同样是小剂量，水解乳清蛋白凭什么更"懂"肌肉？

健身房里，总有人纠结练后该喝哪种蛋白粉；而在实验室里，科学家们关心的则是另一个问题：同样是乳清蛋白，"水解"与"完整"之间，肌肉真的分得出来吗？

蛋白质补充早已不是健身圈的专属话题。从运动后的肌肉修复，到老年人维持骨骼肌质量与功能，摄入蛋白质刺激肌肉蛋白质合成（MPS），是贯穿全生命周期的关键环节。在运动营养领域，乳清蛋白凭借优良的氨基酸组成和较快的消化吸收速度，长期被视为优质蛋白的代表。近年来，乳清蛋白水解物（WPH）——也就是经过预消化、富含生物活性肽的乳清蛋白,被寄予厚望：它吸收更快、肽段更具生理活性，理论上应当比完整乳清蛋白（WHEY）更高效地激活肌肉合成。

但理论归理论，人体内的真实图景究竟如何？一项针对健康年轻男性的随机交叉试验，用稳定同位素输注技术，把WPH与WHEY放在了同一架天平上——同等低剂量（0.08 g/kg体重）下，两者对mTORC1信号通路、氨基酸转运和肌肉蛋白质合成的实际影响，到底谁更胜一筹？答案，或许比想象中更有趣。

在一项随机交叉试验中，乳清蛋白水解物增加健康年轻男性骨骼肌中的氨基酸摄取、mTORC1信号传导和蛋白质合成

摘要

背景：摄入蛋白质来源（如乳清蛋白、酪蛋白或大豆蛋白）可刺激肌肉蛋白质合成（MPS）。蛋白质补充可增强运动后的肌肉蛋白质合成，并可能有助于维持老年人群的骨骼肌质量与功能。因此，鉴定具有更高合成代谢效力的蛋白质来源具有重要意义。

目的：本研究旨在确定一种新型乳清蛋白水解物混合物（WPH）对健康年轻受试者中雷帕霉素复合物1（mTORC1）信号通路及骨骼肌MPS的合成代谢效力和功效。

方法：招募10名年轻男性（年龄28.7±3.6岁，体重指数[BMI]为25.2±2.9 kg/m²）参与一项双盲双向交叉试验。受试者在稳定同位素输注实验中，受试者随机分配接受0.08 g/kg体重的WPH或完整的乳清蛋白（WHEY）混合物。使用重复测量混合模型，将蛋白质摄入前和摄入后1-3小时的部分合成速率、亮氨酸和苯丙氨酸动力学以及氨基酸感知标记物作为主要结果进行评估。

结果：摄入两种混合物1小时后，血液亮氨酸浓度、亮氨酸向肌肉的输送、亮氨酸从血液到肌肉的转运以及肌肉细胞内亮氨酸浓度均显著增加，且增幅相似（P < 0.05）。S6K1的磷酸化（即mTORC1激活的标志物）在摄入后1小时同样增加了约20%（P < 0.05）。摄入WPH和WHEY后，两组混合MPS均增加了约43%（P < 0.05）；然而，苯丙氨酸用于合成的利用率在摄入后1小时在两种处理中均有所增加，但在摄入后3小时后，仅在WPH组中保持升高（P < 0.05）。

结论：我们得出结论，小剂量的WPH能有效增加亮氨酸向肌肉的转运，激活mTORC1并刺激年轻男性体内的MPS。WPH在促进整体肌肉蛋白质合成方面的合成代谢效力和效果与WHEY相似，后者是一种完整的蛋白质来源。

引言

肌肉量由蛋白质合成（MPS）和蛋白质分解（MPB）这两个动态且同时进行的细胞过程所控制。合成速率与分解速率之间的平衡决定了肌肉是生长还是萎缩。膳食蛋白质的摄入，尤其是必需氨基酸（EAA）的摄入，已被证明可通过营养敏感的细胞信号通路刺激蛋白质合成，这些通路受雷帕霉素复合物1（mTORC1）通路激活的调控（1–5）。在必需氨基酸中，支链氨基酸（BCAAs）似乎是负责激活蛋白质合成的氨基酸，其中亮氨酸的作用最为显著（1, 6–12）。

在过去几年中，蛋白质补充对肌肉适应的影响已被广泛描述。通过研究急性抗阻运动训练后的蛋白质摄入，我们发现，无论是混合蛋白还是完整乳清蛋白，对年轻成年人的高氨基酸血症、mTORC1通路激活、MPS和MPB具有相似的作用（13）。抗阻运动后摄入蛋白质混合物还能促进老年人的肌肉蛋白质合成（14）。然而，蛋白质混合物能够通过mTORC1信号传导延长高氨基酸血症、肌肉蛋白质部分合成率（FSR）和肌肉蛋白质合成代谢的持续时间（15）。乳清蛋白的快速消化和吸收会在摄入后短时间内提高血液中的氨基酸浓度，而酪蛋白的摄入则产生较慢但更持久（6小时）的高氨基酸血症，可延长运动后肌肉蛋白质FSR（13, 15）。这些研究结果证实，蛋白质刺激肌肉蛋白质合成代谢的能力与其整体蛋白质质量/来源（即氨基酸组成）（17,18）及其消化速率（即快、中或慢）相关（19,20）。

基于上述假设，近期的研究主要集中在乳清蛋白水解物（WPH）。WPH主要含有肽类，这些肽类具有生理活性，且吸收速度更快。诸如Ile-Val、Leu-Val、ValLeu、Ile-Ile、Ile-Leu和Leu-Leu 等生物活性肽,可以通过促进葡萄糖摄取来增加肌肉糖原的补充（21,22）。目前尚不清楚这些生物活性肽是否能比亮氨酸更有效地增强骨骼肌中的MPS，而亮氨酸被认为是主要的营养合成代谢刺激物。我们的临床前研究初步数据还表明，与完整乳清蛋白（WHEY）相比， WPH 在较低剂量下即可刺激MPS。例如，Tang等人证明，在静息状态和运动后，WPH对MPS的刺激作用优于酪蛋白和大豆（23）。Kanda等人通过动物模型进行的其他研究表明，膳食WPH可通过调节糖原合酶（21）增加运动后的肌糖原含量，并促进运动后恢复和MPS（24）。解释这些结果的最有效的假设是基于氨基酸在体循环中的出现模式。当摄入水解乳清时， EAA 、BCAA和亮氨酸的升高幅度大于其他来源，如大豆或酪蛋白（23）。

鉴于其在葡萄糖代谢中的动态作用及其在激活mTORC1信号通路中的作用， WPH可能是一种重要的营养补充剂，可用于帮助肌少症或其他肌肉消耗性人群促进骨骼肌蛋白质合成（MPS）。尽管已有研究探讨了WPH和其他不同来源蛋白质（如大豆、酪蛋白或乳清）与运动结合的效果（13–15），但据我们所知，尚无研究比较WPH和WHEY对肌肉蛋白质净平衡及氨基酸向肌肉转运的影响。因此，本研究旨在比较健康年轻男性摄入WHEY或WPH后氨基酸摄取、mTORC1信号通路和MPS的反应。将WHEY与WPH进行比较（而非与多种其他蛋白质来源比较）的理由有两方面：（1）WPH组分中生物活性肽的较高含量与WHEY存在显著差异，可能对肌肉蛋白质代谢产生不同影响；（2）在同等蛋白摄入量下，WHEY在刺激MPS的效果优于植物来源蛋白（25）。因此，通过将WPH直接与WHEY比较，我们可以使用每组相同低剂量蛋白质来研究WPH组分的作用。遗憾的是，目前我们对肽类调控人体肌肉合成代谢的机制认知仍然有限。因此，我们假设，当以同等低剂量条件下，WPH对肌肉蛋白质合成代谢的刺激作用强于WHEY。

结果

1.血液氨基酸浓度

血浆BCAA和苯丙氨酸浓度如图3所示。摄入WPH和WHEY后，血浆缬氨酸在60分钟内升高，亮氨酸在90分钟内升高，异亮氨酸在60分钟内升高，苯丙氨酸在摄入后45分钟内升高（P < 0.05）。两种饮料在任意时间点的血浆氨基酸浓度均无差异（缬氨酸，P = 0.82；亮氨酸，P = 0.55；异亮氨酸，P = 0.84；苯丙氨酸，P = 0.85）。仅在摄入WPH后15分钟时，缬氨酸有略高于摄入WHEY后的趋势（P = 0.06）。

图3.年轻男性摄入水解乳清蛋白饮料（WPH）和完整乳清蛋白饮料（WHEY）前后支链氨基酸和苯丙氨酸的血液浓度。

2.血流、葡萄糖、乳酸和胰岛素

摄入WPH和WHEY后，血流量无变化（P = 0.85），且组间及不同时间点之间均无差异（图4A）。动脉血浆葡萄糖从营养摄入前逐渐下降，组间无显著差异；然而，在营养摄入后180分钟时，两组的浓度均显著低于基线水平（WPH：−3.5±2.2%，WHEY：−4.7±2.2%；图4B，P < 0.05），组间无差异。营养摄入60分钟后，两组的血浆乳酸浓度均逐渐下降；然而，仅WPH组在120分钟和150分钟时出现显著下降（分别为−21.6±4.8%和−17.1±6.8%，图4C）。血浆胰岛素浓度在营养摄入后立即升高，并在30分钟内保持升高状态（图4D，P < 0.05），组间无差异。

图4 .年轻男性摄入水解乳清蛋白饮料（WPH）和完整乳清蛋白饮料（WHEY）前后血流。

3.亮氨酸动力学

两组在营养摄入1小时后，动脉亮氨酸浓度均升高（P＜0.05）；但仅在WHEY组于3小时时仍略微升高（图5A）。摄入后1小时，两组向腿部的亮氨酸输送量（即血流量×亮氨酸浓度）均等量增加（P < 0.05），并在3小时后恢复至基线水平（图5B）。摄入后1小时，两组亮氨酸向肌肉的转运均有所增加，但WPH组在1小时时显著更高（与WHEY相比，P < 0.05；图5C）。与WHEY相比，WPH组在3小时时亮氨酸向肌肉的转运速率仍保持升高（P < 0.05）。1小时后，两组的细胞内亮氨酸可用量均增加（P < 0.05），但仅在WPH组于3小时时仍维持较高水平（图5D）。

图5.年轻男性摄入水解乳清蛋白饮料（WPH）和完整乳清蛋白饮料（WHEY）后的亮氨酸动力学。

4.mTORC1信号通路

摄入后1小时，AktS473的磷酸化显著增加（P < 0.05，表2），且两组间相似。S6K1Thr389在摄入后1小时显著增加（P < 0.05），并在两种处理下于摄入后3小时仍保持升高，而whilst rpS6Ser235/236仅在摄入WPH后显著增加（P < 0.05，表2）。WHEY组在摄入后3小时4E-BP1Thr37/46显著降低。eEF2Thr56的磷酸化状态在摄入后未发生变化，且两组间未见差异（P＞0.05）。

表2.年轻男性摄入水解乳清蛋白饮料（WPH）或完整乳清蛋白饮料（WHEY）后，与肌肉蛋白合成相关蛋白的蛋白质印迹分析¹。

5. 肌肉蛋白FSR与苯丙氨酸动力学

图6.年轻男性摄入水解乳清蛋白饮料（WPH）和完整乳清蛋白饮料（WHEY）后的苯丙氨酸动力学。

在摄入后3小时内，两组的混合肌肉FSR均增加（P < 0.05，图6A）。摄入后60分钟时的FSR在两组间无显著差异（图6B）。与基线相比，WPH组和WHEY组在摄入后1小时动脉和静脉苯丙氨酸浓度均增加（P < 0.05，时间效应：P < 0.05）。动脉、静脉或肌肉细胞内苯丙氨酸浓度均未发现主要处理差异（表3）。动脉、静脉及肌肉细胞内苯丙氨酸富集度见表3。

表3.年轻男性摄入水解乳清蛋白饮料（WPH）或完整乳清蛋白饮料（WHEY）后的苯丙氨酸富集度和浓度¹。

采用三池模型评估苯丙氨酸动力学，以测定提供蛋白质合成利用率的测量值（Fo，m）。 WPH 和WHEY在1小时时显示出用于蛋白质合成的氨基酸利用率有相似的增加，但仅在WPH处理组中，摄入后3小时仍保持升高（图6C）。由三池模型确定的肌肉蛋白质分解指数（Fm，o）在两组中均随时间增加，且仅在WPH组于摄入后3小时仍保持较高水平（与基线相比P < 0.05，图6D）。净苯丙氨酸平衡在15分钟和30分钟时增加（与基线相比P < 0.05），在营养物摄入后60分钟时下降，两组之间无差异（组效应：P = 0.08；图7）。

图7.年轻男性在摄入完整乳清蛋白饮料（WHEY）和水解乳清蛋白饮料（WPH）混合物后，基础状态及摄入后3小时的苯丙氨酸净平衡值。

讨论

本研究旨在比较乳清蛋白（WHEY）及其水解产物形式（WPH）对氨基酸向肌肉的输送和转运、mTORC1信号传导以及MPS（肌肉蛋白合成）的影响。本研究的主要发现是，年轻男性摄入WPH和WHEY产生的肌肉蛋白合成代谢效应相似。摄入蛋白质或EAA（必需氨基酸）对人体受试者的MPS具有显著刺激作用（1, 4, 29），这是由于循环氨基酸浓度出现短暂增加所致（30）。在某些情况下，如卧床休息、衰老或衰弱状态下，循环氨基酸与MPS刺激之间的联系可能会被破坏（31）。在其他情况下，急性运动结合摄入蛋白质或氨基酸可通过激活mTORC1通路增强肌肉蛋白合成代谢反应（32–37）。学界普遍认为，摄入蛋白质后的急性合成代谢反应有利于促进运动后的恢复，并可能在长期内改善肌肉质量和功能（33, 38, 39）。然而，许多向健康年轻或老年人提供蛋白质补充剂的研究，未能显示出蛋白质补充对肌肉大小、质量或功能的有益影响，这可能与西方饮食中蛋白质含量相对较高有关。另一方面，研发高合成代谢活性的蛋白质补充剂应具有临床意义，因为这些补充剂可能对脆弱人群有益，如患有肌少症或肌肉恶病质的衰弱老年人，后者常见于癌症患者。例如，WPH可能对难以摄入足量蛋白质的特定患者有益，因为它被认为是一种具有高合成代谢效能（即在低剂量下也能最大化MPS的能力）的蛋白质来源，并可能影响肌肉质量的其他方面（40）。在某些临床患者中，合成代谢抵抗（即蛋白质刺激MPS的能力减弱或丧失）可能是一个显著问题（41）。因此，开发具有高合成代谢效能的膳食补充剂可能是预防肌肉流失的重要营养干预措施（37, 41, 42）。

近期证据表明，与完整蛋白质来源相比，水解乳清蛋白（WPH）含有易于消化和吸收的肽段，可能对MPS（肌肉蛋白质合成）具有更大的影响（23, 42, 43）。我们的假设是，0.08 g/kg体重的WPH剂量所诱导的肌肉蛋白合成代谢反应增幅将大于等量的WHEY（乳清蛋白），这可能转化为对肌肉量增长或维持的潜在更大益处。如上所述，本研究未能证实该假设：因为小剂量WPH并未在等量WHEY所达到的效果之上进一步增加MPS（WPH：+67%；WHEY：+57%）。MPS的增加与两种混合物摄入后1小时观察到的mTORC1信号传导激活（如rpS6、S6K1和4E-BP1磷酸化）相关。然而，据我们所知，这是首次对WPH的氨基酸动力学进行研究，我们发现了一些有趣的结果。例如，营养物摄入后两种处理的混合MPS相似，然而，当我们使用三池模型检查苯丙氨酸动力学时，发现WPH的蛋白质合成似乎延长（摄入后3小时），而肌肉蛋白分解在两种处理之间相似。总体而言，两组在摄入后30分钟内腿部净苯丙氨酸平衡均增加。然而，总体趋势（双因素方差分析组效应：P = 0.08）显示，在摄入后3小时的时间进程中，WPH略高于WHEY（即更具合成代谢作用）。这些结果可能看似矛盾，但有必要对本研究中所用方法的差异作简要说明。三池模型与FSR测定MPS的主要区别在于测定时间范围的不同。三池模型在离散时间点进行瞬时测定，而FSR则在数小时的时间段内测定。因此，它们提供了截然不同的蛋白质周转测定结果。FSR提供的是肌肉在整个实验期间如何反应的总体平均值，三池模型提供的是特定时间点所发生情况的瞬时状态。因此，由于采样时机的原因，三池模型可能会遗漏某些事件。

餐后肌肉蛋白合成对蛋白质摄入的反应与血浆高氨基酸血症有关（27, 44, 45），而后者可受剂量（46, 47）、来源（14, 15, 43）或所摄入蛋白质消化率（23, 48）的影响。由于其短链结构，WPH具有更快的吸收速率和消化速度（49, 50），因此能够迅速提高血液氨基酸浓度。然而，在我们的研究中，我们观察到BCAA（缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸）的血浆浓度无统计学显著差异。所有研究的氨基酸均在饮料摄入后30分钟达到峰值，并在90分钟内恢复至基线水平；WPH组在摄入后15分钟时始终呈现更高的（但差异不显著）浓度，图7年轻男性在基础状态和摄入后3小时，给予完整乳清蛋白饮料（WHEY）和乳清蛋白水解饮料（WPH）混合物时苯丙氨酸净平衡。数值为均值±标准误，n = 10。两组间未观察到差异。与WHEY相比。然而，为了在更大程度上考察亮氨酸动力学，我们还输注了亮氨酸稳定同位素示踪剂，并并得到一项新发现。具体而言，我们发现WPH组亮氨酸向肌肉的转运速率显著高于WHEY组（见下文讨论）。这导致WPH组肌肉细胞内亮氨酸浓度略高，并可能有助于解释上文讨论的WPH组更快的MPS反应。另一方面，我们的BCAA血液总数据与Morifuji等人（43）既往研究结果相矛盾，他们发现蛋白质水解物相比完整形式具有更高的血浆BCAA浓度。造成这一差异的可能解释可能是两项研究中摄入的蛋白质（以及BCAA）总量不同。在我们的研究中，受试者接受了约6 g蛋白质（含1.4 g BCAA），而Morifuji的方案要求12 g蛋白质（约2.8 g BCAA）。摄入较大量的完整蛋白质可能增加了消化所需时间，从而减慢并降低了血液中出现速率。Nakayama等人（51）近期发表的研究显示，在较低剂量的WPH（即2.5或5 g）条件下，血浆EAA浓度在20分钟时达到峰值。在本研究中，我们未在该时间点测量EAA浓度，这或许部分解释了我们为何未发现两种混合物之间高氨基酸血症的差异。尽管如此，我们的数据证实，WPH能够迅速诱导高氨基酸血症。

此外，两组间的胰岛素浓度无差异。胰岛素是一种强效的合成代谢刺激因子（52），在摄入蛋白质后其水平会升高（53, 54），从而促进肌肉蛋白质合成代谢。WPH引起的高胰岛素反应呈剂量依赖性（51），有研究提示，摄入超过 3.3 g的WPH是促进肌肉代谢产生正常合成代谢反应所必需的。在本研究中，6 g的WPH与等量的WHEY蛋白对胰岛素浓度的影响相同，即在蛋白质摄入后的前30分钟内出现短暂升高，并在摄入后45分钟内恢复至基础水平。

在所有氨基酸中，亮氨酸是通过mTORC1信号通路激活蛋白质合成最有效的刺激物（17,29,55）。例如，2014年，Churchward-Venne等人证明，在含有6 g乳清蛋白的小剂量蛋白质饮料中添加5g亮氨酸时，其在年轻男性静息状态下以及运动后增强蛋白质合成的效果与25 g乳清蛋白相当（39）。另有一项针对水解乳清蛋白的研究显示，无论在静息状态还是运动后，WPH刺激肌肉蛋白质合成（MPS）的效果均优于酪蛋白与大豆蛋白（23）。解释这些结果最合理的假设是基于氨基酸在体循环中出现模式。当摄入水解乳清蛋白时，EAA、BCAA和亮氨酸的升高幅度大于其他来源，如大豆或酪蛋白（23）。尽管我们观察到两种来源之间血液亮氨酸浓度无差异，但在摄入WPH后，亮氨酸向肌肉的转运水平更高，且即使在摄入后3小时仍保持升高（图4）。同样地，细胞内亮氨酸浓度也呈现类似趋势，在摄入后1小时更高，且仅在摄入WPH后仍显著高于基线水平。如前所述（17），亮氨酸向肌肉的转运及其细胞内可用量是MPS的重要贡献因素。水解乳清蛋白因其含有更高比例的肽段，可能促进亮氨酸向肌肉的长期转运，从而在餐后期间诱导更多的细胞内亮氨酸蓄积。例如，一种假设认为，WPH比WHEY更能促进肠道释放更多的肠促胰岛素，从而增强肌肉对亮氨酸的摄取。肠促胰岛素激素（如胰高血糖素样肽-1，GLP-1，以及葡萄糖依赖性促胰岛素多肽，GIP）参与蛋白质刺激的胰岛素释放（16），且GLP-1可迅速增强肌肉微血管募集（56）。此外，氨基酸的转运可能通过质子依赖性寡肽转运体（hPHT1）增强，该转运体可转运二肽和三肽（57）。因此，肠促胰岛素诱导的微血管募集和特异性肽转运体可能参与WPH增强的亮氨酸摄取。未来需要专门设计研究来验证这一假设。

总之，我们发现摄入WPH可促进氨基酸向肌肉转运、激活mTORC1信号通路，并提升肌肉蛋白质合成（MPS）速率。这种对肌肉蛋白合成代谢的刺激与摄入完整WHEY蛋白后观察到的结果相似。值得注意的是，与目前使用的蛋白质或EAA补充剂剂量相比，这种反应在相对较小的剂量下即可发生。尽管WPH和WHEY的整体肌肉蛋白合成代谢反应相似，但三池模型的应用使我们发现了两种饮料之间的一些重要差异。例如，与WHEY相比，WPH诱导了更多的亮氨酸转运和蓄积进入肌肉，从而提升了用于蛋白质合成的氨基酸利用率。本研究得出结论：与完整蛋白质来源相比，水解形式的乳清中所含的生物活性肽更易于消化和吸收，并且可能是改善与肌肉消耗相关的临床状况下蛋白质合成的一种替代性营养策略。

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