人類從吃樹葉、吃果實,到現在吃加工食品,對於糖的喜愛始終有增無減。完全不愛甜食的人並不是沒有,但畢竟是極少數。
只是,隨著時間過去,我們吃的糖有了變化。吃樹葉、吃果實的時代,我們主要攝取的碳水化合物是蔗糖、澱粉與果糖;而以蔗糖與澱粉為大宗。少數的水果(如荔枝)含有較高量的果糖,由於果糖的甜度為蔗糖的1.73倍,所以我們會覺得荔枝特別甜。
但是,水果畢竟不是我們的正餐。不過,從1960年代開始,由於食品加工技術的進步,我們得以把玉米的澱粉轉化成為高果糖糖漿(HFCS,high-fructose corn syrup,俗稱豐年果糖)。高果糖糖漿其中大約55%是果糖、42%是葡萄糖。由於價錢便宜、使用方便,高果糖糖漿開始大量出現在我們的飲食中,使我們的飲食由攝取雙糖與多醣為主的型態改為攝取單糖為主。在美國,1970年時平均每人每年食用230公克的高果糖糖漿;到了1997年是28公斤(1)。而2013年更增為53.6公斤(2)。
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果糖(fructose)。圖片來源:wiki |
攝取單糖有什麼問題呢?主要是因為它不需消化分解就可直接吸收利用,造成我們在食用含有高果糖糖漿的食品之後,血糖會上升得很快。最近這幾年的許多研究都發現,攝取大量的單糖,尤其是果糖,對我們有害無益。而最新發表在「自然」期刊上的論文,進一步地告訴我們果糖跟心臟衰竭有關(3)。
果糖怎麼會跟心臟衰竭扯上關係呢?這就要從心臟說起了。
當我們有高血壓時,心臟要把血液打出去就會越來越困難,於是心肌就會開始生長,長多點肌肉好多點力氣把血液打出去;這就造成了心臟肥大。
但是,長大的心臟需要更多氧氣;當肌肉長了,血管卻沒有跟著長,於是長大了的心臟氧氣更不夠。這時,心臟就會開始進行厭氧醣解作用(anaerobic glycolysis,醣解作用與乳酸發酵的合併稱呼),最後導致心衰竭。
我們的心臟在氧氣不夠的狀況下,會產生一個稱為HIF1α的蛋白質。在這篇論文中,研究團隊發現,HIF1α會造成另一個蛋白質SF3B1產生。果糖就是在這裡跟心臟衰竭扯上關係的。
怎麼說呢?原來SF3B1這個蛋白質是一個切割因子(splice factor),它會把
Khk基因所轉錄出來的RNA切成Khk-C mRNA,產生KHK-C蛋白。
過去的研究已經知道,代謝果糖的酵素有只出現在肝臟的fructokinase(KHK-C蛋白),以及出現在其他組織的KHK-A。這兩個酵素雖然特性相差很大,卻是由同一個基因經過不同方式切割所產生,KHK-C對果糖的專一性高、反應速率高,KHK-A對果糖的專一性低,反應速率差。
在這篇論文裡發現,在心肌缺氧時所產生的HIF1α,竟然可以透過SF3B1讓心肌也可以產生KHK-C,這下子心臟就獲得了利用果糖的能力。
KHK-C的產生不光是讓心肌對果糖代謝的能力上昇,也會使得醣解作用(glycolysis)的活性上昇,造成心臟肥大得更快,走向心臟衰竭的速度就更快。 怎麼會這樣呢?
我們先來看KHK催化的反應:
ATP + D-fructose → ADP + D-fructose-1-phosphate
這反應會消耗能量(ATP),而產生的F-1-P還要經過進一步的切割,才能被完整的代謝。但是,由於KHK反應會消耗ATP,而負責醣解作用的關鍵反應的酵素phosphofructokinase-1(PFK-1)會受到ATP的抑制。
當ATP被KHK反應消耗掉以後,對PFK-1的抑制就減輕了。於是醣解作用加快,但供應給心肌的氧氣還是不夠,於是心肌繼續無氧醣解作用,等到產生的代謝物(乳酸,lactic acid)超過細胞本身所能負荷時,心肌細胞便開始死亡...心臟衰竭。
另一方面,研究團隊也發現KHK-C的反應,可能也提供了心肌細胞合成脂肪所需要的碳骨架。由於過去便已經觀察到當心肌發生缺氧時,肥大的心肌細胞內會出現脂肪累積的現象;於是在這篇研究裡,研究團隊便把KHK-C或是SF3B1關掉,結果脂肪累積的現象就不會出現了;但是,如果關掉的是KHK-A的話,對脂肪累積與否卻毫無影響。由於脂肪的合成對於粒線體的細胞呼吸作用有抑制的效果,因此KHK-C反應也會使得心肌細胞更加依賴無氧醣解作用,加速心臟衰竭的發生。
有意思的是,當研究團隊把KHK-C的基因關掉以後,除了果糖代謝速率不會上昇之外,心臟肥大的現象也觀察不到了。雖然整個研究所有的實驗都是使用小鼠做為實驗模型,但研究團隊在人的心臟病患者的心肌切片中,也發現有HIF1α、SF3B1以及KHK-C上昇的情形,顯示在人裡面可能也有類似的狀況發生。
由於果糖主要來自飲料,研究團隊也提醒大家,吃水果OK(筆者認為特別甜的水果還是要淺嚐即止就好),但是飲料能不喝就不喝。即使現在您的血壓很正常、心臟好得很,吃下去的果糖到肝臟還是會轉成脂肪,讓我們的肝臟有鵝肝醬的感覺。(對,鵝肝醬就是鵝的脂肪肝喔。)
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參考文獻:
1. 2015/6/17.
Fructose powers a vicious circle. Science Daily.
2. 林杰樑。
少吃玉米果糖。
3. Peter Mirtschink et. al. 2015.
HIF-driven SF3B1 induces KHK-C to enforce fructolysis and heart disease. Nature.