們通過收集艙內的氧氣和二氧化碳，并通過高精密氣體濃度分析儀可實時測量能量消耗情況。與雙標水技術結合，將為我們的研究開辟一個獨特的窗口。”

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

根據《中國居民營養與慢性病狀況報告（2020年）》顯示，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：“隨著中國肥胖人數不斷增加，防止肥胖流行成為關鍵，我們的研究團隊正積極與相關企業建立合作關系，研究潛在的肥胖治療方法。”

科研合作從“走出去”到“走進來”

不久前，深圳先進院成功舉辦雙標水技術培訓班，吸引了來自泰國、日本、巴西等國的科學家聚集深圳先進院，學習和探討雙標水技術。期間，Speakman團隊向培訓班成員進行了系統化培訓。

在雙標水技術培訓班上，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 林一程攝

“過去，為了使用雙標水技術，我們不得不依賴國外實驗室的協助。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家來到中國學習。”張雪映如是說，在后續的科研工作中，研究團隊計劃聯合全球其他的雙標水實驗室，針對具體的研究開展數據對比和分析試驗，使研究結論更準確。

從2011年至今，在過去的13年的時間里，Speakman目睹了中國科技發展的巨大進步。他深切地說道，“我希望將我的專業知識帶到中國，進一步促進中國的科學發展。科學是一項全球性的活動，它需要全球合作來維持。”

未來，Speakman將帶領團隊繼續在能量代謝領域深耕，他說：“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水技術納入其研究內容的實驗室。”