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2019-05-09

哈佛:肥胖和糖尿病风险竟与这个常见食品成分有关

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一项小规模随机人体试验和小鼠研究的综合结果表明,食用丙酸盐(一种广泛用于预防霉菌的常见食品成分)会增加与糖尿病和肥胖相关的激素水平。

这项由哈佛T.H.Chan公共卫生学院的一个小组领导的研究发现,在小鼠体内,低剂量丙酸盐的接触激活了交感神经系统,触发了禁食激素的产生,导致胰岛素抵抗和高胰岛素血症。

试验表明,当长期暴露于一定的丙酸盐剂量(相当于保存食物的剂量)下时,动物体重会逐渐增加,而对人体志愿者的一项研究表明丙酸盐可能扰乱代谢过程,并导致血胰岛素过多。

研究人员表明,他们的发现对公共卫生有着重要影响,因为在FDA批准下,丙酸盐的使用并没有特别的限制。

“了解食物中的成分如何在分子和细胞水平上对身体新陈代谢的影响,可以帮助我们制定简单而有效的措施,来解决肥胖和糖尿病的双重流行病,”G_khan S.Hotamisligil说,他是詹姆斯·史蒂文斯·西蒙斯遗传学和代谢学教授,也是哈佛大学商学院的代谢研究萨布里·勒克中心的主任。

Hotamisligil是该小组发表在《科学转化医学》上的一篇论文的资深作者,该论文的题目是“短链脂肪酸丙酸盐增加了胰高血糖素和FABP4的产生,损害了小鼠和人身上的胰岛素作用”。

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“糖尿病困扰着全世界约4.15亿人,预计到2040年糖尿病发病率将增加50%以上。”作者写道。单就遗传因素并不能对过去半个世纪肥胖和糖尿病的快速增长作出完美解释,环境和饮食因素必须被考虑在内。饮食因素则包括了那些用于保存、加工和包装食物的化学物质。

对此,特拉维夫大学Sackler医学院医学副教授、以色列Sheba医学中心内分泌科主任、哈佛大学商学院研究员Amir Tirosh博士说道:“我们每天接触数百种这类化学物质,大多数还没有对其潜在的长期代谢影响进行详细测试。”

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在这些化学物质中,丙酸盐(丙酸)是一种天然短链脂肪酸(SCFA),被广泛用作食品防腐剂,用以防止奶酪、烘焙食品、动物饲料和调味品中霉菌的生长。

研究人员指出,先前的研究表明,这种化合物可以刺激动物体内的葡萄糖生成,因此它也被用作奶牛和绵羊的能量来源,来增加奶中的葡萄糖含量。

先前一项针对人类的小规模研究也表明,在面包中添加丙酸盐与餐后胰岛素水平高有关,“这表明这种化学物质可能会诱发餐后胰岛素抵抗。”

在他们最新报告的研究中,研究小组证明,直接给小鼠服用丙酸盐会导致与剂量有关的血糖升高、高血糖症和胰岛素水平的升高。研究随后发现,肝脏中与丙酸盐相关的葡萄糖所增加的量是由胰岛产生的空腹激素-胰高血糖素和脂肪组织分泌的FABP4产生的。

然而,丙酸盐无法直接刺激分离的小鼠胰腺或胰岛组织分泌胰高血糖素或FABP4。相反,丙酸盐似乎激活了交感神经系统,触发去甲肾上腺素的释放,从而刺激了胰高血糖素和FABP4的分泌。

实验证实,化学阻断去甲肾上腺素释放或抑制交感神经系统刺激也可以预防丙酸盐诱导的高血糖症,并抑制丙酸盐诱导的胰高血糖素和FABP4血浆浓度升高。

对小鼠的进一步研究表明,慢性、低剂量暴露于丙酸盐当量(可能存在于以加工食品为基础的人类饮食中)的动物的体重(即脂肪量)比起对照动物来说,有着显著的增长。甚至在体重增长变得明显之前,在饮用水中给予了丙酸盐的动物表现出血糖升高、高胰高血糖素血症、FABP4血药浓度升高和高胰岛素血症的症状。

有趣的是,在长期暴露于丙酸盐的小鼠中,基因删除Fabp4足以阻止它们体重增加,并防止出现抗胰岛素性。作者写道:“这些结果表明,慢性丙酸盐治疗的效果至少部分是由FABP4介导的。”“在这项研究中,我们发现暴露于SCFA丙酸盐——一种食品防腐剂,会引起小鼠餐后交感神经系统的快速激活,同时空腹激素、胰高血糖素和FABP4的增加。”

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为了测试丙酸盐对人体的影响,研究小组设计了一个小规模的随机试验,有14名健康志愿者参与。志愿者被分为两组,一组食用一顿含有与加工食品中所含丙酸盐量大致相同的食物,另一组食用相同的食物,但不含丙酸盐。一周后,重复这组测试,但组别互换。

结果表明,食用含丙酸盐的食物后不久,个体的肾上腺素、胰高血糖素和FABP4显著增加。研究结果表明:丙酸盐可能是一种“代谢紊乱剂”,会增加人类患糖尿病和肥胖症的风险。

“与我们对小鼠的观察相似,与食用安慰剂补充餐的志愿者相比,那些食用含丙酸盐的食物的志愿者血浆内甲肾上腺素、餐后胰高血糖素和FABP4水平显著增加……丙酸盐引起的餐后胰岛素反调节反应的增加导致餐后胰岛素敏感性显著下降,血清胰岛素和C肽的代偿性增加。”

这些结果证明了口服低剂量丙酸足以释放去甲肾上腺素、空腹激素胰高血糖素和FABP4的结论。

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研究人员还分析了饮食干预随机对照试验(DIRECT)的数据,以研究减肥干预对循环丙酸盐水平和代谢的任何影响。DIRECT是一项为期两年的研究,旨在研究肥胖个体或不同减肥饮食的影响,包括低脂肪、限制热量的地中海饮食和低碳水化合物、无限制热量饮食。

对研究数据的检查表明,使用抗胰岛素性稳态模型评估(HOMA-IR)指数所进行测量,在基线时,血浆丙酸盐水平与抗胰岛素性直接相关。在经过6个月的饮食干预、体重调整后,丙酸盐水平较基线下降越大,抗胰岛素性的改善越好。

因此,在人类肥胖受试者中,循环丙酸盐与抗胰岛素性直接相关,而在饮食干预期间,不管饮食干预或初始体重如何,丙酸盐的减少都与HOMA-IR指数的改善有关。

作者们说,鉴于丙酸盐在加工食品中的广泛添加,以及“慢性高胰岛素血症可导致肥胖和代谢异常的有力证据”,他们的研究结果特别令人关注。他们建议,应在接触不同剂量丙酸盐时间较长的较大人群中开展研究,以更好地了解这种化合物的代谢效应。合适的话,应寻求丙酸盐的潜在替代品。

“我们的研究结果可能会对目前的食品保存产生影响。”他们总结道,“鉴于食品和药物管理局已宣布丙酸盐被普遍认为是安全的,没有已知的副作用,且目前除了良好的生产规范要求外,丙酸盐的使用没有任何限制……正如我们对小鼠进行的慢性丙酸盐治疗中所显示的那样,长期反复接触丙酸盐中可能会对公共卫生造成重要影响,我们应激发人们对研究与人类食物成分(如丙酸盐)相关的潜在作用和潜在机制的兴趣。”


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参考资料:

https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/obesity-and-diabetes-risk-linked-to-common-food-ingredient/


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