高海拔地区的人群糖尿病发病率低,从上世纪30年代这事就被注意到,当时哈佛疲劳实验室的家伙们在实地测了人和动物的血糖,发现一到高处就掉得快,可没人搞明白为啥。快一个世纪过去了,这个谜底终于被美国科学家伊莎·贾因团队揭开。
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可那些糖去哪儿了?传统思路觉得是胰岛素推着肌肉和脂肪细胞吸糖,但用PET/CT扫描小鼠全身,主要器官如心脏大脑肝脏只解释了30%的糖消耗,剩下70%成谜。贾因他们怀疑血液里有猫腻,转而查红细胞,结果成像显示这些细胞才是大户。红细胞没细胞核没线粒体,只能靠糖酵解供能,在低氧下数量暴增,还每颗细胞吸糖能力强,这就构成了个巨型血糖缓冲池。
团队用小鼠实验反复验证,先抽血控制红细胞数,血糖就回升;反过来给正常小鼠输红细胞,血糖立马降。贾因团队从流行病学数据入手,高海拔居民血糖控制好已成共识,比如安第斯山或青藏高原的人群,糖尿病少见。他们模拟高海拔低氧,把小鼠放舱里,氧含量调到相当于4500米高度,观察血糖动态。低氧小鼠吃糖后,血糖峰值低,耐量好。
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低氧下红细胞怎么变身吸糖高手?贾因团队发现,新生红细胞表面GLUT1转运蛋白多,这种蛋白管糖进细胞门。他们用生物素标记老红细胞,然后转低氧环境,四周后分选,新细胞GLUT1高,老的没变,说明骨髓被低氧重编程,产出更贪糖的红细胞。糖进去后,快速转成2,3-二磷酸甘油酸,这玩意儿帮血红蛋白松绑氧气,让组织拿更多氧。
正常氧下,糖酵解酶如GAPDH绑在细胞膜Band 3上,闲着;低氧时,脱氧血红蛋白抢位,酶释放,加速糖解。团队用交联蛋白质组学和邻近连接分析,在小鼠和人红细胞上都验证了,这机制跨物种保守,早几十年有人猜但没生理证据。
实验细节严谨,他们给小鼠注标记糖,追踪代谢,几分钟内转成2,3-DPG,速率比正常快。防止红细胞增多的抽血实验,直接逆转低血糖;输注实验则证明多红细胞就降糖。贾因说这解决生理学老难题,红细胞占血糖代谢大头,以前忽略了因为扫描不把血液当器官。
红细胞输注短期行,但长期不理想,未来或开发针对骨髓的干预。贾因指出不止糖尿病,运动生理或创伤后缺氧也能用,低氧抑肿瘤生长已见端倪,通过干扰嘌呤合成。这不光解谜,还开窗看血糖调控新面貌。
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