国内首个人类双标水实验室正式建成

“中年发福不是代谢下降惹的祸”“越胖运动减肥越难”“每天八杯水的建议是否科学”等热门科学话题，引起了社会公众的广泛关注。事实上，这些成果均出自同一个实验室——我国首个人类双标水实验室。

近日，由中国科学院外籍院士、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、深圳理工大学（筹）药学院讲席教授John Speakman牵头成立的我国首个人类双标水实验室已完成第二阶段建设，正式建成。这是我国首个将双标水技术用于人体研究的精准监测人体能量代谢实验平台（以下简称“双标水实验室”），也是继英国、美国、日本后，全世界极少拥有双标水技术的中国实验室。

“双标水实验室通过对人体代谢规律的深入研究，将进一步揭示生命规律，为人类制定精准营养策略提供了科学指导意义。”Speakman介绍。

“世界上并没有多少双标水实验室。中国拥有第一个双标水实验室是非常令人兴奋的，不仅对中国区域，对国际而言也是如此。这将使我们能够测量更多的双标水样本,去研究能量代谢领域的一些基础机制，并了解全球范围内双标水测量的差异。”国际原子能机构营养学专家Alexia Alford评价道。

能量消耗测量“金标准”落地中国

人们日常的行走、跑步、思考、呼吸，以及细胞的生长、分裂等生命活动都与能量代谢息息相关。肥胖、糖尿病、心血管疾病等诸多疾病都与能量代谢异常有关。深入探究能量代谢的规律，可以帮助人们更好地了解身体健康状态，采取相应的预防和治疗措施。

双标水技术出现在上世纪50年代，用以解决能量代谢的检测问题。1982年，双标水技术首次被运用在人类身上。研究人员运用双标水技术，收集志愿者的尿液并分析尿液中标记物的富集度变化，了解机体的能量代谢情况，该方法被认为是测量自由活动状态下人类能量消耗的“金标准”。

1986年，Speakman开始探索双标水技术，是最早参与建立双标水技术的科学家之一。1989年，他在英国阿伯丁大学建立了双标水实验室，这是英国首批双标水实验室之一，之后在1997年发表的《双标水的理论与实践》专著，成为了双标水技术的权威参考书。

2011年，Speakman来到中国开展研究工作。那时，他并没有打算在中国建立一个人类双标水实验室。双标水不仅价格昂贵，更需要测试灵敏度和精准度极高的同位素质谱仪和高水平的分析人员，想要建立一个能够完整配制并分析双标水技术的实验平台，并非易事。

直到2020年，Speakman加入深圳先进院。我国首个人类双标水实验室的建设工作正式启动。此前，除了英国的阿伯丁大学、美国的贝勒医学院和威斯康辛大学麦迪逊分校、日本国立研究开发法人医药基础健康营养研究所等少数实验室拥有该技术之外，我国尚未有专业的实验室和团队能够完成双标水技术分析。

实验室成员展示双标水样本 林一程摄

液态水同位素分析仪 林一程摄

“建设实验室的过程并非一帆风顺。”深圳先进院医药所副研究员张雪映回忆道，2016年起，张雪映在Speakman的阿伯丁大学双标水实验室，以及日本医药基础健康营养研究所学习双标水技术和数据分析方法，基于这些经验，她从仪器购买、设备安装、人员培训等点滴做起。将近四年的时间里，她协助Speakman完成了双标水实验室的建设工作。

Speakman（右）与张雪映（左） 林一程摄

我国首个人类双标水实验室的建成，也意味着双标水技术落地中国，让中国成为了继英国、美国、日本等国家之后拥有国际公认的双标水技术极少数国家之一。

建立广东省首个人体代谢舱系统

自2020年以来，Speakman团队在完善实验室建设的同时，连续发表了多篇基于双标水技术的重要研究。2021年，Speakman团队在《科学》上首次揭示了人类全生命周期的代谢规律，打破“人到中年代谢率下降”的传统认知。2022年，课题组再次《科学》发表研究，首次揭示人类全生命周期需水量的规律，颠覆了以往人们对饮水量需求的认知。

据了解，深圳先进院双标水实验室面积约为800平方米，具备了实时、精确监测人体能量代谢、运动状态、体成分以及心血管健康等方面的技术能力。

此外，研究团队还搭建了广东省首个人体代谢舱系统，将为包括各种药物筛选及效果评估等临床试验提供支撑平台。Speakman解释道：“在人体代谢舱里，志愿者可以生活数日，我们通过收集舱内的氧气和二氧化碳，并通过高精密气体浓度分析仪可实时测量能量消耗情况。与双标水技术结合，将为我们的研究开辟一个独特的窗口。”

“中国是人口大国，在我们的实验室建立之前，来自中国的双标水数据量很少，这是我们知识上的一个严重缺陷。”Speakman表示，深圳先进院双标水实验室的建立将极大促进中国的国内科研合作。

根据《中国居民营养与慢性病状况报告（2020年）》显示，中国成人超重和肥胖的患病率超过50%，且肥胖率呈上升趋势。Speakman强调：“随着中国肥胖人数不断增加，防止肥胖流行成为关键，我们的研究团队正积极与相关企业建立合作关系，研究潜在的肥胖治疗方法。”

科研合作从“走出去”到“走进来”

不久前，深圳先进院成功举办双标水技术培训班，吸引了来自泰国、日本、巴西等国的科学家聚集深圳先进院，学习和探讨双标水技术。期间，Speakman团队向培训班成员进行了系统化培训。

在双标水技术培训班上，张雪映（前右）向外籍科研人员展示了双标水样本前处理的蒸馏技术 林一程摄

“过去，为了使用双标水技术，我们不得不依赖国外实验室的协助。而现在，我们在国内就可以独立完成双标水样本的分析，并吸引其他国家的科学家来到中国学习。”张雪映如是说，在后续的科研工作中，研究团队计划联合全球其他的双标水实验室，针对具体的研究开展数据对比和分析试验，使研究结论更准确。

从2011年至今，在过去的13年的时间里，Speakman目睹了中国科技发展的巨大进步。他深切地说道，“我希望将我的专业知识带到中国，进一步促进中国的科学发展。科学是一项全球性的活动，它需要全球合作来维持。”

未来，Speakman将带领团队继续在能量代谢领域深耕，他说：“我们乐于与中国的其他实验室展开合作，尤其是那些有意将双标水技术纳入其研究内容的实验室。”