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有些人更易患糖尿病?可能是这个基因突变较慢

时间: 2020年04月23日 | 作者: Sarah Davies | 来源: 环球注册新宝GG(huanqiukexue.com)
虽然我们的身体为了消化食物演化了数百万年,但我们的代谢系统仍然没有适应新的饮食习惯。这也解释了为什么现代高糖饮食会引发人体的胰岛素抵抗和2型糖尿病。


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图片来源:Pixabay


撰文:Sarah Davies

翻译:黄奇芳

审校:马晓彤


古生物学家和营养专家对这一事实十分熟悉:大约在1万年前,人类的饮食发生了改变。人类祖先的饮食方式由从单纯的狩猎采集,转变为食用熟肉和种植作物。遗憾的是,虽然我们的身体为了消化食物演化了数百万年,但我们的代谢系统仍然没有适应新的饮食习惯。这也解释了为什么现代高糖饮食会引发人体的胰岛素抵抗和2型糖尿病。


但是,一项由伦敦大学学院的研究人员发表eLife杂志上的研究显示,在45万年前出现并随着人类演化的一种基因的变体,或可以帮助我们解决这一问题。


进餐后,血液中的血糖水平会随之升高。胰岛素能使脂肪和肌肉组织细胞内的葡萄糖转运体结合在细胞膜上,将糖类从血液转运到组织中。当这一机制的正常运行时,能够有效地移除血液中的糖分。但如果这一过程出了问题,血液循环中会存在过多的糖分,进而导致糖尿病的发生。


在空腹低血糖时,人体能依靠一种名为CHC22的蛋白质,使葡萄糖转运体远离肌肉和脂肪组织表面。这种蛋白是网格蛋白(结构为网格状)的一种形式。这种三脚蛋白复合体形式的网格蛋白是细胞内部结构的一个组成部分,能形成一个篮子结构,在细胞内转运蛋白,例如在细胞膜上移除或添加葡萄糖转运体或能检测激素的蛋白质。因此,它们对调节细胞与环境之间的信息交流至关重要。如果网格蛋白的代谢通路发生错误,可能会引发癌症、神经系统缺陷、发育缺陷以及传染病等。此外,一些微生物还可以通过劫持网格蛋白通路进入细胞。


人体内有两种类型的网格蛋白。最常见的一种是CHC17网格蛋白,存在于所有组织之中,负责细胞的胞吞作用。而另一种是CHC22网格蛋白,在肌肉和脂肪中最常见,不参与胞吞作用。


编码CHC22网格蛋白的原始基因形成于大约4.5亿年前,它能产生一种网格蛋白将葡萄糖转运体紧紧地固定在肌肉和脂肪细胞中。然而,在大约45万到1.25万年前,这一基因演化出了一种新的变体,主要原因在于:随着人类进入农业时代和采用烹饪的生活方式,人类的饮食结构会向含更多的碳水化合物方向转变,进而导致这一基因变体出现在人类中的频率增加。由新的基因变体产生的CHC22网格蛋白固定细胞内葡萄糖转运体的效率降低,因此葡萄糖转运体可以更容易地到达细胞表面,使血液中的糖分子进入组织。


对早期的人类来说,原始基因产生的CHC22网格蛋白具有很大的益处:由于不易获取碳水化合物,它能有助于在空腹期间保持更高的血糖。换句话说,当血液中循环的糖分越多,意味着有更多的能量供给大脑生长,这有助于增进人类大脑的脑容量和复杂性。但是,血液循环中存在过多的糖是很危险的,有可能会导致2型糖尿病。在现代人体内,这一基因的新变体越来越常见,因为它与我们今天摄入的高碳水化合物饮食结构更相配。


这一新的基因变体可能降低人体产生胰岛素抵抗和2型糖尿病的可能性,但并非每个人都有这种基因。在千人基因组计划(1000 Genomes project)中大约2000人的基因组数据中,大约四分之三的人具有这种新的基因变体,而剩下的人仍含有较为原始的基因。


尽管小鼠体内无法产生CHC22网格蛋白,它们能通过不同的机制来移动糖转运体,并能对胰岛素做出应答。最初,编码CHC22网格蛋白的原始基因与脊椎和复杂的神经系统一起演化,但是后来这一基因在一些动物体内消失了,其中包括小鼠、绵羊和牛等。小鼠是食草动物,绵羊和牛是反刍动物,因此它们演化出新的糖处理途径是合理的,因为这更适合它们的饮食习惯。


在保留了原始基因的动物中,仍然存在物种内部的饮食特异性适应。熊具有这一基因,但是在不同类型的熊合成的蛋白质水平会存在差异。例如,北极熊和棕熊分别采取低碳水和高碳水化合物饮食,它们体内就存在不同的原始基因变体,这表明不同的营养需求,能驱动负责编码CHC22网格蛋白的基因出现突变。伦敦大学学院生物注册新宝GG系主任Frances Brodsky的研究团队发起了这项研究,她指出:“这是一个令人兴奋的演化实例:CHC22网格蛋白的编码基因在几个物种中消失,甚至人类中发生突变。这意味着饮食具有推动物种演化的强大力量。”


多年来,她的研究团队一直在研究网格蛋白。当发现物种之间具有不同的CHC22网格时,他们十分惊讶。因为更常见的CHC17网格蛋白是高度不变的,且存在于从酵母到人类等所有的真核生物中。


在进食之后,机体内处理血糖的方式可能取决于CHC22网格蛋白的类型,具有较新变体的人可能会具有更低的血糖水平。研究人员推测,知道自己拥有哪种基因变体,将有助于了解患2型糖尿病的风险,并有助于相应地调整碳水化合物的摄入量。目前,他们的研究集中于开发一种检测方法,能帮助个体测试蛋白编码基因的变异,并将基因与与血糖水平联系起来。


原文链接:

https://blogs.scientificamerican.com/observations/new-clues-to-the-way-we-metabolize-sugar/?tdsourcetag=s_pcqq_aiomsg