高血糖是病嗎-洞穴鱼是有益的

來自美國麻省理工學院等研究機構的研究人員發現生活在墨西哥洞穴中的肥胖的沒有眼睛的洞穴魚(cavefish)與患有一種遺傳性的重症糖尿病的患者攜帶著相同的基因突變,並且在進食後經歷類似於糖尿病的血糖激增和下降,但是它們是非常健康的。這一發現讓人打開眼界,這是因為葡萄糖失調通常會導致一系列問題,但是這並不影響這種魚,而且實際上對它們是有益的。人們有可能通過研究這種魚而從中獲得更好地理解和治療2型糖尿病等血糖紊亂的新線索。
相關研究結果發表在2018年3月29日的Nature期刊上,論文標題為“Insulin resistance in cavefish as an adaptation to a nutrient-limited environment”。論文通信作者為麻省理工學院的Clifford Tabin和美國堪薩斯大學醫學中心的Nicolas Rohner。論文第一作者為麻省理工學院Tabin實驗室的Ariel Aspiras和Misty Riddle。

這種墨西哥洞穴盲眼魚可能進化出幫助人類在疫病暴發時生存下來的策略。


連續數月,生活在墨西哥黑暗洞穴中的一種魚都沒有食物。在更長的時間裡——千年來,它們甚至沒有光,因此在進化過程中它們的眼睛退化,失去了皮膚色素。

研究人員發現這種奇怪的生物還有一種怪癖。為了在食物稀少的環境中生存下來,它們進化出了將營養轉化為能量的極端方式。這些特征形成了諸如血糖大幅波動的狀況,在人類中,這是Ⅱ型糖尿病的前兆。但在這些洞穴盲眼魚中,這種變化是適應性的,並非疾病。

這些穴居魚類反而過著長壽而健康的生活。

糖尿病治療-墨西哥洞穴盲眼魚可能是治療糖尿病新研究
圖片來源:Riddle et al./Nature


  最近,一個研究團隊調查了這種魚的情況,發現與引起人類胰島素抗性的機制相同。該研究近日已發表在《Nature》上。

  胰島素是由胰腺產生的激素,能夠幫助調節血糖水平。當我們吃東西時,身體會將碳水化合物轉化為葡萄糖,為身體提供能量。胰島素會與肌肉、脂肪和肝細胞表面的受體結合,引發它們從血液中攝取葡萄糖。這會使血糖回到正常水平,這個過程中,一部分葡萄糖作為能量,另一部分會以糖元的形式存儲供以後使用。如果長時間沒進食,血糖水平就會下降,胰腺會釋放另一種激素——胰高血糖素。它恰恰起到相反的作用,告訴肝髒和肌肉將糖元轉化為葡萄糖並將其釋放回血液中,從而恢復正常的血糖水平。這個維持平衡的過程稱為內穩態。

  糖尿病有不同的形式,但所有的糖尿病都使胰島素無法正常工作,導致血液中的葡萄糖過量。這對於人類來說是危險的,但是對於其他的物種卻有助於生存。 


糖尿病前期預防糖尿病
糖尿病線上風險測試




這種穴居魚類—— 墨西哥麗脂鯉明顯指明另一種治療方案。這種魚在大約100萬年前從河流被衝入洞穴。那是巨大的環境改變。河流充滿了食物,但洞穴中僅有季節性洪水衝來的食物—— 一些小型甲殼水棲類生物以及泥土中的分解物質和碎屑。洞穴中沒有光,因此沒有植物或光合作用,且水中的氧氣也很少。但那裡也沒有魚類的捕食者。“在洞穴中,好消息是沒有捕食者會吞掉你。壞消息是你也沒有吃的東西。”Tabin說。


圖片來源:Riddle et al./Nature
因為這種魚類連續多月沒有食物,研究人員猜想它們進化出一種可以有效將卡路裡儲存為脂肪的代謝方式。為了驗證該想法,Tabin和團隊對比了這種穴居魚和在實驗室中飼養在類似環境下的河魚。他們發現,這種穴居魚的確會比其河流近親儲存更多脂肪。它們還有著更大、脂肪更多的肝臟,這類似於人類與糖尿病相關聯的脂肪肝疾病。“但你不會看到這種魚類的肝被損壞。”Tabin說,“這非常奇怪。”

在這些健康魚類中發現前糖尿病征兆讓Tabin觀察了他們新陳代謝的另一個方面。血糖控制是其中之一。當河魚被喂食葡萄糖時,他看到胰島素開始控制它們的血糖水平。但穴居魚的血糖水平卻直線上升。然後,在飢餓階段,穴居魚的血糖水平又降低到破紀錄水平。“在人類中這會導致糖尿病,但穴居魚卻並未如此。”Tabin說。

進一步觀察這種魚的肌肉(大部分血糖的消耗物)表明,穴居魚在細胞和生物化學層面均可抵抗胰島素。在給其同樣量的胰島素之後,河魚肌肉細胞會比穴居魚肌肉吸收更多的葡萄糖。

基因分析表明了其後存在的原因:這種魚的胰島素受體基因有一種獨特的突變,有助於它增加體重。Tabin和團隊利用基因工程方法,將穴居魚的胰島素受體植入常見的斑馬魚體內。結果發現,那些魚比普通的斑馬魚更加健康。“我們發現穴居魚很多經過自然選擇而發生變化的基因在參與新陳代謝。”並未參加這項研究的明尼蘇達大學的Suzanne McGaugh說,他曾研究過穴居魚群的基因組。

這些發現表明,穴居魚類已經進化出一種極端“節儉”的代謝機制。但它們如何逃過食物處理過程中的負面效應呢?或許這些魚類“出現了共同進化,這些因素讓與低血糖控制、脂肪肝和胰島素抗性等相關聯的問題對它們無效。”Tabin實驗室原博士後、斯托瓦斯醫學研究所實驗室負責人Nicolas Rohner說。換言之,這些穴居魚的進化啟發了糖尿病和肥胖症等疾病的潛在療法。



Nature 555, 595-597 (2018)
doi: 10.1038/d41586-018-03242-0


原文出處:Riddle MR, Aspiras AC, Gaudenz K, Peu? R, Sung JY, Martineau B, Peavey M, Box AC, Tabin JA, McGaugh S, Borowsky R, Tabin CJ, Rohner N. Insulin resistance in cavefish as an adaptation to a nutrient-limited environment. Nature. 2018 Mar 21. doi: 10.1038/nature26136. [Epub ahead of print]

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