不饱和脂肪酸通过加速基于时间的呼吸商动态来增强代谢灵活性

《The Journal of Nutrition》：Unsaturated fatty acids enhance metabolic flexibility by accelerating time-based RQ dynamics

　　

摘要
背景 膳食脂肪酸的质量可能影响代谢灵活性和代谢健康。
目的 确定膳食脂肪酸质量（独立于总脂肪含量）是否通过基于时间的呼吸商（RQ）动态和酰基肉碱谱评估的差异性影响餐后代谢灵活性。
方法 14 名健康的年轻男性完成了三项随机、单盲交叉试验，接受了等能量高脂餐，分别富含棕榈酸（PA）、油酸（OA）或α-亚麻酸（ALA），每餐提供 45% 的总能量来自脂肪。使用间接测热法在 13 小时内评估全身能量代谢，并采集血液和尿液样本进行酰基肉碱分析。
结果 OA 试验达到峰值 RQ 的时间短于 PA 试验（68 ± 53 vs. 166 ± 101 min; P = 0.023）。OA 和 ALA 试验达到食物商（FQ）的时间均短于 PA 试验（239 ± 40 和 237 ± 86 vs. 271 ± 27 min; P 分别为 0.030 和 0.007）。在餐后（P = 0.004）和次日早晨空腹状态（P = 0.009）下，OA 试验的血流 C2-酰基肉碱/游离肉碱比率均高于 PA 试验。与 PA 试验相比，OA（P = 0.006）和 ALA（P = 0.041）试验的尿液 C2-酰基肉碱浓度更高。血清和尿液酰基肉碱指数与达到 FQ 的时间显著相关，但与达到峰值 RQ 的时间无相关性。
结论 尽管等能量且来自脂肪的能量比例相同，富含不饱和脂肪酸的餐食与富含 PA 的餐食相比，促进了更快的基于时间的 RQ 动态和更有效的餐后底物转换，并伴随独特的酰基肉碱反应。这些发现表明膳食脂肪酸质量影响代谢灵活性，并支持整合基于时间的 RQ 动态和酰基肉碱谱以表征其功能和代谢成分。

临床试验注册 该试验注册于 https://center6.umin.ac.jp/cgi-open-bin/ctr/ctr_view.cgi?recptno=R000057763，编号为 UMIN000050707。

引言
过量摄入长链饱和脂肪酸可能诱导脂毒性，并且是体重增加、胰岛素抵抗、心血管疾病和 2 型糖尿病等代谢紊乱的危险因素 [1]。相反，长链不饱和脂肪酸可能有助于预防或改善这些状况 [2]。膳食脂肪酸质量日益被认为是影响代谢健康的关键因素，可能是通过影响代谢灵活性来实现的，代谢灵活性定义为调整底物利用以适应营养素可用性变化的能力。重要的是，受损的代谢灵活性被认为是代谢紊乱发展过程中的早期事件，早于明显的胰岛素抵抗和肥胖 [3]。研究膳食脂肪酸质量对代谢灵活性的影响对于早期预防代谢紊乱可能具有重要意义。
既往研究表明，膳食脂肪酸组成影响餐后底物氧化和基于呼吸商（RQ）的反应 4), 5), 6), 7)。然而，这些研究主要评估平均 RQ 值或总氧化率，未能捕捉从餐后到夜间期间底物转换的时间动态。由于代谢灵活性本质上是一个动态过程，仅基于平均 RQ 值进行评估不足以完全表征这一生理特性。特别是，这种方法不能区分主要由碳水化合物利用驱动的早期餐后反应和反映向脂质氧化转换的后期阶段，也不能捕捉这些转换的速率和效率。
近期方法基于标准化高脂晚餐后过夜期间的生理反应评估代谢灵活性 [8]。使用高分辨率间接测热法，该方法在约 13 小时内表征基于时间的 RQ 动态，能够量化多个餐后底物转换指标。在此框架下，分析餐后到过夜期间，能够量化代谢灵活性的动态指标，如 ΔRQ_peak、ΔRQ_nadir、总 ΔRQ、达到峰值 RQ 的时间以及达到膳食食物商（FQ）的时间 8), 9)（补充图 1）。通过捕捉基于时间的 RQ 动态的幅度和时间特征，该框架允许将代谢灵活性分解为不同成分，包括向碳水化合物氧化转换的速率以及随后返回脂质氧化的效率。因此，这种方法提供了在现实条件下对代谢灵活性更具生理信息量的评估。本研究中使用的具有增强时间分辨率的全室代谢室非常适合这种方法 [9]。
间接测热法根据氧气消耗和二氧化碳产生量化全身底物氧化 [10]。同时，代谢组学分析捕捉中间代谢物，酰基肉碱是广泛使用的脂肪酸氧化标志物 [11]。酰基肉碱是衍生自脂肪酸和氨基酸的肉碱酯，促进酰基基团的线粒体转运 [11]。循环酰基肉碱可能反映细胞内酰基辅酶 A 池，并为线粒体代谢变化提供间接证据 [12]。因为酰基肉碱反映线粒体脂肪酸通量和潜在的 β-氧化不完全，将其与间接测热法整合可能提供关于全身底物利用与细胞代谢过程之间协调的互补见解。重要的是，既往评估代谢灵活性的研究要么独立使用间接测热法检查全身底物氧化，要么检查酰基肉碱等代谢中间物 3), 8), 13)。然而，缺乏整合方法限制了我们对人类全身底物转换如何与潜在的线粒体代谢过程耦合的理解。
脂肪酸不饱和程度可能在此背景下特别相关。棕榈酸（PA）、油酸（OA）和α-亚麻酸（ALA）在氧化动力学和代谢效应上不同 [14]。虽然不饱和脂肪酸可能促进更有利的底物利用，但它们对基于时间的 RQ 动态和相关酰基肉碱谱的影响尚未被完全表征。因此，本研究旨在确定膳食脂肪酸质量（独立于总脂肪含量）是否通过基于时间的 RQ 动态和酰基肉碱谱评估的差异性影响餐后代谢灵活性。使用随机、单盲交叉设计结合全室间接测热法和靶向代谢组学分析，我们假设与富含 PA 的餐食相比，富含 OA 和 ALA 的餐食将促进更快的餐后底物转换，表现为达到峰值 RQ 的时间和达到 FQ 的时间更短，并伴随独特的酰基肉碱谱。通过将基于时间的 RQ 动态与酰基肉碱谱整合，这种方法不仅能够表征全身底物转换，还能识别代谢灵活性的关键成分，如底物转换的速率和效率，及其与潜在线粒体代谢过程的关联。该框架可能进一步促进检测常规基于平均 RQ 的指标未能捕捉的代谢灵活性细微改变。

章节片段
受试者 纳入和排除标准与我们先前的研究 [15] 相同。然而，本研究招募了新的参与者。最初有 16 名健康的年轻男性 enrolled 本研究；然而，由于在代谢室测量中发现的技术问题，排除了 2 名参与者的数据（补充表 1）。因此，最终分析纳入了 14 名参与者的数据。使用...评估身体成分（原文此处截断 "using a"）。
参与者身体特征 所有参与者均完成了三项试验。参与者年龄为 23.0 ± 1.6 岁，身高为 170.8 ± 6.4 cm。在试验之间未观察到体重、体脂、BMI、内脏脂肪质量或肌肉质量的显著差异（补充表 5）。FFQ 确认参与者的饮食习惯符合日本成年人的典型习惯（补充表 6）。晨型 - 晚型问卷分数范围为 44 至 63，表明没有参与者具有极端的...（原文此处截断）。

讨论 在这项随机交叉试验中，我们使用基于时间的 RQ 动态结合酰基肉碱谱检查了膳食脂肪酸质量是否影响代谢灵活性。我们的结果表明，不饱和脂肪酸通过加速全身底物转换的时间模式增强代谢灵活性，特别是从餐后碳水化合物利用向吸收后脂质氧化的转换。重要的是，这种动态框架揭示了...（原文此处截断）。

结论 据我们所知，这是在受控膳食脂肪酸条件下将基于时间的 RQ 动态与酰基肉碱谱整合的第一项人体研究。短期摄入不同脂肪酸组成的等能量高脂餐导致代谢灵活性出现可测量的差异，特别是在基于时间的 RQ 动态和酰基肉碱反应方面。尽管全身脂肪氧化相似，富含不饱和脂肪酸的餐食与更快的...相关（原文此处截断）。

作者贡献 KY, MK 和 KT 设计研究；KY, HK, KN 和 TS 进行研究；KY, HK 和 KN 分析数据；KY, KT 和 MK 撰写论文；KY 对最终内容负主要责任。所有作者阅读并批准了最终手稿。

数据可用性声明 支持本文结论的数据集、代码本和分析代码将在合理请求下提供，需经伦理委员会批准。

临床试验注册 大学医院医学信息网络（UMIN）临床试验注册库：UMIN(ID:000050707)(https://center6.umin.ac.jp/cgi-open-bin/ctr/ctr_view.cgi?recptno=R000057763)。

资助 本研究由明治安田生命健康福利基金的研究资助支持。

支持来源 本研究由明治安田生命健康福利基金的研究资助支持。资助方在研究设计、数据收集、数据分析、结果解释、手稿准备或出版决策中不起作用。

利益冲突 作者声明无利益冲突。

致谢 我们感谢富士医学科学株式会社（日本千叶）在代谢室方面提供的技术支持，NIPPN 株式会社提供的亚麻籽油（α-亚麻酸），以及所有研究参与者的奉献与合作。本工作由明治安田生命健康福利基金的研究资助支持。作者感谢所有为本研究实施做出贡献的研究参与者和工作人员。

Katsuhiko Yajima|Hiroko Kobayashi|Konomi Naito|Masanori Katakura|Takumi Shimada|Kumpei Tokuyama
日本埼玉县，城哉大学药学部营养生理学实验室