自20世纪70年代末和80年代初稳定同位素分析(C、N)方法创立以来，已在揭示现代(古代)人群的食物结构和迁徙活动、动物的驯化和饲养方式、古环境的重建等问题上取得了重要进展，成为生物考古研究的热点和前沿之一，也日益成为考古学研究中不可或缺的重要方法^[1]。

众所周知，稳定同位素分析的基本原理，为“我即我食”(You are what you eat)^[2]，即：生物的任何组织都直接来自于其食物的消化、吸收和转化，两者的稳定同位素比值也就存在一一对应的关系。但若仔细分析该原理，可以看出，其间蕴藏了一个重要的假设和前提，即：生物个体对食物的消化、吸收以及向身体组织的转化，须处于长期的动态平衡状态。只有这样，个体组织中的稳定同位素比值，才能代表一段时间内其摄取食物的平均水平。然而，与上述平衡被打破，即生物个体处于代谢异常时，“我即我食”还能成立吗？

21世纪初，就有学者开始了对“我即我食”原理的反思，指出生物组织的稳定同位素值，不仅受食物来源的影响，而且也受个体新陈代谢等多个因素的影响^[3]。2004年和2005年，Fuller等^{[4, 5]}发现，当现代女性处于妊娠期、营养压力等异常状况时，个体头发中稳定同位素比值(C、N)受到其新陈代谢异常的强烈影响。由此，“我非我食”(You are not what you eat)也就应运而生。此后，越来越多的学者，通过对处于特殊生理状态(包括营养不良、疾病等)的现代人体组织(发、尿液、血浆等)的稳定同位素分析，皆发现了“我非我食”的现象^[6~17]。

“我非我食”现象的发现，实际上是对“我即我食”原理适用条件的再反思。这提醒我们，当开展稳定同位素分析揭示古代人群食物来源的工作时，必须要考虑到其是否可能受到新陈代谢异常的影响。例如：19世纪中叶爱尔兰发生大面积饥荒时，部分个体牙本质胶原的δ¹⁵N值增高，并非其食物中动物蛋白摄入的增加，而是由长期饥荒产生营养不良的病理状态所致^[18]。努比亚干尸(350~550A.D.)中部分女性个体的δ¹⁵N值偏高，也源于其具有骨质疏松的病理状态^[19]。

我国的稳定同位素分析研究，肇始于20世纪80年代初。但直至21世纪初，该研究才重新受到我国学者的关注，被广泛应用于探讨我国农业的起源与发展、动物的驯化与饲养方式、先民的社会等级等重要考古学问题^[20~25]。然而，纵观我国目前已有的研究，往往简单地将研究中出现的异常同位素值归结于特殊个体，缺乏对“我非我食”现象的深入思考和讨论。此外，即使在国内生物医学界，也尚无对现代人群代谢性异常与稳定同位素比值变化之间关系的报道。

鉴于此，本文以现代人群的头发为研究对象，对人发分段开展C、N稳定同位素分析，了解头发C、N稳定同位素比值之变化与其新陈代谢异常(以直肠癌为例)之间的响应关系，试图从稳定同位素分析视角揭示直肠癌的发病机理，并对我国如何进一步开展“我即我食”和“我非我食”进行了展望。

目前，人发是探索古代和现代人群代谢性疾病最为广泛的研究材料之一。头发的主成分为角蛋白，其主要由胱氨酸、甘氨酸、酪氨酸等多种氨基酸组成^{[26, 27]}。研究显示：当食物经由消化吸收并转化为发角蛋白时，C稳定同位素产生1 ‰ ~ 3 ‰的分馏^[28~30]，N稳定同位素则相对于食物中的蛋白质富集约2 ‰ ~ 3 ‰ ^[31~33]。与其他人体组织相比，发的生长具有连续性。人发的生长平均速度约为每月1cm^[34]，且形成后，其化学组成就保持恒定^[35]。故此，通过对具有一定长度的人发开展系列C、N稳定同位素分析，可追踪该个体一段时间内食物的变化或代谢性异常状况^{[4~6, 8, 9, 11, 15, 33, 36]}。

众所周知，癌症是代谢异常的最集中体现。直肠癌(rectal cancer)是消化道系统常见的恶性肿瘤^[37]，近年来该病的发生在国内外越来越普遍。其致病机理，尚不完全清楚，可能受饮食、疾病、家族遗传及年龄等因素影响^[38]。

本研究选用该病例，主要有两个方面的考虑：一是揭示人群的饮食习惯是否对该病的发生产生一定影响，二是探索人群头发中同位素值的变化与该病的致病机制存在怎样的对应关系。

本研究，选择了两例新近发病入院的直肠癌患者。两例人发样品分别取自山东省临沂市肿瘤医院和第四军医大学西京医院，均从近头皮处剪下(如图 1所示)。患者性别、年龄、身高、体重、病情、发病期、治疗与用药等信息，如表 1所示。

图 1(Fig. 1)

图 1 个体1 (a)和个体2 (b)人发样品 Fig. 1 Hair samples of individual 1 (a)and individual 2 (b)

表 1(Table 1)

表 1 患者的相关信息 Table 1 The basic information of individuals 个体1 个体2 性别 女 女 年龄 56 53 身高(cm) 161 150 体重(kg) 61 52 接受治疗时长(月) 3 6 化疗用药 奥沙利铂、卡培他滨 替吉奥 是否停止化疗 否 是 患病时长(月) 11 病情 直肠癌 直肠癌 备注 入院前间歇性大便带血2月余，排便困难，每日5~8次 入院前间歇性大便带血3月余

表 1 患者的相关信息 Table 1 The basic information of individuals

此外，通过对患者食谱的调研，发现：个体1入院前以素食为主，海鲜、奶类以及肉制品摄食少，食物种类与来源稳定，主食以小麦类面食为主，玉米等作物食用量非常少。发病入院后，增加了牛奶、鸡蛋等高蛋白质食品的摄入且主食转为小米，辅之以少量小麦类面食。个体2入院前后食物种类并没有出现大幅调整，肉类以及奶制品和海鲜等摄入少，主食以小麦类面食为主。

人发样品预处理的主要目的，是清洗和去除附着于头发上的油脂、洗发剂等可能污染物。主要步骤如下：将头发样品以1cm为单位进行切割并放入离心管中，在离心管中加满酒精，超声清洗30分钟，用去离子水清洗酒精残留后在离心管中加入氯仿和甲醇2 ︰ 1混合溶液，超声清洗2小时，并用去离子水反复冲洗至无氯仿甲醇溶液残留。将样品放入烘箱65℃鼓风烘干。

以上各分段的发样，其C、N元素含量及稳定同位素比值，在中国科学院大学考古学与人类学系的考古稳定同位素实验室进行。测试仪器为与元素分析仪联用的稳定同位素质谱仪(Isoprime 100 coupled with Elementar Pyro Vario)。元素含量的测定，采用磺胺(Sulfanilamide)作为标准。C、N稳定同位素比值的测试，采用IAEA-600、IAEA-N-2、IAEA-CH-6、USGS-40和USGS-41以及实验室自制骨胶原标样(δ¹³C=-14.7 ‰，δ¹⁵N=7.0 ‰)。其中，USGS-40和USGS-41进行C、N稳定同位素比值校正，其他标样用作测试进程监测。C、N稳定同位素比值以δ¹³C和δ¹⁵N表示，其分析精度为小于等于0.2 ‰。所有人发样品的测试结果见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 人发样品δ13 C与δ15 N值，C、N含量和C、N摩尔比值 Table 2 Elemental and isotopic data of all hair samples 患者 δ13C/‰ δ15N/‰ C/% N/% C/N(摩尔比) 与发根的距离/cm 备注 个体1 -21.7 5.2 43.8 13.9 3.7 35 -21.6 5.2 43.6 13.7 3.6 34 -21.6 5.4 43.4 14.0 3.5 33 -21.4 5.3 43.2 14.1 3.5 32 -21.5 5.4 43.2 13.9 3.5 31 -21.5 5.1 43.1 13.9 3.5 30 -21.3 5.2 43.1 13.9 3.5 29 -21.2 5.0 43.0 14.1 3.5 28 -21.3 5.2 43.0 14.1 3.5 27 -21.2 5.0 43.0 14.4 3.4 26 -21.3 4.9 43.0 14.2 3.5 25 -21.4 4.6 42.9 14.4 3.4 24 -21.3 4.8 42.9 14.2 3.5 23 -21.3 4.7 42.8 14.1 3.5 22 -21.3 4.8 42.8 14.4 3.5 21 -21.1 5.6 42.7 14.3 3.5 20 -21.0 4.8 42.6 14.3 3.5 19 -20.9 4.7 42.6 14.2 3.5 18 -21.0 4.7 42.5 14.3 3.5 17 -20.8 4.8 42.5 14.4 3.5 16 -21.0 5.0 42.5 14.4 3.5 15 -20.7 5.0 42.5 14.5 3.5 14 -20.9 4.8 42.5 14.5 3.4 13 -20.6 5.1 42.4 14.5 3.4 12 -20.5 5.2 42.4 14.6 3.4 11 推测患病时间 -20.5 5.6 42.4 14.6 3.4 10 -20.9 5.9 42.4 14.7 3.4 9 -20.6 5.7 42.4 14.5 3.5 8 -21.0 5.7 42.2 14.7 3.5 7 -21.1 5.6 42.2 14.5 3.5 6 -21.1 5.7 42.2 14.7 3.4 5 -20.8 6.1 42.2 14.7 3.4 4 手术并化疗 -20.2 6.2 42.1 14.7 3.4 3 化疗 -19.1 6.7 42.1 14.6 3.5 2 化疗 -19.3 6.5 41.9 14.7 3.4 1 化疗、采样时间 个体2 -20.3 5.3 42.7 14.6 3.4 14 -20.5 5.6 42.8 14.6 3.4 13 -20.9 5.3 42.6 14.7 3.4 12 -20.4 5.5 42.6 14.8 3.3 11 自述身体不适 -19.8 6.2 42.6 14.8 3.4 10 -19.8 6.2 42.9 14.8 3.4 9 -20.3 5.9 42.6 14.8 3.4 8 -20.2 5.8 42.9 14.8 3.4 7 手术并化疗 -20.2 5.6 42.8 14.8 3.4 6 化疗 -19.8 5.8 42.9 15.0 3.3 5 化疗 -19.6 6.0 42.9 14.9 3.4 4 化疗 -21.2 6.0 43.6 14.6 3.5 3 化疗 -20.6 6.3 43.5 14.7 3.5 2 化疗 -20.7 6.0 43.1 14.7 3.4 1 停止化疗、采样时间

表 2 人发样品δ13 C与δ15 N值，C、N含量和C、N摩尔比值 Table 2 Elemental and isotopic data of all hair samples

检测人发的预处理效果以及是否仍存在污染物，通常对人发的C/N摩尔比进行分析和判断。原则上，发角蛋白的C/N比值为3.4，分布于2.9~3.8范围内^[33]。在本文中，所有分段个体的C/N比值，皆在此范围，平均值为(3.5±0.06，n=49)，表明样品的预处理完全达到标准，可用作以下的稳定同位素分析。

人发的生长平均速度约为每月1cm^[34]，个体1的头发长度为35cm，可反映该个体约35个月内食物摄取和代谢异常的变化趋势。距离发根越近为新生长的头发，代表越新的时间。1代表取样前一个月，35表示距离取样35个月。如图 2a所示，该个体在23~35cm的部分，δ¹³C与δ¹⁵N值基本上无明显变化。19~21cm处，δ¹⁵N值急剧上升，约上升了0.8 ‰，之后迅速回落。此外，在该处δ¹³C值也稍有上升，但不如δ¹⁵N明显。总体而言，18cm处以降，δ¹³C与δ¹⁵N值，均呈现上升态势，但与δ¹⁵N值相较，δ¹³C值上升缓慢。最为明显的变化，出现在11cm处。δ¹⁵N值在此之后急剧上升，而δ¹³C值则明显下降。在1~4cm处，δ¹³C与δ¹⁵N值持续上升，但δ¹³C值的升高更为显著，约增加1.5 ‰。

图 2(Fig. 2)

图 2 个体1 (a)和个体2 (b)头发样品δ13C与δ15N值的变化误差棒代表仪器的同位素标准偏差(1σ) Fig. 2 Variations of δ13C and δ15N values of hair series of individuals 1 (a)and 2 (b). The error bar stands for the standard deviation of isotopic values(1σ)

个体2的头发长度为14cm，可反映该个体14个月内的食物摄取和代谢异常的变化状况。1代表取样前1个月，14cm表示距离取样约14个月。如图 2b所示，9~14cm处，δ¹³C与δ¹⁵N值均有所上升。尤其需要指出的是，自12cm处始，δ¹³C与δ¹⁵N值明显增加，分别上升了1.1 ‰与0.9 ‰。在6~9cm处，δ¹³C与δ¹⁵N值均下降，但δ¹⁵N值下降更为明显，约减小了0.6 ‰。此后，在1~6cm处δ¹⁵N值持续上升，但δ¹³C值自4cm处先减小(约1.6 ‰)后稍有增加。

如前言所示，通过人发的稳定同位素分析，不仅可揭示个体的食物结构，还可了解其代谢异常的状况。本文的研究，就为此提供了一个良好的范例。总体而言，尽管两个体来自北方的不同地区，但人发的δ¹³C值，均显示两者完全以C₃类食物为主^{[39, 40]}，这当与其摄取了大量麦类食物(食物来源的调研)密切相关；此外，两者的δ¹⁵N值均较低，落于食草类动物范围内^[41~43]，表明两个体均以植物类食物为主食，动物蛋白摄取较少，这与我们对其食物类型的调研一致。尤为重要的是，人发不同时段内δ¹³C与δ¹⁵N值的变化，为追踪个体的健康状况提供了很好的研究线索。

个体1在23~35月之前，其δ¹³C与δ¹⁵N值相对稳定，这主要显示了其食物来源。但在19~21cm处δ¹⁵N值，出现明显上升，这与其在此时间段内接受子宫肌瘤手术有关。第18月之后δ¹³C与δ¹⁵N值的上升态势，当归结于其进入患病期(直肠癌)引起的代谢异常。自11月(医生推测患者的发病期)处，δ¹⁵N值的快速上升和δ¹³C值的明显下降，为患者补偿性代谢的体现。在此期间，该个体出现了便血、每日排便次数增加至5~8次的症状，体重也有所下降。自4月(入院手术期)处之后，δ¹⁵N与δ¹³C值均明显上升。在此期间，患者入院接受腹腔镜以及开腹手术，每月定期接受化疗，并且化疗期出现了明显的恶心与食欲不振的状态。显然，此时个体δ¹³C与δ¹⁵N值的上升，可能缘于患者的病理状态及摄食了较多的动物蛋白(奶和鸡蛋)和小米。

个体2的头发相对较短。9~14月之间，个体2的δ¹³C与δ¹⁵N值，都呈现出上升趋势。此期间，患者自身感受身体不适，并出现便血的症状。6~8月之间，δ¹³C与δ¹⁵N值同步下降，这可能与患者接受了腹腔镜手术相关。1~6月之间，δ¹⁵N值的持续上升和δ¹³C值的明显下降，也反映了该个体的补偿性代谢的病理特征。这体现在：患者于术后数月内一直食用流食，缺乏必要的营养，并且由于持续的化疗，造成了该个体的体重持续降低。

众所周知，相较正常细胞而言，癌细胞的生长极为旺盛，大量掠夺了供给正常细胞的营养物质，造成正常细胞的营养匮乏从而导致组织和器官萎缩衰竭^[44]。由此，癌细胞和正常细胞对营养物质不同程度的利用，就可导致两者的稳定同位素值出现差异。最近的研究表明，共存于同一培养基的结直肠癌细胞(colorectal cancer cell)和正常细胞，两者的δ¹⁵N值却明显不同^[45]，即：癌细胞的δ¹⁵N值小于正常细胞。究其原因，当为癌细胞的快速生长和繁殖需大量利用¹⁴ N所致^[45]。

患有厌食症、营养不良等疾病的病人，其组织常表现为δ¹⁵N值的增加与δ¹³C的减小^[6~9]。学者们认为，这主要是由以下因素造成：1)因食物无法提供个体正常代谢所需的蛋白质，机体必须从其他途径来获取，即分解自身体内的蛋白质。在蛋白质分解和再合成过程中，¹⁴ N较¹⁵ N更易被排出体外，造成体内¹⁵ N的富集，使得组织的δ¹⁵N值增加^{[6~9, 35, 46~49]}；2)相对于身体其他组织，脂肪组织中含有更多的¹² C而¹³ C相对贫化^[50]。随着脂肪分解程度的增加，其产生的¹² C被更多地用来合成组织的碳骨架^[8]，从而表现为δ¹³C值的减小。

直肠癌为典型的消化道疾病，目前，直肠癌的发病机制尚不清楚。若仔细观察本文研究的两例病人，可以看出在发病初期，皆表现为δ¹³C与δ¹⁵N值的共同升高。其中，δ¹⁵N值的增加，应当与以上病例相似，源于自身蛋白质的分解和再利用；而δ¹³C值的增加，尚无任何研究加以报道。我们推测，这可能与之前该癌细胞对¹⁴ N的利用相似，在旺盛的代谢过程中更多地利用¹² C，抑或该癌细胞具有未知的、迥异的C代谢途径而导致¹² C的富集。这样，也可造成个体组织δ¹³C值的增加。

综上可见，人发稳定同位素值的变化，与本研究中直肠癌的发病时间存在紧密的联系，对探讨该病的产生机制以及代谢途径具有极其重要的科学意义。其具体的响应机制，尚需在今后加以认真研究。

如果说“我即我食”是稳定同位素分析的研究基石，那么，“我非我食”则是“我即我食”的进一步延伸，将研究领域由食物结构拓展至生物个体的生理活动、营养压力和疾病。表面上，两者似乎对立，但实质上相辅相成，缺一不可。例如：在本研究中，部分时段人发的稳定同位素值，主要反映了“我即我食”，但在发病、手术和创伤期间，更多地受到“我非我食”的影响。

如前言所述，目前，运用“我非我食”原理，探讨现代或古代人群的代谢性异常，国内尚未见任何报道。本文，当属首次在国内开展此领域的相关研究，为今后的深入研究奠定了基础。然而，必须指出的是，目前对于“我非我食”及其稳定同位素分馏的原理的探讨，主要是建立在西方的饮食习惯(高蛋白)以及相关动物饲喂实验的基础上^{[4~6, 8~12, 51~53]}，而对于我国人群(高碳水化合物)而言，两者在稳定同位素的分馏究竟如何，迄今为止缺乏相关研究。无论对于“我即我食”原理的进一步反思或是针对我国人群的具体应用，都存在巨大空白。显然，构建以我国人群饮食结构为基础的“我即我食”和“我非我食”的理论体系，已是大势所趋，应为我国学者今后的努力方向。

本研究对代谢性异常患者(直肠癌)发的系列C、N稳定同位素分析，揭示了稳定同位素比值的变化与个体食物结构和健康之间的响应关系。当患者生理状态发生改变，如病情发展，接受治疗以及遭受营养压力等，都对稳定同位素的分馏产生影响；值得注意的是：在直肠癌发病初期，人发的δ¹³C与δ¹⁵N值均呈现出上升趋势，这应与该疾病独特的代谢途径或营养利用方式相关。本文为探讨我国现代(古代)人群健康的同位素示踪，首次提供了一个极好的研究范例。

由此可以看出，现代(古代)人组织的稳定同位素分析，同时反映了“我即我食”和“我非我食”的现象，但是，目前对于以中国人群为主体的同位素分馏机理的研究十分匮乏。尤其需要指出的是，以中国饮食特色为基础的同位素分馏机理的探讨建立，将对探索我国现代(古代)人群的食物结构和健康状况极具科学意义。

致谢 感谢患者及家属对本项目的全力配合和支持，感谢中国科学院大学考古学与人类学系张昕煜、王欣、生膨菲、朱思媚、夏秀敏、马姣等同学对此文的宝贵意见，特别致谢家人(冯金凤、尹德新与高原)在本项目采样过程的大力帮助。最后，感谢编辑和审稿者对本文提出的宝贵意见和建议。