近日，來自美國范安德爾研究所的一個研究團隊發(fā)表在《Cell Reports》上的一項研究發(fā)現(xiàn)，過多的糖會影響線粒體膜的脂質(zhì)成分，并導(dǎo)致線粒體出現(xiàn)功能缺陷，從而影響整體健康。
糖本身就是碳水化合物。攝入過量的碳水化合物是導(dǎo)致糖尿病等代謝疾病最常見的原因之一。功能失調(diào)的線粒體被認(rèn)為在這類代謝問題中同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。盡管這二者之間的聯(lián)系顯著，但到底是什么在這一過程中導(dǎo)致了線粒體功能障礙還難以捉摸，上述研究闡明了這一機制。
線粒體，通常被稱為細(xì)胞的動力工廠。線粒體損傷會影響ATP的產(chǎn)生、代謝物轉(zhuǎn)化和細(xì)胞活性氧(ROS)的生成。此外，線粒體功能障礙涉及多種健康問題，包括心血管問題、神經(jīng)退行性變和癌癥。
葡萄糖是人體健康的重要代謝物，它在血液中的濃度受到嚴(yán)格控制，當(dāng)糖代謝失調(diào)就會導(dǎo)致包括糖尿病等代謝綜合征的一系列疾病。普遍觀點認(rèn)為，一旦細(xì)胞不再按照指示攝取葡萄糖，高血糖最終會導(dǎo)致胰島素抵抗，再進一步會導(dǎo)致糖尿病。
高血糖癥已影響全球超過4億人。關(guān)于高血糖有害健康的影響在組織水平上已經(jīng)得到了廣泛且深入的研究。但在細(xì)胞水平上它是如何影響健康的呢?研究人員認(rèn)為，細(xì)胞內(nèi)葡萄糖供應(yīng)的增加會導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙，最終導(dǎo)致組織對胰島素不起反應(yīng)。然而，導(dǎo)致這些變化的機制仍知之甚少。
在這項研究中，研究人員構(gòu)建了一個將膳食碳水化合物攝入量與細(xì)胞器功能聯(lián)系起來的體內(nèi)模型來識別早期細(xì)胞變化。該模型顯示，細(xì)胞內(nèi)葡萄糖利用率的增加通過降低線粒體膜中多不飽和脂肪酸(PUFA)的含量直接影響了線粒體功能。多不飽和脂肪酸不僅幫助線粒體發(fā)揮作用，還控制其他幾個過程，包括炎癥、血壓和細(xì)胞間的通訊。當(dāng)體內(nèi)有過量的糖時，它們不會變成多不飽和脂肪酸，而是合成為一種不同形式的脂肪酸，并對線粒體施加壓力。在壓力下，導(dǎo)致了線粒體電子傳遞鏈功能和結(jié)構(gòu)完整性的缺陷。因此，膜的穩(wěn)定性和靈活性都受到損害，制造能量的效率也大幅降低。
研究人員認(rèn)為，高碳水飲食對線粒體的有害影響可能從早期開始積累，遠遠早于出現(xiàn)臨床癥狀前。而這種早期的缺陷在沒有壓力的情況下很難被發(fā)現(xiàn)，但它們可能為隨后的慢性健康問題打下了基礎(chǔ)。因為飲食影響整個機體，體內(nèi)葡萄糖和脂質(zhì)的調(diào)節(jié)涉及多個器官和組織，個體間的遺傳變異不僅僅局限于某個特定組織。研究人員推斷，其他細(xì)胞器功能也受到了影響。他們又進行了一系列實驗：確認(rèn)了當(dāng)過量葡萄糖攝取僅限于脂肪細(xì)胞時，葡萄糖對基因表達的影響仍然存在。并且這一影響通過組織間脂質(zhì)傳遞到全身其他組織。
該研究通訊作者、范安德爾研究所的助理教授吳寧解釋說：“雖然我們不會馬上注意到線粒體性能出現(xiàn)差異，但身體能察覺到。如果脂質(zhì)平衡被破壞的時間足夠長，身體就會開始出現(xiàn)一些微妙的變化，如更快感覺疲勞。”
除了糖，研究人員還發(fā)現(xiàn)攝入過多的碳水化合物會降低補充多不飽和脂肪酸的健康影響。隨后，研究人員讓小鼠保持生酮飲食5周后發(fā)現(xiàn)，部分小鼠的線粒體結(jié)構(gòu)和電子傳遞鏈缺陷得到改善，膜脂質(zhì)成分恢復(fù)正常。然而，生酮飲食并沒能挽救小鼠的所有表型。
此外，已知許多癌細(xì)胞會上調(diào)葡萄糖的攝入量，以進行自身脂肪生成，并在復(fù)制過程中產(chǎn)生足夠的脂質(zhì)用于構(gòu)建膜。這項研究結(jié)果表明，由于多不飽和脂肪酸含量較少，癌細(xì)胞線粒體的氧化磷酸化活性更低，這在一定程度上解釋了癌細(xì)胞增加對糖酵解能量的依賴，從而形成了一個有害的負(fù)反饋循環(huán)。研究人員表示，證實這一假設(shè)還需要更多的研究。
總之，這項研究結(jié)果表明了體內(nèi)過量碳水化合物和線粒體功能之間的早期聯(lián)系，從機理上證實了高糖和高碳水化合物飲食的一個有害方面。吳寧說：“雖然我們的研究沒有提供醫(yī)學(xué)建議，但它確實闡明了代謝疾病的早期階段，并提供了可能影響未來預(yù)防和治療工作的見解。”
