對Cluberton等“糖類的補充對運動引起的代謝基因表達改變的影響”一文的述評

王香生，陳亞軍（香港中文大學，香港）

對Cluberton等“糖類的補充對運動引起的代謝基因表達改變的影響”一文的述評

王香生，陳亞軍（香港中文大學，香港）

糖，轉錄，骨骼肌，基因表達

本文所推薦的論文是一篇較有代表性的、值得學習和借鑒的優秀科研報道。研究背景文獻清楚；研究命題創新性強，具較高的理論和實踐意義；試驗設計簡單合理；實驗過程控制嚴謹；指標測試體系有代表性；討論部分邏輯清晰，層層推進；結論簡潔，合理。當然，本研究當中也存在一些不足之處。例如：雖然此研究中采用了自身對照的實驗方法，但仍無法回避樣本量太小的事實。另外，營養學研究中身體基線狀態的控制也應值得注意，無論是受試者運動前幾天的飲食狀況，還是訓練情況都需要進行嚴格控制，這對于保持受試者每次測試前的生理狀態和營養狀態的一致性是很有必要的。

重要名詞：

轉錄，骨骼肌，基因表達，糖

一直以來，運動中的糖補充都被認為是可以提高運動耐力并對運動應激產生良好的適應反應，但從分子生物學水平尤其是基因表達層面了解糖類補充和能量代謝及肌肉反應的潛在機制的研究還很少?！癊ffect of carbohydrate ingestion on exercise-induced alterations in metabolic gene expression”是2005年發表在“Journal of Applied Physiology”（應用生理學雜志）中一篇有代表性的研究報告。無論是研究背景陳述的邏輯性，研究命題的創新性，實驗設計和方法的嚴謹性，還是討論和結論部分的合理性，此研究都是一篇值得學習和借鑒的優秀研究論文。

研究背景

此研究在研究背景的鋪陳方面環環相扣，邏輯清楚，利用最新的相關文獻把研究背景交代清楚，直至最后導出自己的研究命題“糖類的補充對運動引起的代謝基因表達的改變”。其邏輯性顯示如下。

研究背景開篇點出：肌肉因為其物理性（運動）和代謝性（能源需求）表現出高度適應性特點，而目前各項研究顯示骨骼肌的高度適應性與代謝相關基因表達的改變有關。

以下研究結果支持運動和營養狀態的改變可引起代謝相關基因的表達：（1）一次性的急性運動已足以改變Glucose transporter type 4（GLUT4），Pyruvate dehydrogenase kinase 4（PDH-4），Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1（PGC-1）以及uncoupling protein-3（UCP3）等mRNA的表達，研究也表明，運動應激后所有這些基因表達的增加與基因轉錄速率的增加有關。（2）研究證實，降低運動前肌糖原的水平會加劇運動后代謝基因表達的改變。這表明除了運動之外，能源代謝底物也是影響代謝基因表達的一個重要因素。之后的一些研究也證實，葡萄糖的補充可以減弱運動后GLUT4 mRNA的表達，而在沒有運動的情況下，單純代謝底物的改變也可以導致這些相關代謝基因表達的改變。例如，禁食下的物理狀態可以改變GLUT4，PDH-4，以及UCP3等代謝基因的表達，而恢復進食又可以恢復GLUT4等mRNA的表達水平。

根據之前的研究結果可以導出本研究的研究命題假設：既然在無運動狀態下，代謝底物引起的物理狀態的改變可以改變相關代謝基因的表達，那么代謝底物的改變應該也可以引起運動狀態下GLUT4，PDH-4，PGC-1以及UCP3等相關基因的表達發生變化。

值得學習的優點

選題——有較高的理論和實踐意義

如前所述，運動中的糖補充一直以來都被認為是一種行之有效的提高機體運動耐力，并對機體產生的運動應激有良好反應的措施。雖然在綜合生理反應上相關研究極多，但其在基因層面上的潛在機制還不清楚。此項研究從代謝相關基因表達方面對此做一嘗試，無論是選題的科學性、實踐性，還是理論意義，都值得借鑒。

試驗設計——簡單合理，實驗過程控制嚴謹

本研究采用自身對照的重復實驗設計方法，每名受試者在間隔至少7天后，重復做兩次實驗，實驗過程中分別攝入6%糖飲料或者等量的口味相似的安慰劑。實驗過程值得注意的地方包括以下幾個方面。

（1）清楚交代人體實驗的基本要求。人體研究道德倫理委員會的批準，正式的參加者同意書，以及受試者詳細的醫學病史調查等都是進行人體研究的必須程序，這些要求在國內運動人體科學研究中進行的還不是很規范，有需要在未來的研究發展中進一步完善。

（2）嚴格的基線（baseline）實驗條件的控制。為了保證兩次實驗前機體糖原含量（肌糖原和肝糖原）水平相似，應盡量減少實驗前一天飲食對實驗過程的影響。該研究當中每個受試者要求在實驗前禁食12 h，這對于運動營養領域的研究是必須的，也是必要的。

（3）采用自身對照、重復實驗的設計方法可以增加研究結果的準確性和可靠性。此方法已經把受試者個體之間的差異性從統計誤差里面去掉，可以更好地觀察研究設計中自變量變化對因變量的直接影響。此方法的采用與否差不多已經成為衡量實驗性運動營養研究設計是否優秀的一項重要標準。

（4）采用隨機交叉實驗的順序安排。對于重復實驗設計的安排，一個最大的潛在缺陷是觀察到的因變量變化可能不是因為所設計的自變量的變化引起的，而是因為其它原因造成的。例如：受試者完成第二次實驗時的經驗、熟練程度，以及心理壓力均與第一次實驗時有所不同；如果兩次主實驗之間的間隔時間不夠長，那么第一次實驗中自變量的影響有可能在第二次實驗開始時還沒有完全消失，繼續對第二次實驗產生一定的影響。該研究中采用的隨機交叉實驗的順序安排和至少7天的間隔期就可以有效避免上述方法設計所可能帶來的弊端，同時也可以保證受試者第一次實驗后完全恢復。

指標測試體系選擇——有代表性和層次性

實驗研究中測試指標的選擇對于要達到的研究目的非常重要。此研究的測試指標全面而富有層次性：氣體代謝指標、血液指標、肌肉指標，以及代謝相關基因的表達。從宏觀到微觀，從運動強度的控制到代謝基因水平的測試，每一類指標都有其明確的目的性和層次性，這樣，對之后的研究結果的討論和解釋就可以做到點面結合，有據可循。

討論——邏輯清晰，層層推進；結論——簡潔，合理

鑒于糖類補充對代謝相關基因表達的影響研究較少，所以此研究報告中同類研究的比較討論篇幅不占多數，在討論部分中更多的是引用相關的研究逐類分析，采用邏輯上的推理方法，層層推進，找出本研究中實驗結果顯示的意義所在，簡潔、合理的結論的得出也就水到渠成。這種層層推進的討論方法，對于從事一些較新學科領域開拓研究的科研工作者來說，很有學習和借鑒的意義。

需要改善的地方

樣本量偏小

對于此類實驗室的營養研究來說，6個受試者是最低的可以接受的樣本量。盡管研究者在實驗設計方法上進行了嚴格的控制，而且在統計中采用了雙因素重復方差分析（Twoway ANOVA with repeated measures）的方法，但仍不能回避樣本量偏小這樣的批評。如果此研究中能增加至8～9個樣本，研究的說服力和統計意義就會更大。當然由于此項研究需要進行肌肉活檢，對每名受試者至少要在運動前后各采取3個肌肉樣本，這個過程的困難性我們也應該予以理解。

主實驗前應采用更為嚴格的飲食控制

如前所述，雖然此研究主實驗前，每個受試者都會禁食12 h，但這在營養研究中顯然是一個最基本的要求。由于運動前1 d甚至3 d的飲食都可能會對機體運動前糖原儲備水平有所影響，因此我們建議所有受試者在第1次實驗前3 d均要求進行飲食的記錄，并且在第2次實驗前3 d重復第1次的飲食習慣，將飲食的影響減少到最小。如果我們能夠保證每位受試者兩次主實驗前3 d均能進食營養均衡（不是特別高糖，高脂或者高蛋白）、成分相似的食物，對運動前基線糖原水平的控制將會更加理想。

主實驗前3 d應控制身體訓練

大強度、力竭性運動會對身體機能狀態和糖原儲備產生較大影響，因此運動前3 d應避免此類運動，這對于保持兩次主實驗前機體糖原儲備和生理狀態的一致是必要的。

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(責任編輯：何聰)

Comments on the Article "Effect of carbohydrate ingestion on exercise-induced alterations in metabolic gene expression" Written by Cluberton and Others

carbohydrate; transcription; skeletal muscle; gene expression述評專家簡介：王香生，教授，博士研究生導師。英國利物浦大學運動科學學士，英國拉夫堡大學運動科學碩士，英國拉夫堡大學 （英聯邦學人）運動生理學博士。香港中文大學體育運動科學系教授，香港中文大學教育學院副院長（研究），以及香港中文大學聯合書院副院長，美國運動醫學會（American College of Sports Medicine, ACSM）會士及香港運動醫學及科學學會（Hong Kong Association of Sports Medicine and Sports Science, HKASMSS）理事會成員。主要研究領域包括運動營養及代謝作用，飲品補充與運動表現，以及體力活動與健康等。在各種國際期刊上發表高影響因子文獻50余篇，并且與世界各地相關領域內的專家學者建立了良好的合作關系。

評析文章： Effect of carbohydrate ingestion on exercise-induced alterations in metabolic gene expression

Cluberton, L.J., McGee, S.L., Murphy, R.M., & Hargreaves, M.(2005). J Appl Physiol. , 99(4):1359-63