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《细胞》子刊:“糖有毒”!高血糖会导致胰岛细胞被活活饿死

瑞典隆德大学Albert Salehi团队发表在著名期刊《细胞代谢》上的研究成果,或许能给我们当头棒喝。他们发现,2型糖尿病患者的高血糖水平,会导致生产胰岛素的β细胞变得“千疮百孔”,以至于单个β细胞在每秒钟的时间里,至少向周边组织环境中泄漏100000个ATP分子。

人们关于糖尿病的最开始记述,起源于公元1500年的古代埃及。

尽管在接下去的3500很多年里,糖尿病患者从恐怖的不治之症变成了可防可控性的慢性疾病,可是直到现在,大家针对糖尿病患者到底是怎样产生的仍然了解很少。

也更是这一份愚昧,让人们对糖尿病患者少了一些敬畏之心。

德国隆德大学Albert Salehi精英团队发布在知名刊物《细胞代谢》上的科研成果[1],也许能让我们当头棒喝。

她们发觉,二型糖尿病病人的血糖高水准,会造成 生产制造甘精胰岛素的β体细胞越来越“支离破碎”,以致于单独β体细胞在每秒的時间里,最少向附近机构自然环境中泄露100000个ATP分子结构。

ATP是啥?它但是人体内最立即的动能来源于。没了它,一切生命活动终究会终止。

生产制造降血糖化学物质甘精胰岛素的β体细胞就这样被活生生饿死了的。

很讥讽是否?血夜中充满了果糖,β体细胞却饿死。

血糖高是有害的。

Albert Salehi

自1981年至今,糖尿病患者患病率在全世界呈髙速提高发展趋势。依据世卫组织第一份《全球糖尿病报告》显示信息[2]:截止2017年,全球成人糖尿病人总数达到4.22亿,而1981年时这一数据还只是1.08亿。

大部分二型糖尿病继发性于肥胖症,及其肥胖症造成 的高胰岛素血症。在这类状况下,以便降低血糖,β体细胞只有鼓足干劲生产制造大量的甘精胰岛素来解决。在经历很多年的前轮驱动糖尿病患者的环节以后,β体细胞会慢慢已不生产制造大量的甘精胰岛素去解决高胰岛素血症,这时候二型糖尿病就上半身了[3]。

二零一三年的糖尿病人总数,及其2035年很有可能的总数

血糖高对身体的损害,真是太是全身的,比如β体细胞和内分泌系统,乃至人的大脑,这就是说白了的果糖毒副作用[4]。以便降低高血糖对人体的危害,大家创造发明了二甲双胍降低血糖的来源于[5];还找到提高果糖存储体细胞对甘精胰岛素敏感度的药品,或是刺激性早已承受不住的β体细胞多生成甘精胰岛素的药品[4];乃至也有阻拦肾对果糖分解代谢的降血脂方式[6]。

但是,上边的药品都不可以合理地维护β体细胞,也不可以防止二型糖尿病[7]。殊不知,以果糖刺激性的胰岛素分泌(GSIS)减弱为特点的β体细胞神经功能紊乱,刚好是二型糖尿病的关键难题[8]。

大家必须弄清楚血糖高到底是怎样损害了β体细胞。

二型糖尿病病发风险性与年纪和BMI中间的关联(为男士们觉得伤心)

Salehi和Wollheim精英团队的科学研究工作人员注意到,以前的研究表明,β体细胞中线粒体功能的混乱与二型糖尿病相关[9]。而在膜蛋白外膜上,工作电压依赖感阳离子安全通道(VDAC1)是最丰富多彩的蛋白质,他们乃至把握着体细胞的存亡[10]。

巧的是,在老年性痴呆病的科学研究中,科学研究工作人员早已发觉,在老年性痴呆病初期,VDAC1就逃不过关联[11],并且用VDAC1的抗原抑止VDAC1的特异性,能够维护神经元细胞免遭木薯淀粉样β(Aβ)肽诱发的神经系统毒副作用[12]。

因此科学研究工作人员就想要知道血糖高对β体细胞的损害是否根据VDAC1完成的。如果是,这类损害也是怎样完成的,及其能否被阻隔。

这第一步,便是立即拿二型糖尿病供体的胰腺和沒有糖尿病患者供体的胰腺做下较为。在mRNA和蛋白质水准的较为发觉,二型糖尿病供体的胰腺VDAC1的表述上涨,在蛋白质水准上也是一样的結果。这般来看,在二型糖尿病病人的身体,血糖水平与VDAC1中间是存有联络的。

以便在血糖水平与VDAC1中间创建更立即的联络,科学研究工作人员又试着用不一样浓度值的果糖解决石蜡切片塑造的人胰岛细胞,观查果糖毒副作用是不是的确存有。

科学研究工作人员用得以造成 β体细胞出現GSIS的浓度较高的果糖(50mM)解决胰岛细胞,发觉这种胰岛细胞主要表现出了二型糖尿病的特点,VDAC1的表述水准的确升高;而经十米M的葡糖糖解决的胰岛细胞,VDAC1的表述水准沒有转变。这般来看,β体细胞的VDAC1过多表述的确是血糖高水准诱发的。

但是,令人费解的是,在极低的果糖水准(5mM)下,即便根据别的方式推动VDAC1高表述,都没有造成 β体细胞负伤。接着科学研究工作人员发觉,仅有在果糖水准很高的状况下,VDAC1高表述才会危害β细胞的功能。

这说明,VDAC1高表述对β体细胞的损害与血糖高(果糖毒副作用)是偶联反应的。并且科学研究工作人员最终发觉,血糖高是根据表观遗传操纵VDAC1的表述的。

下边一个难题是,VDAC1高表述如何就损害β体细胞了呢?

因为VDAC1是细胞质上的通道蛋白,因此科学研究工作人员决策看一下过多表述的VDAC1都跑到哪里安居来到。

以前的科学研究早已说明,VDAC1离子通道蛋白质关键精准定位在膜蛋白外膜上[13],它关键作用是调整膜蛋白的容积、从膜蛋白里往外装运ATP等新陈代谢物质[14]。针对保持膜蛋白和体细胞的平稳十分关键。

但是,当科学研究工作人员给二型糖尿病供体中获得的β体细胞中的VDAC1离子通道蛋白质再加莹光标识以后,却出现意外地发觉,这一本应在膜蛋白外膜上安居的通道蛋白,很多精准定位在β体细胞的细胞质到了!

那样的话,毫无疑问会造成 ATP等新陈代谢物质从β体细胞中很多泄露啊~~

左侧是身心健康的β体细胞,右侧是备受血糖高危害的β体细胞;红点是VDAC1通道蛋白

科学研究工作人员有点不坚信自己的双眼。

她们从二型糖尿病供体和非糖尿病患者供体的胰腺中,取下相对机构上色,发觉在二型糖尿病供体的胰腺中,β体细胞表层的确出現了很多本不应该出現的VDAC1离子通道蛋白质。

科学研究工作人员迅速又在身体之外塑造的人β体细胞中发觉了相近的状况。

难道二型糖尿病病人的β体细胞最后是被活生生饿死了的?

以便确认这一結果,科学研究工作人员进一步剖析了VDAC1离子通道蛋白质在β体细胞表层安居对β体细胞的危害。結果确认了她们的猜测,很多的ATP从β体细胞中泄露。这时的β体细胞犹是被“万剑穿心”,身体的动能沿着千万孔眼往泄露……

据科学研究工作人员评定,每一个β体细胞每秒最少要向体细胞外泄漏100000个ATP分子结构[15]!

显而易见,ATP这般髙速泄露,再再加血糖高产生的果糖毒副作用的危害,β体细胞肯定是撑不上长时间的。

在我眼里,β体细胞变为那样了

即然缘故早已找到,那这还有没有要治呢?

事实上,在科学研究工作人员剖析二型糖尿病供体的样版时就发觉,二甲双胍好像能够救场。之后历经确定,科学研究工作人员发觉,二甲双胍的确能够根据抑止VDAC1离子通道蛋白质的特异性,协助β体细胞救场。

这也是生物学家初次发觉二甲双胍还能够根据这一方式降血脂。事实上,近期也是有研究表明,二甲双胍降血糖并不是根据改进甘精胰岛素的代谢,只是维护β体细胞[16]。刚好与本科学研究地支相害。

二甲双胍这一新作用的发觉令人喜悦。因为VDAC1离子通道蛋白质与老年性痴呆病中间的关联,二甲双胍即然能够抑止VDAC1离子通道蛋白质的特异性,那麼也许二甲双胍对老年性痴呆病也是有一定的维护或治疗效果也未可知。

尽管生物学家在这儿发觉了一个能够维护β体细胞的新靶标,可是在对于这一靶标的药品要迈向临床医学也有许多 科学研究要做。间距病人用涂药,也许也有较长的時间。

不管怎样,控制血糖的最终方法很有可能還是老一套最有效,“管住嘴,迈开腿,减减肥瘦身”。终究,一年前,发布在《柳叶刀》上的DiRECT临床实验说明:根据饮食搭配管理方法一年减去30斤,86%的肥胖症糖尿病人可解决二型糖尿病。

参考文献:

[1].Zhang E, Alamily I M, Mohammed S, et al. Preserving Insulin Secretion in Diabetes by Inhibiting VDAC1 Overexpression and Surface Translocation in β Cells[J]. Cell Metabolism, 2018.DOI:10.1016/j.cmet.2018.09.008

[2].World Health Organization. Global report on diabetes[M]. World Health Organization, 2016.

[3].Weir G C, Bonnerweir S. Five Stages of Evolving Beta-Cell Dysfunction During Progression to Diabetes[J]. Diabetes, 2004.DOI:10.2337/diabetes.53.suppl_3.S16

[4].Wajchenberg B L. β-Cell Failure in Diabetes and Preservation by Clinical Treatment[J]. Endocrine Reviews, 2007, 28(2): 187-218.DOI:10.1210/10.1210/er.2006-0038

[5].Foretz M, Guigas B, Bertrand L, et al. Metformin: From Mechanisms of Action to Therapies[J]. Cell Metabolism, 2014, 20(6): 953-966.DOI:10.1016/j.cmet.2014.09.018

[6].Palanisamy S, Yien E, Shi L, et al. Systematic
review of efficacy and safety of newer antidiabetic drugs approved from 2013 to 2017 in controlling HbA1c in diabetes patients[J]. Pharmacy, 2018, 6(3): 57.DOI:10.3390/pharmacy6030057

[7].Aroda V R, Knowler W C, Crandall J P, et al. Metformin for diabetes prevention: insights gained from the Diabetes Prevention Program/Diabetes Prevention Program Outcomes Study[J]. Diabetologia, 2017, 60(9): 1601-1611.DOI:10.1007/s00125-017-4361-9

[8].Meier J J, Bonadonna R C. Role of Reduced β-Cell Mass Versus Impaired β-Cell Function in the Pathogenesis of Type 2 Diabetes[J]. Diabetes Care, 2013.DOI:10.2337/dcS13-2008

[9].Anello M, Lupi R, Spampinato D, et al. Functional and morphological alterations of mitochondria in pancreatic beta cells from type 2 diabetic patients[J]. Diabetologia, 2005, 48(2): 282-289.DOI:10.1007/s00125-004-1627-9

[10].Shoshanbarmatz V, De Pinto V, Zweckstetter M, et al. VDAC, a multi-functional mitochondrial protein regulating cell life and death[J]. Molecular Aspects of Medicine, 2010, 31(3): 227-285.DOI:10.1016/j.mam.2010.03.002

[11].Fernandezechevarria C, Diaz M, Ferrer I, et al. Aβ promotes VDAC1 channel dephosphorylation in neuronal lipid rafts. Relevance to the mechanisms of neurotoxicity in Alzheimer's disease.[J]. Neuroscience, 2014: 354-366.DOI:10.1016/j.neuroscience.2014.07.079

[12].Smilansky A, Dangoor L, Nakdimon I, et al. The Voltage-dependent Anion Channel 1 Mediates Amyloid β Toxicity and Represents a Potential Target for Alzheimer Disease Therapy[J]. Journal of Biological Chemistry, 2015, 290(52): 30670-30683.DOI:10.1074/jbc.M115.691493

[13].Thinnes F P. After all, plasmalemmal expression of type-1 VDAC can be understood. Phosphorylation, nitrosylation, and channel modulators work together in vertebrate cell volume regulation and either apoptotic pathway.[J]. Frontiers in Physiology, 2015: 126-126.DOI:10.3389/fphys.2015.00126

[14].Shoshanbarmatz V, De Pinto V, Zweckstetter M, et al. VDAC, a multi-functional mitochondrial protein regulating cell life and death[J]. Molecular Aspects of Medicine, 2010, 31(3): 227-285.DOI:10.1016/j.mam.2010.03.002

[15].Knudsen J G, Rorsman P. β Cell Dysfunction in Type 2 Diabetes: Drained of Energy?[J]. Cell metabolism, 2019, 29(1): 1-2.DOI:10.1016/j.cmet.2018.12.015

[16].Retnakaran R, Choi H, Ye C, et al. Two‐year trial of intermittent insulin therapy vs metformin for the preservation of β‐cell function after initial short‐term intensive insulin induction in early type 2 diabetes[J]. Diabetes, Obesity and Metabolism, 2018, 20(6): 1399-1407.DOI:10.1111/dom.13236

[17].Lean M E, Leslie W S, Barnes A C, et al. Primary care-led weight management for remission of type 2 diabetes (DiRECT): an open-label, cluster-randomised trial[J]. The Lancet, 2017, 391(10120): 541-551.DOI:10.1016/S0140-6736(17)33102-1

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