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，過多的糖會影響線粒體膜的脂質成分，并導致線粒體出現功能缺陷，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致糖尿病等代謝疾病最常見的原因之一。功能失調的線粒體被認為在這類代謝問題中同樣發(fā)揮著關鍵作用。盡管這二者之間的聯系顯著，但到底是什么在這一過程中導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，通常被稱為細胞的動力工廠。線粒體損傷會影響ATP的產生、代謝物轉化和細胞活性氧(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格控制，當糖代謝失調就會導致包括糖尿病等代謝綜合征的一系列疾病。普遍觀點認為，一旦細胞不再按照指示攝取葡萄糖，高血糖最終會導致胰島素抵抗，再進一步會導致糖尿病。
高血糖癥已影響全球超過4億人。關于高血糖有害健康的影響在組織水平上已經得到了廣泛且深入的研究。但在細胞水平上它是如何影響健康的呢?研究人員認為，細胞內葡萄糖供應的增加會導致細胞功能障礙，最終導致組織對胰島素不起反應。然而，導致這些變化的機制仍知之甚少。
在這項研究中，研究人員構建了一個將膳食碳水化合物攝入量與細胞器功能聯系起來的體內模型來識別早期細胞變化。該模型顯示，細胞內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、血壓和細胞間的通訊。當體內有過量的糖時，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，導致了線粒體電子傳遞鏈功能和結構完整性的缺陷。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，但它們可能為隨后的慢性健康問題打下了基礎。因為飲食影響整個機體，體內葡萄糖和脂質的調節(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，其他細胞器功能也受到了影響。他們又進行了一系列實驗：確認了當過量葡萄糖攝取僅限于脂肪細胞時，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差異，但身體能察覺到。如果脂質平衡被破壞的時間足夠長，身體就會開始出現一些微妙的變化，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，部分小鼠的線粒體結構和電子傳遞鏈缺陷得到改善，膜脂質成分恢復正常。然而，生酮飲食并沒能挽救小鼠的所有表型。
此外，已知許多癌細胞會上調葡萄糖的攝入量，以進行自身脂肪生成，并在復制過程中產生足夠的脂質用于構建膜。這項研究結果表明，由于多不飽和脂肪酸含量較少，癌細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胞增加對糖酵解能量的依賴，從而形成了一個有害的負反饋循環(huán)。研究人員表示，證實這一假設還需要更多的研究。
總之，這項研究結果表明了體內過量碳水化合物和線粒體功能之間的早期聯系，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防和治療工作的見解。”
