解读丨聂萌、胡泽平（清华大学）
点评丨李小英（复旦大学附属中山医院内分泌科主任、主任医师，教授）
碳水化合物是生命细胞结构的主要成分及主要供能物质，并且有调节细胞活动的重要功能。
然而，研究人员在关于碳水化合物对人体健康影响的“利弊”问题上一直存在争论。近日，来自厦门大学的林圣彩教授在Cell Metabolism杂志上发表了题为Carbohydrates: Not All that Bad?的评论文章，提出了关于碳水化合物与人类健康之间关系的最新观点，指出碳水化合物并不都是有害的。
近期一项开创性研究，揭示了有关葡萄糖代谢的新通路及其全新的生物学功能：糖酵解产物丙酮酸可经过氧化脱羧反应生成醋酸，具有重大意义【1】（关于这篇文章，BioArt有过详细的报道，特特别邀请了林圣彩教授进行点评，高度评价了该工作，认为“这项研究颠覆性地扩展了细胞中的葡萄糖代谢路线图，发现细胞内过剩的碳源在转化为丙酮酸以后，还可以通过两种代谢途径生成乙酸。该研究很大程度上拓展了当前学术界对葡萄糖代谢途径的认识，对丰富葡萄糖的生物学功能具有重要意义”，详见：Cell亮点丨刘晓静博士等发现新的醋酸合成路径以及丙酮酸的抗氧化功能——林圣彩点评）。此外，一项长期的临床随访研究则显示长期低碳饮食相较于合理碳水化合物摄入可导致更高的死亡率【2】。鉴于此，林圣彩教授指出：碳水化合物绝不仅仅只“干坏事”，而“平衡膳食有益健康”这一观点，为人们建立健康的饮食习惯提供了重要指导建议。
该评论指出，由于过去的研究证明葡萄糖代谢，尤其是糖酵解在为肿瘤细胞快速增殖中提供生物材料，以及肥胖和糖尿病等代谢性疾病的发病率升高，因此碳水化合物一直被“妖魔化”，特别是高碳水化合物饮食被认为是有损人体健康，并且与代谢型疾病（例如肥胖症与糖尿病）密切相关。也因此，低碳饮食曾一度被广为推崇，风靡一时。著名的阿特金斯饮食法（Atkins diet，通常指只吃肉类、鱼类、蛋类等高蛋白、高脂肪食品，而不吃米面、蔬菜和水果等碳水化合物食品，也就是通常所谓的生酮饮食习惯）就是通过控制碳水化合物的摄入量，使人体的代谢模式由碳水化合物代谢转变为脂肪代谢，以供给机体对能量的需求。
众所周知，低碳饮食如此流行是因为它能在短期内有效降低体重，但同时也伴随了易疲劳，肾脏负担加重，机体酸平衡被破坏等副作用【3】。值得注意的是，我们似乎还忽视了长期低碳饮食对人体有何影响。而在2018年7月发表在Cell Metabolism杂志上的一项研究中，中科院遗传发育所的John R. Speakman团队进一步证明，是膳食中的脂肪，而并非蛋白质或者碳水化合物，在小鼠模型中导致了肥胖【4】（1000只小鼠10万例数据，确认只有脂肪才会导致肥胖——遗传所在Cell Metabolism发表重要成果）。
葡萄糖代谢生成乙酸的路径。图片引自：Cell Metabolism，Lin et al., 2018
目前，越来越多的证据表明盲目追求低碳饮食确实有失偏颇。2018年9月，美国杜克大学的Locasale团队在Cell杂志上率先开创性发现葡萄糖参与细胞内自身醋酸合成新途径【1】。该研究利用结合稳定性同位素示踪实验和液相色谱-高分辨色谱仪的代谢流分析技术，首次揭示了糖酵解产物丙酮酸可经过氧化脱羧反应生成醋酸，并且新生成的醋酸还可进一步被转换为乙酰辅酶A中的乙酰基，展现了由糖向脂转化的新途径。同时，丙酮酸被氧化成醋酸这一过程消耗了内源性过氧化物，揭示了丙酮酸具备体内天然的抗氧化剂的功能【1】。林教授在评论中指出，该研究证明葡萄糖代谢在细胞抗氧化中起到关键作用。过去在一些体外细胞培养或者糖尿病模型中的研究表明高糖可能导致ROS产生增加，从而造成细胞毒性。然而这些研究通常忽略了组织与细胞间的葡萄糖浓度差异性，而这与葡萄糖所发挥的功能密不可分。目前Locasale团队的这项研究仅局限在于肿瘤细胞，正常细胞是否存在这一现象仍需进一步确认。但总体来说，该研究进一步丰富了人们对于葡萄糖生物学功能的认知，特别是葡萄糖可能在此过程中“发扬了利他主义作用（altruistic role）”，消除了ROS从而起到保护细胞的作用。这些提示或许日常饮食中的碳水化合物对人类健康的益处远比我们想象的要多。
令人惊喜的是，来自美国波士顿布莱根妇女医院和哈佛医学院的研究人员于2018年8月在Lancet Public Health发表了一项题为Dietary carbohydrate intake and mortality: a prospective cohort study and meta-analysis最新研究，全面的揭示了饮食中不同含量碳水化合物对人群死亡风险的影响，有助于回答日常饮食中不同成分的组合对人体健康的长期影响。具体来说，研究人员首先对来自美国四个社区的15482名被测试者进行了膳食调查问卷，随后又结合了来自北美，欧洲和亚洲等多个国家的43万名被测试者数据进行了荟萃分析，最终发现总体碳水化合物摄入量与预期寿命之间存在着“U形关联”。也就是说，过高或者过低的碳水化合物摄入量均与寿命缩短有关，而中等碳水化合物摄入（碳水化合物占总热量的50%到55%）与早期死亡风险的相关性最低。这一结论推翻了“碳水化合物有害”这一论调（最近，Cell杂志推出了一篇题为Carbotoxicity—Noxious Effects of Carbohydrates的文章特别提出了“碳食毒性（Carbotoxicity）”的概念，看上去有些危言耸听）。此外，值得注意的是，研究人员还发现饮食中蛋白质和脂肪来源也与寿命相关。相较于动物性蛋白质和脂肪，植物性蛋白质和脂肪与死亡风险相关性更低【2】。这也提示，不同来源的碳水化合物对于人体健康或许也具有不同的意义。总的来说，该研究提示长期过高和过低的碳水化合物摄入均对人体健康无益，保持适量碳水化合物摄入，平衡膳食才有益健康。
值得高兴的是，已经有研究表明食物的类型和来源对人体具有重要影响。例如近期发表在JAMA Internal Medicine的研究基于“碳水化合物-胰岛素模型”给出一定的饮食指导建议：少吃糖负荷高的碳水食物，多吃低糖负荷的碳水食物，特别是全谷类食物【5】。
综上所述，林圣彩教授在评论中提出，面对饮食中的碳水化合物，我们要回归理性，重新审视碳水化合物在人体内的功能，只有做到平衡膳食才能真的有益健康。这或许也与中国传统儒家哲学的“中庸之道”不谋而合。但是什么才是真正的平衡膳食，如何才能做到合理而平衡的饮食，也是未来我们仍需继续探究的重要问题。
专家点评
李小英（复旦大学附属中山医院内分泌科主任、主任医师，教授）
碳水化合物的摄入与肥胖、糖尿病和心血管疾病的关系一直受到关注，也备受争议。近年，由于低碳水化合物饮食，甚至生酮饮食（碳水化合物占总热卡<10%）在减重治疗中十分流行，许多人甚至谈“糖”色变。因此，有必要澄清一些有关碳水化合物的事实真相。美国健康营养调查（nhanes）数据显示（https:>碳水化合物摄入量与糖尿病患病率呈显著负相关关系（见下表）。中国健康与营养调查（CHNS）数据也显示（https://www.cpc.unc.edu/projects/china/data），从1997年到2011年期间，中国人碳水化合物摄入量由62.0%减少到52.3%，然而，期间糖尿病患病率（自报）从1.53%增加到3.85%，碳水化合物的摄入量与糖尿病患病率也呈现负相关。因此，人群数据并不支持碳水化合物摄入增加与糖尿病风险增加有关。流行病学研究显示，含糖饮料摄入与糖尿病和心血管疾病风险增加有关（JAMA.2004;292:927-934，Circulation.2010;121:1356-1364），其中主要为含糖饮料中的果糖引起的一系列代谢紊乱。2017年柳叶刀（Lancet）杂志发表了一项前瞻性城乡流行病学研究（PURE），包括42,152名中国人，结果显示碳水化合物的摄入量增加与死亡风险增加有关（Lancet.2017;390(10107):2050-2062），实际上这种风险只在碳水化合物摄入量占总热卡的60%以上时才显著增加。然而，目前中国人碳水化合物摄入量约为50-55%。最近，制糖业面临大量指责，认为制糖业支持的研究，隐瞒了碳水化合物与心血管疾病的关系。《科学》杂志最近撰文澄清，迄今并无充分证据表明制糖业有意干预科学研究（Science 2018;359(6377):747-750）。大量人群研究表明，适当的摄入碳水化合物（占总热卡的50-55%）对健康起到十分有益的作用。
参考文献
1 Liu, X. et al. Acetate Production from Glucose and Coupling to Mitochondrial Metabolism in Mammals. Cell 175, 502-513.e513, doi:10.1016/j.cell.2018.08.040 (2018).
2 Seidelmann, S. B. et al. Dietary carbohydrate intake and mortality: a prospective cohort study and meta-analysis. Lancet Public Health 3, e419-e428, doi:10.1016/S2468-2667(18)30135-X (2018).
3 Adam-Perrot, A., Clifton, P. & Brouns, F. Low-carbohydrate diets: nutritional and physiological aspects. Obes Rev 7, 49-58, doi:10.1111/j.1467-789X.2006.00222.x (2006).
4 Hu, S. M. et al. Dietary Fat, but Not Protein or Carbohydrate, Regulates Energy Intake and Causes Adiposity in Mice. Cell Metabolism 28, 415-+, doi:10.1016/j.cmet.2018.06.010 (2018).
5 Ludwig, D. S. & Ebbeling, C. B. The Carbohydrate-Insulin Model of Obesity: Beyond 'Calories In, Calories Out'. JAMA Intern Med 178, 1098-1103, doi:10.1001/jamainternmed.2018.2933 (2018).
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