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甜蜜的陷阱 高糖飲食伴隨致癌風險

手搖飲店充斥大街小巷,人手一杯含糖飲料,成為台灣街頭的日常風景。過量的糖分攝取已經被國內外證實與多項疾病息息相關,基因體研究中心由李文華院士和胡春美助研究員領導的研究團隊,曾於2019年細胞代謝期刊發表,胰臟細胞處於高糖環境,容易引發DNA損傷而造成致癌KRAS基因的突變,進而啟動癌化(研究報導:保護您的胰臟,要「少糖」!)。

現在經由動物實驗,研究團隊直接證實高糖飲食習慣容易在胰臟造成糖代謝異常,是引發胰臟組織DNA損傷的關鍵原因。除此之外,他們進一步證實乙醯葡萄糖胺(GlcNAc)會在各組織造成DNA損傷,此作用機制和高糖在胰臟中造成DNA損傷的路徑相似,一樣是藉由增加蛋白O-連結乙醯葡萄氨糖化(O-GlcNAcylation)和導致細胞內dNTP減少,使得在DNA複製和修復過程中原料不足而增加損傷。這項研究成果即將發表在American Journal Cancer Research期刊。

WHO建議成年人每天的糖類攝取最好不要超過50公克,西式飲食習慣一向以高油高糖著稱。以美國為例,成年男性的糖攝取每天高達120公克,遠遠超過WHO的建議量兩倍。而在繁忙午後,習慣合購來杯沁涼含糖飲料的台灣,情況又是如何?根據2019年CMISI公司手搖飲料調查數據顯示,台灣20-30歲區間,有超過30%以上的人,每天至少喝一杯手搖杯,市售常見的茶飲,420毫升全糖一杯即含有44公克以上的糖!

 

 2022GlcNAc F1
CMISI公司市調:20-30歲有30%以上每天至少一杯手搖飲

 

為了觀察糖對於胰臟組織直接的影響,並且考量糖的溶解度與小鼠的耐受性,研究人員以60公斤的成人、每天攝取73公克的糖(約是1.6杯中杯全糖飲料的含糖量)作為基準,將糖份攝取量按照體重和代謝率等比例換算,利用管餵的方式給予老鼠不同的糖水,分別為葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)或是蔗糖(sucrose),每公斤老鼠每日飲用15g的糖水,連續七天。之後採集來自胰臟、肝臟、肺臟、腎臟、大腸和腦這六個部位的細胞組織,觀察高糖飲食對於活體細胞造成的影響。

博士班研究生許淵聖表示,從組織免疫染色的結果發現,相較於只有餵食白開水的控制組老鼠,餵食糖水的實驗組老鼠,其胰臟組織出現4倍以上的DNA損傷(DNA damage),其他器官組織的DNA損傷則沒有那麼明顯。

 

 2022GlcNAc F2
γH2AX組織免疫染色顯示,高糖飲食容易增加老鼠胰臟組織DNA損傷

 

根據團隊之前的研究,葡萄糖引發的胰臟DNA損傷是由細胞內蛋白O-連結乙醯葡萄氨糖化(O-GlcNAcylation)增加所引起的,這次的動物實驗得到了確切的數據支持,並且找到了胰臟細胞容易受過量糖攝取影響的原因。

研究人員對比來自六個器官的組織,發現胰臟有兩個酵素表現特別突出,分別是谷氨酰胺6-磷酸果糖轉移酶(GFAT1)和磷酸果糖激酶(PFK)。和其他器官的組織相比,胰臟GFAT1表現量高/活性高和PFK表現量低/活性低,也就是GFAT/PFK活性比例遠高於組織,使得胰臟可將更多的糖代謝成UDP-GlcNAc,它會促進O-連結乙醯葡萄氨糖化,進而降低酵素RNR(核糖核苷酸還原酶)的活性,阻礙修補細胞原料dNTP的生成,供需失衡導致DNA損傷。

在糖代謝路徑中,UDP-GlcNAc是促進蛋白質O-連結乙醯葡萄胺糖化的關鍵。為了證實UDP-GlcNAc的增加就是造成DNA損傷的主因,研究團隊利用高劑量乙醯葡萄醣胺(GlcNAc)增加特組織內UDP-GlcNAc,和高劑量葡萄糖兩者進行比較。同樣連續餵食小鼠七天。意外發現乙醯葡萄糖胺餵食組與葡萄糖組出現不同的結果,不僅胰臟,甚至連肝臟組織,肺臟、腎臟、大腸和腦等組織,都出現了DNA損傷。

 

 2022GlcNAc F3
葡萄糖和乙醯葡萄糖胺造成DNA損傷的作用路徑

 

研究團隊也長期餵食小鼠人可能食用的劑量和甚至是10倍的高劑量,發現60天長期餵食下,胰臟組織、肺臟和大腸組織在食用劑量下可見增加DNA 損傷;而在高10倍的劑量下,所有監測的組織,包含胰臟、肝臟、肺臟、腎臟、大腸和腦的DNA損傷也都有增加,顯示乙醯葡萄糖胺對老鼠造成的DNA傷害是全面性的,影響層面擴及各項器官,需要更多的研究來確保其安全性與適用性。

研究團隊推測,乙醯葡萄糖胺代謝和糖略有不同,不受PFK和GFAT1比例箝制,可以直接轉換成UDP-GlcNAc,引發較多的O-連結乙醯葡萄氨糖化現象,才會產生各器官的DNA損傷。

此外,研究人員也找到補救的方法,一旦加入O-連結乙醯葡萄氨糖化路徑的阻斷劑OSMI-1,抑或是添加去氧核苷(dN),補充缺失的dNTP,這兩種方法都能夠逆轉乙醯葡萄糖胺引起的DNA損傷,顯示其作用機制和高糖在胰臟中的作用相似。

總結以上,胡春美老師建議,一天手搖飲的量不要超過一杯中杯全糖。她表示,雖然糖和乙醯葡萄糖胺對於DNA的損傷並非立即可見,但是對於人體的損害卻是難以修復,長期累積下來,容易大幅提高癌症和其他疾病的發生率與風險。

論文全文”Differential effects of glucose and N-acetylglucosamine on genome instability”,可於期刊網站查閱:https://e-century.us/files/ajcr/12/4/ajcr0142180.pdf

 

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