營(yíng)養素與基因相互作用在糖尿病發(fā)生中的作用
Effects of gene nutrient interaction on diabetes |
周曉蓉1 綜述 孫長(cháng)顥2 審校1 哈爾濱醫科大學(xué)公共衛生學(xué)院毒理教研室;2 哈爾濱醫科大學(xué)公共衛生學(xué)院營(yíng)養與食品衛生教研室,哈爾濱 150086
糖尿病是一種常見(jiàn)的內分泌疾病或慢性代謝紊亂疾病。通常認為遺傳因素和環(huán)境因素以及它們之間的相互作用是發(fā)生糖尿病的主要原因。遺傳的易感性在糖尿病發(fā)生中的作用已廣為人知,環(huán)境因素特別是飲食因素可作用在胰島素信號傳導途徑的各個(gè)環(huán)節,從而影響糖尿病的發(fā)生。隨著(zhù)糖尿病研究的不斷深入及現代營(yíng)養學(xué)的進(jìn)展,各種營(yíng)養素在其發(fā)病中的作用日益受到人們的重視。因此,進(jìn)一步闡明營(yíng)養素對糖尿病調解的機制,通過(guò)膳食調解和營(yíng)養干預來(lái)維持營(yíng)養素在體內的平衡,從而有效地預防和控制糖尿病的發(fā)生,是營(yíng)養學(xué)迫切需要解決的問(wèn)題。本文就近年來(lái)有關(guān)營(yíng)養素與糖尿病關(guān)系的研究及營(yíng)養素與基因相互作用在糖尿病發(fā)生中的作用作一簡(jiǎn)要綜述。
1 膳食性脂肪酸與糖尿病 飲食中脂肪攝入過(guò)多或脂肪過(guò)量?jì)Υ妫c胰島素抵抗及糖尿病的發(fā)生有關(guān)。而且脂肪酸的類(lèi)型和飽和程度對胰島素敏感性的影響比脂肪酸的量更為重要。大量的流行病學(xué)研究證實(shí),總脂肪及飽和脂肪酸的攝人量與患糖尿病的危險性呈正相關(guān),多不飽和脂肪酸與血漿胰島素水平呈負相關(guān)。膳食性脂肪酸可通過(guò)多種機制影響葡萄糖/胰島素系統: (1)影響脂肪酸氧化酶和脂肪酸合成酶基因的表達 有研究表明,n3和n6脂肪酸可促進(jìn)與脂代謝有關(guān)的關(guān)鍵酶如脂蛋白脂酶和某些脂肪酸氧化酶基因的表達,抑制基因編碼有關(guān)脂質(zhì)合成酶,如脂肪酸合成酶,增強脂質(zhì)代謝,減少體脂儲存,減少組織中FFA及甘油三酯水平,促進(jìn)糖代謝,減輕胰島素抵抗。 (2)影響葡萄糖運載體4(GLUT4)基因的表達 Mori等用魚(yú)油喂養自發(fā)性糖尿病OLETE大鼠,結果顯示,魚(yú)油可通過(guò)顯著(zhù)增加大鼠骨骼肌GLUT4 mRNA基因的表達,改善胰島素抵抗。 (3)影響胰島素信號的傳導 不同類(lèi)型的脂肪酸還可通過(guò)改變胰島素信號傳導蛋白的表達和功能狀態(tài)影響胰島素在組織內的信號傳導,導致或減輕胰島素抵抗。
2 微量元素與糖尿病 許多研究發(fā)現,糖尿病患者體內微量元素狀況發(fā)生了顯著(zhù)的變化,如患者鉻、鋅、硒含量顯著(zhù)降低,某些無(wú)機元素特別是微量元素的缺乏可造成機體內糖、脂肪、蛋白質(zhì)的代謝紊亂,往往是患糖尿病的根本原因。鋅、釩、硒、鉻作為機體的必需微量元素,具有重要的生理生化功能,它們可調解與糖代謝和脂代謝相關(guān)基因的表達,以各自的機制參與體內的糖代謝和脂代謝,影響糖尿病的發(fā)生。
鋅 近年來(lái)隨著(zhù)糖尿病發(fā)生率的逐漸增多,人們逐漸認識到鋅在胰島素的代謝、功能以及糖尿病的發(fā)生中的作用。許多研究表明2型糖尿病患者或實(shí)驗動(dòng)物體內處于鋅缺乏或臨界性鋅缺乏狀態(tài)。目前有關(guān)鋅與2型糖尿病關(guān)系的研究已從整體水平深入到細胞、分子水平。鋅缺乏與糖尿病的發(fā)生主要與下列機制有關(guān): (1)鋅在胰島素的合成、貯存和釋放過(guò)程中起重要作用 胰島素原在β細胞內的轉運、六聚化,胰島素原水解酶的激活,胰島素的濃縮和β顆粒核心的形成等過(guò)程均對鋅敏感。當鋅缺乏時(shí),胰島素轉錄后或翻譯后水平的合成下降,胰島釋放胰島素減少。此外,根據靶細胞類(lèi)型和胰島素濃度,部分或全部?jì)然囊葝u素在離開(kāi)靶細胞之前都要降解,鋅還可以增強胰島素降解酶的活性,參與胰島素降解。 (2)鋅可促進(jìn)胰島素與受體結合 鋅可促進(jìn)胰島素與受體結合,促進(jìn)受體聚集和磷酸化,增強胰島素-受體的親和力,降低胰島素分解和受體再循環(huán),并在受體或受體后水平調節胰島素作用4。缺鋅可導致脂肪細胞受體合成下降,與胰島素的結合力下降,受體轉位能力下降5。 (3)胰島素受體或其內源性底物的磷酸化對胰島素信號傳導是必不可少的,鋅在維持受體磷酸化/去磷酸化水平及胰島素信號傳導過(guò)程中發(fā)揮重要作用,從而調節靶組織對胰島素的響應。
釩 釩是人體必需微量元素之—,有研究發(fā)現,糖尿病患者發(fā)釩含量異常降低,提示釩與糖代謝和糖尿病有關(guān)。在離體及整體大量動(dòng)物實(shí)驗研究中已證實(shí)釩酸鹽具有胰島素樣作用,尤其是釩不影響胰島素分泌,而是通過(guò)提高胰島素的水平使血糖正常化,增強組織對胰島素的敏感性。目前認為,釩對糖尿病基因的表達主要涉及以下方面: (1) 釩可增加GLUT4基因的表達水平,促進(jìn)葡萄糖向細胞內轉運,GLUT4在組織攝取和利用葡萄糖、調節糖代謝中起重要作用。有研究表明,糖尿病大鼠骨骼肌GLUT4 mRNA水平較正常組大鼠降低63%,經(jīng)釩酸鈉治療GLUT4mRNA升高達正常對照組水平6,釩酸鈉通過(guò)增加糖尿病大鼠骨骼肌GLUT4基因表達,使周?chē)M織葡萄糖攝取利用增加可能部分解釋其降 血糖機制。 (2)促進(jìn)糖原合成、抑制糖異生 肝糖原產(chǎn)生增加是1型和2型糖尿病產(chǎn)生空腹高血糖的主要原因。幾項研究顯示,內源性葡萄糖產(chǎn)生與兩個(gè)關(guān)鍵酶磷酸烯酮式丙酮酸激酶和6磷酸葡萄糖激酶水平增加有關(guān),因此認為這兩個(gè)酶的增加可導致糖尿病的發(fā)生。有研究顯示,釩化合物能夠抑制磷酸稀酮式丙酮酸及6磷酸葡萄糖mRNA及蛋白的表達,使糖尿病血漿葡萄糖水平恢復正常,從而發(fā)揮抗糖尿病的作用7。 (3)釩對體內胰島素信號途徑的影響 釩在體內發(fā)揮胰島素樣作用與胰島素分泌無(wú)關(guān),而與胰島素受體有一定關(guān)系。釩酸鹽能增加胰島素受體的磷含量和酪氨酸激酶活性,從而發(fā)揮抗糖尿病作用。
硒 近年來(lái)一些學(xué)者提出了自由基在實(shí)驗性糖尿病發(fā)病機制中的作用。有資料表明,2型糖尿病病人體內存在自由基的升高,各種抗氧化因素如谷胱甘肽過(guò)氧化物酶GSHPx、超氧化物歧化酶SOD、過(guò)氧化氫酶CAT等的作用減弱,使病人組織細胞遭受氧化性損傷,尤其是胰島是過(guò)氧化損害的敏感組織。因此,抗氧化酶活性降低在2型糖尿病的發(fā)生、發(fā)展中起了重要作用。 已知硒是體內多種酶尤其是抗氧化酶谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的活性成分,體內硒水平變化是影響該酶活性的因素之一。2型糖尿病患者血清硒均值明顯低于健康人,而補硒后血糖明顯下降8,表明硒與糖尿病之間有著(zhù)某種相關(guān)性。 (1)硒對GSHPx基因表達的影響 硒是GSHPx的活性中心,有研究表明9,硒缺乏時(shí),不僅GSHPx活性降低,而且GSHPx的mRNA及蛋白水平均降低,說(shuō)明硒狀態(tài)對GSHPx的影響發(fā)生在基因的翻譯和轉錄水平上。由于GSHPx能減少自由基的產(chǎn)生,故能夠保護胰島素A、B肽鏈間二硫鍵免受氧化破壞,保證胰島素分子的完整結構和功能,而且適當劑量的非酶硒直接發(fā)揮清除自由基作用。因此,硒可能是通過(guò)抗氧化作用,保護胰島素功能的正常發(fā)揮而發(fā)揮降血糖作用。 (2)硒對胰島素信號傳導的影響 硒除了通過(guò)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶發(fā)揮其抗氧化作用外,還通過(guò)其它途徑參與糖尿病的代謝。當硒存在時(shí),參與胰島素信號傳導的兩種蛋白成分InsR的β亞單位和IRS1的酪氨酸磷酸化反應加強,而且硒還通過(guò)許多復雜的環(huán)節最后影響了整個(gè)細胞的磷酸化狀態(tài)。補充硒的糖尿病大鼠可恢復胰島素水平,降低血糖、血脂,從而改善糖、脂代謝紊亂。
鉻 三價(jià)鉻是葡萄糖耐量因子的組成成分,具有胰島素樣作用,可促進(jìn)細胞對葡萄糖的利用,促進(jìn)葡萄糖的氧化磷酸化,促進(jìn)糖原合成,提高胰島素的穩定性,從而降低血糖。有研究證明,糖尿病病人的血鉻含量降低,缺鉻可引起周?chē)M織對內、外源性胰島素的敏感性下降,胰腺分泌胰島素的能力衰竭,胰島素依賴(lài)功能將嚴重受損或發(fā)生糖尿病。葡萄糖氧化分解釋放出能量也需胰島素和鉻的參加,一旦人體鉻缺乏,葡萄糖就不能被充分利用,不能分解或轉化為脂肪貯存起來(lái).因而導致機體血糖升高。而補充鉻可改善糖耐量和胰島素敏感性。 鉻的作用機制似乎是增加胰島素作用,該作用是由于鉻可增加胰島素受體的數量,增加胰島素受體基因的表達,促進(jìn)胰島素與胰島素受體的結合,使胰島素受體底物1磷酸化,增強胰島素受體底物1的活性,促進(jìn)細胞攝入胰島素介導的葡萄糖,并改變磷酸脂酶和磷酸激酶的磷酸化。因此,鉻對胰島素信號有肯定的作用。另外,鉻在增加葡萄糖的利用方面可能是通過(guò)激活三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶起作用,加速琥珀酸氧化。
3 營(yíng)養素與糖尿病的防治 隨著(zhù)糖尿病患病率日益提高,已成為威脅人類(lèi)健康的主要疾病。因此,糖尿病的防治已成為國內外研究的熱點(diǎn)。從糖尿病的發(fā)病因素、臨床特征和并發(fā)癥病變可以看出,糖尿病的預防和治療與營(yíng)養素密切相關(guān)。因此,飲食與營(yíng)養治療仍然是防治糖尿病及其并發(fā)癥的重要手段。 隨著(zhù)營(yíng)養素與糖尿病關(guān)系研究的日益深人,營(yíng)養素與基因間的相互影響在糖尿病發(fā)病機制中的作用將會(huì )更加清晰。如何將營(yíng)養素應用于糖尿病的預防和治療,并通過(guò)對糖尿病患者膳食中n6與n3多不飽和脂肪酸適宜比例推薦值的研究及攝入微量元素的種類(lèi)和比例的調解,在基因水平實(shí)現基因調控治療,值得進(jìn)一步研究。
參考文獻:
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