#3丁酸魔法:拯救胰島素阻抗的曙光

糖尿病,是非常常見的代謝疾病,同時也與家族糖尿病史以及代謝病史高度相關。在台灣,18歲以上糖尿病盛行率約為11%(國民健康署,2021),意即每10位成年人就有一位罹患糖尿病。其中,男性盛行率略高於女性,男高女低的趨勢與肥胖率相同,而肥胖又是造成糖尿病的重要危險因子,因此,男性較高的糖尿病盛行率似乎就有跡可循。

糖尿病基本概念

肥胖如何影響糖尿病?具有肥胖與代謝症候群的人對胰島素的敏感度會下降,稱作胰島素阻抗。若是將胰島素比喻成鑰匙,細胞接受器比喻成鑰匙孔,胰島素阻抗就是持有正常功能的鑰匙,但鎖孔壞了,血糖無法順利開啟細胞的大門進入,進而被細胞利用。血糖持續被拒於門外,在血液中遊走,就是糖尿病的開始。為了避免這樣的情況,在初期形成胰島素阻抗時,身體為了代償阻抗現象,會產生更多的胰島素,來避免高血糖的現狀。不過也因此有低血糖風險,當身體無法順利控制血糖的恆定,就會造成第二型糖尿病。

至於第一型呢?第一型糖尿病源自自體免疫失控,而去攻擊胰島細胞,使胰臟無法產生足夠的胰島素,或甚至無法產生胰島素。與第二型糖尿病不同的是,第一型糖尿病好發於幼年期與青春期。近年來在臨床上也發現,有許多第二型糖尿病控制不佳,最後合併第一型糖尿病的案例。一般來說,第二型糖尿病可由藥物治療、生活治療(飲食、運動),視情況注射胰島素;但第一型糖尿病可能就得終身施打胰島素控制血糖。

丁酸魔法:拯救胰島素阻抗的曙光

前面說了許多胰島素阻抗的成因,與第二型糖尿病的關聯性。接下來要提到的是,丁酸如何降低胰島素阻抗,對於第二型糖尿病的潛在益處究竟為何?

不過,些許遺憾的是,對於第一型糖尿病的現狀來說,增加胰島素敏感度,並不能改善第一型糖尿病的現狀。但是我們前一篇專欄提到的免疫調節,確實是補充丁酸梭菌可能具有防止自體免疫失控,進而可能改善第一型糖尿病潛力的原因。

文獻中提到:「人類在患有第二型糖尿病時,丁酸生成是有缺陷的。」這個發現屬於結果論的觀察,但也給了我們丁酸與第二型糖尿病關聯的提示。科學家進一步研究,整理出下圖的表現。

(Stoeva MK et al., 2021)

這張生理生化路徑圖的大意是這樣的:補充丁酸梭菌或丁酸,可以增加腸道及血清中的GLP-1,這能使IRS1 / Akt路徑被活化,可以降低胰島素阻抗。因細胞獲得不了葡萄糖,而產生的糖質新生也因此降低,葡萄糖吸收使用效率增加,成為緩解第二型糖尿病的曙光。

可以看到途中最上方的丁酸梭菌影響的接下來一連串的生化反應,最後讓血糖利用效率提升(血糖降低)、糖質新生被抑制(血糖不升高)。

至於如果想更進一步了解何謂GLP-1?何謂IRS1 / Akt路徑?可以繼續閱讀以下篇幅。

(以下為進階專業內容,大眾讀者可跳轉結語。)

GLP-1的中文全名為類升糖素胜肽-1,主要的生理作用是促進胰島素分泌、抑制升糖素。也就是說,GLP-1高度影響了血糖高低狀況,也是現今糖尿病相關研究的焦點。

IRS1 / Akt路徑則可以分為IRS1Akt兩者分別解釋。IRS1全名為Insulin Receptor Substrate 1,是胰島素受體的訊號傳遞蛋白,可以將活化訊號向下傳遞給Akt(蛋白激酶B),藉由Akt磷酸化與否調控路徑活化狀態(磷酸化Akt為活化態)。受到IRS1訊號而磷酸化的Akt,將會抑制G6PasePCK1,使糖質新生降低。G6Pase是將G6P轉換回葡萄糖的酵素,抑制酵素將使血糖不再將肝糖分解而升高。PCK1(又作PEPCK),則是升糖性胺基酸進行糖質新生路徑的重要酵素,因此肝糖、升糖性胺基酸這兩種糖質新生路徑被封住時,血糖得以受到控制。


葡萄糖

GLUT-4受到胰島素連鎖反應活化後,自細胞質轉移至細胞膜,建立葡萄糖通道,使葡萄糖進入細胞被利用。圖片來源:維基百科。

另一方面,磷酸化的Akt也會繼續往下活化GULT-4UCP1,使細胞得以順利使用葡萄糖作為能量。胰島素低下的情況下,上述一連串生化路徑並不會活化,而GULT-4會維持在細胞質內。直到胰島素升高時,GULT-4才會經過活化而鑲嵌在細胞膜上,使細胞外的葡萄糖通過通道,進入細胞內被利用。

所以不管是胰島素靈敏度不足,或是胰島素生產不足、功能損失,都會讓GULT-4這個調控血糖的重要通道無法正常使用,也就是造成糖尿病的原因了。

結語:糖尿病日常保健

想要控制好血糖,除了飲食中控制好碳水化合物、定期並時常監測血糖、依照醫囑服用藥物或施打胰島素以外,您可以多去做有氧運動減脂、阻力運動增肌,都有助於胰島素敏感度的恢復,運動中切記小心低血糖。最後,按照科學研究的軌跡,也許定期補充丁酸梭菌,讓其充滿腸道,對於糖尿病的控制也許更如虎添翼。


參考文獻:Stoeva MK, Garcia-So J, Justice N, Myers J, Tyagi S, Nemchek M, McMurdie PJ, Kolterman O, Eid J. Butyrate-producing human gut symbiont, Clostridium butyricum, and its role in health and disease. Gut Microbes. 2021 Jan-Dec;13(1):1-28.

doi: 10.1080/19490976.2021.1907272.

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