从脂肪、肌肉到肠道菌群，一项研究拆解中年体重管理的"营养答案"

中年发福，减不下来的到底是体重，还是代谢？

秋天一到，胃口越来越好，不少人却发现：明明吃得不多，腰围却一年比一年粗；爬个楼梯喘不上气，身上的肉也越来越"松"。这可不是错觉——在我国，超过40%的中年人群存在超重或肥胖。更麻烦的是，中年以后肌肉会自然流失，而肥胖还会加速这个过程：脂肪越来越多，肌肉越来越少，血糖、血脂也跟着亮起红灯，形成"肥胖型肌少症"，让失能、慢性病甚至死亡风险双双上升。

一边要减重，一边要保肌肉，中年人到底该怎么吃？节食怕掉肌肉，运动又难坚持。充足的蛋白质供给，是维持肌肉状态、调节身体组分的重要营养基础。乳清蛋白因富含亮氨酸，一直是优质蛋白的代表；而经过酶解得到的乳清蛋白水解物（WPH），以小分子肽为主，消化吸收速度优于完整乳清蛋白，近年在体重与肌肉养护领域备受关注。但它对中年肥胖人群的体重管理究竟有没有用，科学界一直没有明确答案。

与此同时，肠道微生物群参与人体营养代谢，与肥胖和身体代谢状态密切相关，不同蛋白来源也会对肠道菌群结构带来差异化影响。一项最新动物研究，从脂肪量、肌肉量和肠道菌群三个维度，对比了乳清蛋白与乳清蛋白水解物对肥胖中年小鼠的影响。结果如何？水解乳清蛋白到底赢在哪里？

今天这篇文章，我们就来拆解这项研究，看看水解乳清蛋白能否成为中年体重管理的"营养答案"👇

乳清蛋白水解物可缓解高脂饮食诱导的中年肥胖小鼠体重增长，并改善其肌肉状态

摘要：

乳清蛋白（WP）和乳清蛋白水解物（WPH）可能具有促进减重、保护肌肉和改善肠道微生物群组成的潜力。本研究从脂肪量、肌肉量和肠道微生物群组成的变化，来探讨WPH与WP对肥胖中年小鼠体重管理的影响。研究结果表明，WPH可显著降低能量摄入，减轻体重增加，并改善血脂和血糖水平。此外，WPH减少了异位脂肪沉积，增强了肌肉抗氧化能力，但对肌肉量的影响不显著。WPH未能逆转高脂饮食导致的微生物多样性下降，但增加了Akkermansia和Clostridium xviii的丰度，同时降低了Alistipes的丰度。综上所述，WPH在中年群体的体重管理方面具备良好的应用前景。

引言：

肥胖已成为全球性公共卫生问题。在中国，超过40%的中年人群存在超重或肥胖（Pan，Wang，& Pan，2021）。肥胖对中年人群构成了巨大的健康负担，包括心肺功能下降（Brunelli et al.，2021）、慢性疾病风险增加（Dye，Boyle，Champ，& Lawton，2017；Khan et al.，2018）以及死亡率上升（Bhaskaran，Dos-Santos-Silva，Leon，Douglas，& Smeeth，2018；C. Chen，Ye，Zhang，Pan，& Pan，2019）。受衰老影响，中年人群还因年龄增长而面临肌肉量和肌力的下降（Holloszy，2000；T. N. Kim et al.，2009；Melton et al.，2000；Volpi，Nazemi，& Fujita，2004）。肌少症是指与年龄相关的骨骼肌量和肌肉力量下降。研究发现，肥胖会加剧肌少症，进而导致失能、死亡及其他不良健康后果的风险增加（Barazzoni et al.，2018；Batsis & Villareal ，2018），其交互作用机制涉及多个过程，如炎症、氧化应激及胰岛素抵抗（Batsis & Villareal，2018；Kalinkovich & Livshits，2017）。

高蛋白摄入有助于在低热量及标准热量饮食中减轻体重并保持肌肉量 (Moon & Koh，2020). 因此，增加蛋白质摄入对于中年人群维持健康体重及保持肌肉量可能具有重要意义。乳清蛋白（WP）是质量最高的蛋白质之一，且富含亮氨酸。亮氨酸是一种必需氨基酸，可激活餐后蛋白质合成。它对成年人和老年人保持瘦体重有益 (Borack & Volpi，2016； Devries 等，2018； English 等，2016），并能改善肌少症（Martinez-Arnau 等，2020）。Devries 等人研究发现，乳清蛋白可有效刺激老年人餐后肌原纤维蛋白合成，这归因于其快速可消化性和高亮氨酸含量 (Devries & Phillips，2015). 。此外，基于人群和动物的研究证实，乳清蛋白有助于减少体脂量并改善代谢综合征；然而，相关研究结果仍不一致（Larsen，Bibby，& Hansen，2018；Pal，Ellis，& Dhaliwal，2010）。乳清蛋白水解物（WPH）主要含肽类，其消化与吸收速度均快于完整乳清蛋白。Moro等人发现，WPH可提高餐后亮氨酸水平并刺激肌肉蛋白质合成，其在合成代谢效力与功效方面与乳清蛋白相当（Moro 等，2019）。尽管WPH在辅助减重方面的功效迄今仍不明确，但WPH在体重管理中的潜在应用已在多项研究中得到证实： WPH可增强血糖调控功能（Gaudel 等，2013），并下调炎症相关基因的表达（Da Silva、Bigo、Barbier及Rudkowska，2017）。

肠道微生物群在肥胖中的作用已受到广泛关注。蛋白质代谢与肠道微生物群始终密切相关。肠道微生物群参与胃肠道中的膳食蛋白质代谢，其产生的代谢物可能影响宿主健康与疾病。膳食蛋白质可因其来源、浓度及氨基酸组成不同，对肠道微生物群组成及代谢产生不同影响（Zhao，Zhang，Liu，Brown，& Qiao，2019）。一项模拟体外结肠发酵的研究表明，WP可通过促进益生菌生长及短链脂肪酸生成，发挥益生元作用，从而改善肠道健康并促进体重减轻（Sanchez-Moya 等，2017）。WP有助于增加高脂饮食（HFD）小鼠体内鼠乳杆菌的丰度，并改善其体重增长（Boscaini 等，2020）。在一项随机对照试验中，WP零食棒可降低超重及肥胖成年人的体脂率，但并未改变肠道微生物群组成（Reimer 等，2017）。WPH已被证实可在体内发挥显著的促双歧杆菌增殖效应（Agarkova，Kruchinin，Glazunova，& Fedorova，2019）。然而，由于数据有限，相关研究结果尚不充分。

因此，本研究旨在以脂肪量、肌肉量以及肠道菌群组成的变化为观测维度，探究水解乳清蛋白（WPH）相较于乳清蛋白（WP），对肥胖中年小鼠体重管理的影响。

结果：

1. WPH减轻了HFD饮食诱导的体重增加 

高脂饮食（HFD）喂养小鼠从第 2 周开始出现显著体重增加，呈“先快后慢”模式。从第3周至实验结束，WPH组的体重始终低于HFD组。WP组小鼠的体重介于HFD组和WPH组之间，仅在第10周和第11周出现体重显著降低（图1a）。与HFD组相比，WPH组和WP组在第10周体重增加较少，但这一变化仅在WPH组持续至第20周（图1b）。肝脏重量结果与第20周的体重增加结果一致（图1c）。第20周时，WPH组的摄食量显著低于WP组（图1d）。第20周时，WPH组的热量摄入显著低于HFD组（图1e）。

图1. 为期20周的WPH和WP干预对体重、食物及热量摄入量以及身体成分的影响。

采用核磁共振扫描分析身体成分，包括全身水分、脂肪及瘦体重（Lemos & Gallagher ，2017）。脂肪在核磁共振图像中呈现为暖色或白色区域。喂食HFD的小鼠体内脂肪积累量高于其他小鼠。仅给予水解乳清蛋白（WPH）处理的小鼠，脂肪积累量才显著减少（图1g）。体脂量的定量结果在图1h与图1i中趋势一致。WPH组的瘦体重比例显著高于HFD组和WP组（图1i），尽管四组之间未观察到瘦体重显著差异（图1h）。

2. WPH可有效减少皮下脂肪积累，并改善糖脂代谢

HFD喂养后，皮下、肾周及附睾脂肪量显著增加。与HFD组相比，WP组对皮下和肾周脂肪量无显著影响，而WPH组则使皮下脂肪量显著减少56.2%，肾周及附睾脂肪量呈下降趋势（图2a）。采用H&E染色测定脂肪细胞大小，其趋势与上述结果一致（图2b-e）。

图2. 为期20周的WPH和WP干预对体脂及糖脂代谢的影响。

HFD喂养后，血清总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白（LDL）、高密度脂蛋白（HDL）及游离脂肪酸（FFA）水平均显著升高。与HFD组相比，WP组对 TC、LDL、HDL、FFA水平均无显著影响，而WPH组则分别使TC、LDL、FFA水平降低42.4%、43.9%、27.5%（图3f，g）。与对照组相比，HFD组的FBG水平及葡萄糖耐量试验（GTT）的AUC值均有所增加。相较于 HFD组，WPH干预使FBG和AUC值分别降低21.4%和18.7%。与HFD组相比，WP组FBG与 AUC值未见显著降低（图3h-j）。

图3. 为期20周的WPH或WP干预对肌肉的影响。

3.WPH可减轻肌肉异位脂肪，并增强了肌肉抗氧化能力，但不改变肌肉质量

实验结束时，分别对腓肠肌、胫骨前肌和股四头肌进行称重。四组小鼠的肌肉质量未见显著组间差异（图3a）。腓肠肌的H&E染色显示，喂食HFD的小鼠肌纤维横截面积（CSA）呈下降趋势，给予WP与WPH干预后肌纤维横截面积呈上升趋势，然而，这些结果均未达到统计学显著性（图3c，d）。四组之间未观察到与肌肉蛋白合成、降解及肌肉萎缩相关的蛋白表达水平存在显著差异，包括 Foxo3a、Atrogin-1、MuRF-1、P-mTOR、P-S6K和P-4EBP1（图2e，f）。

当小鼠喂食 HFD 时，其股四头肌中的甘油三酯（TG）水平也升高。与HFD组相比，WP组的肌肉TG水平降低了49.4%，WPH组则降低了66.2%（图3b）。通过透射电子显微镜分析线粒体的形态变化。对照组中，骨骼肌纤维排列有序，肌原纤维间线粒体形态正常、结构清晰；而HFD组中，骨骼肌纤维排列紊乱，线粒体肿胀并伴有明显空泡。WP组和WPH组均改善了高脂饮食诱导的骨骼肌纤维及线粒体形态变化（图3g）。与HFD组相比，WP组（GPx活性增加18.0%，T-AOC活性增加35.5%）和WPH组（GPx活性增加31.1%，T-AOC活性增加47.2%）的股四头肌中GPx及T-AOC活性均显著升高（图3i，j）。四组间SOD活性无显著差异（图3h）。HFD喂养后，股四头肌中MDA水平升高，并且在WP组和WPH组中分别降低了30.1%和49.0%（图3k）。

4. WPH干预后肠道菌群组成的变化

经过20周的干预后，通过粪便样本进行16S rRNA基因测序，分析了四组肠道菌群的变化。共获得1,633,391条序列和39,747个OTU。Alpha多样性分析反映了微生物群落内的多样性和丰富度。在群落内多样性分析中，计算了观测物种数、Chao1指数、Shannon指数及Simpson指数。其中，观测物种数和Chao1指数用于估算样本中的OUT数量，而Simpson指数和Shannon指数则用于表征样本中的微生物多样性。与对照组相比，HFD显著降低了观测物种数、Chao1指数及Shannon指数的值。WP与WPH均未能逆转这一下降趋势。与HFD相比， WPH导致Chao1指数进一步降低（图4a-c）。四组间Simpson指数未观察到显著差异（图4d）。

图4. 接受WPH或WP干预20周对肠道微生物群的影响。

Beta多样性是对不同群落间菌群组成进行比较分析，其方法包括主坐标分析（PCoA）和聚类分析。在PCoA分析中，肠道微生物结构相似度高的样本倾向于聚集在一起，反之则相互分离。基于未加权Unifrac距离的PCoA结果显示，对照组与其他三组相距较远，而其余三组的微生物结构仅发生了轻微变化（图4e）。聚类分析得到了与PCoA相同的结果（图4f）。

拟杆菌门和厚壁菌门是最主要的两类菌门，在对照组肠道微生物群中分别占55.5%和37.1%。在HFD条件下，变形菌门丰度上升，以补偿拟杆菌门丰度的下降。与HFD相比，WP增加了疣微菌门丰度并降低了厚壁菌门丰度；而WPH干预则增加了疣微菌门的丰度，同时降低了拟杆菌门和变形菌门的丰度（图4g）。为进一步探究WP与WPH对肠道微生物群的影响，本研究采用线性判别分析效应量（LEfSe）分析，以识别各组间丰度存在显著差异的物种（图4h）。丰度超过1%的菌群变化列于表2中。HFD喂养后，Rikenellaceae丰度因Alistipes丰度增加而有所上升，但无统计学意义，且仅在WPH组该菌科的丰度显著降低。Verrucomicrobiaceae和Akkermansia的丰度在WP组和WPH组均显著增加。Erysipelotrichaceae丰度在WPH组达到最高，主要归因于Clostridium XVIII丰度增加。WP组的Allobaculum丰度低于HFD组和WPH组。HFD组与WPH组之间Allobaculum丰度无显著差异。

表2. 在LEfSe分析中相对丰度大于1 %的变异细菌。

讨论：

中年人的肥胖问题在中国已成为一个严重问题（Pan 等，2021）。与年轻人相比，中老年肥胖人群在维持健康体重的同时，应当更加重视肌肉留存。膳食蛋白质是肌肉蛋白质合成的主要原料。高蛋白饮食（HPD）被认为是一种有效的减肥饮食方法（Westerterp-Plantenga、Lemmens 和 Westerterp，2012），并可减少肌肉量流失（J. E. Kim、O’Connor、Sands、Slebodnik 和 Campbell，2016；Sammarco 等，2017；Wright、Zhou、Sayer、Kim 和 Campbell，2018）。膳食蛋白质的来源是影响HPD获益效果的因素之一。WP常用于体重管理，以减少脂肪并增加肌肉。由于WPH比WP含有更多的生物活性肽，二者在体重管理中的效果可能有所不同。因此，本研究比较了WPH和WP对肥胖中年小鼠的抗肥胖作用。结果显示，WPH在实验期间显著抑制了体重增加。WP在第10周时抑制了体重增加，但在第20周时则未显现此效果。尽管WP和WPH未显著影响肌肉量，但二者均可显著改善肌肉异位脂肪沉积和肌肉抗氧化能力。

WP补充潜在的抗肥胖效应已在先前的一项研究中报道过，该研究显示BMI降低且代谢综合征参数改善（Simonson，Boirie，& Guillet，2020）。然而，一些研究的结果却不尽相同（Larsen 等，2018； Pal 等，2010）。本研究中，在为期20周的干预后，我们未能发现WP对中年小鼠具有抗肥胖作用，但在第10周时观察到体重增加减缓。不同研究结果之间的差异可能是由于小鼠年龄和研究持续周期的不同。在本研究中，小鼠年龄接近12个月，研究干预周期为20周。Boscaini等报道，在5周干预期间，WP对HFD诱导的肥胖比酪蛋白更有效，但该优势在10周干预期间并非如此（Boscaini 等，2020）。事实上，从第10周起，HFD组的体重增加速率已减缓，而WP组直到第18周才出现这一现象。HFD组与WP组之间的差距先增大后减小，拐点大约在第10周。我们发现，在摄食量与热量摄入水平较低的条件下，WPH可显著减少肥胖中年小鼠的体重及脂肪量增加。这一结果表明，在 WPH 干预下体重增加减缓的现象，极有可能是由热量摄入减少所致。尽管已有研究证实WP可抑制食欲（Giezenaar等，2018），但肥胖和衰老会削弱这一效应（Giezenaar等，2017；Oberoi等，2020），这与我们的研究结果一致。Elovaris等研究了WP饮料摄入超过180分钟后，WP对血浆氨基酸浓度的影响及其与能量摄入的关系。结果显示，摄入WP后，某些血浆游离氨基酸水平的升高与热量摄入呈负相关（Elovaris等，2019）。这表明，与WPH相关的热量摄入减少的原因之一可能是WPH比WP的吸收更好。此外，Chen等人发现，WPH可刺激胰高血糖素样肽-1（GLP-1）分泌（Y. C. Chen等，2020）。GLP-1是一种肠道激素，参与调节食欲、胰岛素分泌及血管生成。Monteiro等人指出，WPH对肠道菌群有益，并降低循环脂多糖水平（Monteiro等，2016）。这些发现也可能在一定程度上解释了WPH的抗肥胖作用。

荟萃分析研究发现，在极低热量饮食条件下，HPD可维持骨骼肌质量（Wycherley, Moran, Clifton, Noakes, & Brinkworth, 2012），并有助于减重后的体重维持（Johansson, Neovius, & Hemmingsson, 2014）。除了数量因素外，蛋白质的质量也会影响肌肉蛋白质合成。研究表明，对于老年人而言，WP刺激肌肉蛋白质合成的效果优于酪蛋白、酪蛋白水解物以及胶原肽（Oikawa et al.，2020； Pennings et al.，2011）。在成人运动性肌肉损伤后，WP可减轻肌肉损伤生物标志物的流出，而豌豆蛋白则无此作用（Nieman et al.，2020）。此外，WP干预对肌少症的有益作用已在老年动物模型与老年人群中得到证实。其作用机制涉及改善肌少症相关生物标志物、激活肌肉mTOR信号通路，以及来自WP中的生物活性和生物可利用的肽类（Gilmartin，O‘Brien，& Giblin，2020）。WPH可增加成人个体的氨基酸摄取，激活mTORC1信号通路，并促进肌肉蛋白质合成（Moro et al.，2019）。在通过制动诱导的动物模型中，Shin等人发现WPH可通过调节PI3K/Akt信号通路改善肌肉萎缩（Shin，Park，Ahn，& Choung，2020）。然而，并非所有动物实验都得出一致结果。Van Dijk等人发现，经3个月干预后，WP对老年小鼠的瘦体重无影响，但增加了肌肉力量（van Dijk et al.，2016）。在本研究中，与对照组和HFD组相比，WP与WPH在减重期间均未增加骨骼肌质量及瘦体重。未观察到显著肌肉增长，可能是由于缺乏运动干预。在一项为期10周的随机对照试验中，肥胖成年人只有在HPD与抗阻运动联合干预条件下，去脂体重才显著增加（Verreijen et al.，2017）。Gilmartin等表达了类似观点：即运动对老年人群的肌肉健康益处最为显著（Gilmartin et al.，2020）。

衰老与肥胖会使血清游离脂肪酸（FFA）水平升高，进而导致骨骼肌异位脂肪沉积（Houtkooper 等，2011；Tumova、Andel 及 Trnka，2016）。与既往研究一致（Huang 等，2019），HFD 可升高中年小鼠的血清FFA水平和肌肉TG水平。WP和WPH均不同程度地降低了血清FFA水平和肌肉TG水平，且WPH的效果更为显著。随着肌内脂质蓄积，可观察到线粒体数量异常、功能紊乱，以及活性氧生成增加。这些变化最终导致肌肉功能受损和肌肉抗氧化能力下降。本研究发现，WP和WPH改善了肌肉线粒体形态和抗氧化能力，表现为T-AOC和GPx活性升高，脂质过氧化物MDA降低。一项基于人群的研究表明，WP补充剂可改善氧化应激标志物和抗氧化酶活性（Nabuco 等，2019）。一项动物研究发现，WP可保护大鼠免受衰老诱导的脑部氧化应激损伤（Garg、Singh、Singh 及 Rizvi，2018）。WPH的抗氧化特性也在铁过载饮食喂养的大鼠中（Park，Paik，& Lee，2018）以及体外实验中（Kleekayai，Le Gouic，Deracinois，Cudennec，& FitzGerald，2020）得到证实。Kleekayai 等人还证明，WPH的抗氧化能力在体外实验中强于WP（Kleekayai et al.，2020）。这一发现与我们的结果不一致，我们的结果显示，WP组和WPH组在肌肉中的GPx活性和T-AOC水平相近。这种差异可能归因于体外与体内实验条件的不同。

膳食蛋白质的消化、吸收与代谢离不开肠道微生物群。肠道微生物群的组成受膳食蛋白质数量和质量的影响（Zhao 等，2019）。与既往研究结果一致（Portune，Benitez-P‘ aez，Del Pulgar，Cerrudo，& Sanz，2017），本研究结果显示，HFD会降低微生物多样性，并导致微生物组成失衡。变形菌门丰度的升高和微生物多样性的降低是菌群失调的关键特征（Weiss & Hennet ，2017）。尽管WP和WPH均未逆转微生物多样性降低，但这两种HPD的变形菌门丰度均低于HFD。Rikenellaceae这一被认为具有促炎特性的致病菌属的丰度，在WPH干预下较低。Akkermanisa muciniphila 的丰度随肥胖及其他代谢损伤而下降（Derrien，Belzer，& de Vos，2017），对其干预可抑制体重增加、改善代谢状况并恢复上皮完整性（Everard 等，2013）。在本研究中，两个HPD组的Akkermanisa丰度高于正常饮食组和HFD组。此前的一项研究（Fleissner 等，2010）及本研究中均观察到，给予HFD或西方饮食后，具有免疫原性和促炎症特性的Erysipelotrichaceae（Kaakoush ，2015）的丰度显著增加。值得注意的是，WPH组的Erysipelotrichaceae丰度也有所增加。 HFD组和WPH组中Erysipelotrichaceae属的Allobaculum丰度均有所上升；然而，其对健康的影响仍存争议（Kong, Gao, Yan, Huang, & Qin, 2019；Tang 等，2018）。Erysipelotrichaceae属的Clostridium cluster xviii丰度仅在WPH组中显著增加。用于评估排便情况的布里斯托粪便形态量表已被证实与Clostridium cluster XVIII（Tanabe 等，2020）呈正相关。Clostridium cluster XVIII、IV、XIVa不产生显著毒素及毒力因子，并可提供细菌抗原。口服属于Clostridium cluster XVIII、IV和XIVa的17株菌株，可减轻小鼠结肠炎和过敏性腹泻（Atarashi 等，2013）。综上所述，WPH补充剂虽未能逆转与HFD相关的微生物多样性降低，但它也能抑制部分致病菌的增殖，并促进部分有益菌生长。

我们的研究也存在一些局限性。首先，缺乏对肌肉功能的深入评估。其次，每组小鼠的数量有限，且组内变异略大。最后，HFD组与两个蛋白质组之间的膳食组成及能量密度存在差异，这使得难以确定WPH的抗肥胖效应，究竟仅源于WPH本身的作用，还是部分归因于WPH组小鼠摄入的较低能量饮食。

结论：

综上所述，WPH有效减轻了体重增加，改善了肌肉中的异位脂肪沉积和抗氧化能力。尽管 WPH未能逆转微生物多样性的降低，但能够提升有益菌群丰度，并抑制了有害菌群的增殖。这些发现仍需通过设计更完善的动物实验和人体研究进一步证实。

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