膳食補充亮氨酸對血糖的影響及一種作用機制

閆陽　楊帆

摘 要：奶制品、黑木耳和大蒜中亮氨酸含量豐富，膳食中補充亮氨酸或者亮氨酸缺乏對脂肪代謝產生影響的作用機制涉及到酶、基因表達和中樞神經系統的調節，且存在明顯的差異。本研究旨在探討膳食補充亮氨酸和大鼠血糖濃度之間的關聯性和一種可能機制，尋找預防和治療Ⅱ型糖尿病的潛在靶點。本研究將健康雄性大鼠均分成三組（亮氨酸低劑量組、亮氨酸高劑量組、對照組），用不同濃度的亮氨酸溶液灌胃。通過對不同時期大鼠血糖濃度的檢測，可以發現不同濃度亮氨酸溶液對大鼠糖耐量的影響；通過ELISA法可以分別檢測出血液中胰島素、胰高血糖素的表達量變化。進而推斷亮氨酸發揮作用的一種可能機制。

關鍵詞：亮氨酸；血糖；糖耐量；激素表達

1 研究背景和目的

隨著人類生活水平普遍提高，糖尿病的發病率及患病人數增長迅速。飲食中存在一些能控制體重、改善血糖及脂代謝的有益物質，其中亮氨酸與糖尿病的關系正受到廣泛關注。許多國內外的報道都表明：機體攝入等熱量的高碳水化合物與高蛋白的食物相比，后者可以減少脂肪的蓄積，從而控制血糖血脂的水平。我們猜測這可能與蛋白質中的亮氨酸的含量和攝入有關。本題目主要意義在于研究亮氨酸的攝入與血糖濃度之間是否有關聯，同時研究其可能的作用機制。

2 主要內容

1、大量的體內和體外試驗研究表明，亮氨酸可以調節哺乳動物的脂肪代謝，主要表現在降低脂肪合成，促進脂肪分解。而添加亮氨酸或者亮氨酸缺乏對脂肪代謝產生影響的作用機制涉及到酶、基因表達和中樞神經系統的調節，且存在明顯的差異。從而可以看出亮氨酸可能對機體血糖濃度的控制有相關聯的地方。亮氨酸屬必需氨基酸，為嬰兒正常生長及成人維持正常氮平衡所必需。該品作為營養增補劑，配制氨基酸輸液，植物生長促進劑。按我國GB 2760-86規定，該品可用作香料。

2、血糖濃度能維持相對恒定是由于機體內存在一整套高效率的調節機制，精細地控制著血糖的來源與去路，使之達到動態平衡，是糖類、脂肪、氨基酸代謝協調的結果。

2.1、神經系統對血糖濃度的調節作用主要通過以下丘腦和自主神經系統對所控制激素的分泌，后者再通過影響血糖來源與去路關鍵酶的活性，最終通過細胞水平的調節來達到目的。

2.2、肝內糖代謝的途徑很多，有些代謝途徑為肝所特有。

2.3、激素的調節作用。胰島素是胰島β細胞分泌的一種由51個氨基酸組成的蛋白類激素。胰島素使肌肉和脂肪組織細胞膜對葡萄糖的通透性增加，利于血糖進入這些組織進行代謝；還能誘導葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的合成，加速細胞內葡萄糖的分解利用；也通過使細胞內cAMP含量減少，激活糖原合成酶和丙酮酸脫氫酶系，抑制磷酸化酶和糖異生關鍵酶等，使血糖去路增快；使糖原分解和糖異生減少，使血糖來源減少。胰高血糖素是胰島α細胞合成和分泌的由29個氨基酸組成的肽類激素。主要通過提高靶細胞內cAMP含量達到調節血糖濃度的目的。細胞內的cAMP可激活依賴cAMP的蛋白激酶，后者通過酶蛋白的共價修飾改變細胞內酶的活性，抑制糖原合成和糖氧化的關鍵酶，使血糖升高。正常血漿中的基礎濃度為50-100ng/L。

酶聯免疫吸附劑測定法，簡稱ELISA法。即讓抗體與酶復合物結合，然后通過顯色來檢測。基本原理： 使抗原或抗體結合到某種固相載體表面，并保持其免疫活性。?使抗原或抗體與某種酶連接成酶標抗原或抗體，這種酶標抗原或抗體既保留其免疫活性，又保留酶的活性。?在測定時，把受檢標本（測定其中的抗體或抗原）和酶標抗原或抗體按不同的步驟與固相載體表面的抗原或抗體起反應。用洗滌的方法使固相載體上形成的抗原抗體復合物與其他物質分開，最后結合在固相載體上的酶量與標本中受檢物質的量成一定的比例。加入酶反應的底物后，底物被酶催化變為有色產物，可根據顏色反應的深淺來進行定性或定量分析。由于酶的催化頻率很高，故可極大地放大反應效果，從而使測定方法達到很高的敏感度。

3 實驗設計的方案及進度

第一階段：取30只健康雄性大鼠均分為3組，空腹16h后，進行尾靜脈取血，記為血樣一。接著，組一：亮氨酸低劑量組（空腹灌胃1g/kg亮氨酸、3g/kg葡萄糖）；組二：亮氨酸高劑量（空腹灌胃2g/kg亮氨酸、3g/kg葡萄糖）；對照組：空腹灌胃3g/kg葡萄糖。每天一次，連續三天。第三次灌胃結束后，緊接著隔0.5h，1h，3h分別對大鼠進行進行斷尾取血。

第二階段：用血糖儀測定血樣一和血樣二中血糖濃度，并進行橫向縱向比較。

第三階段：用ELISA法對大鼠血液進行胰島素、胰高血糖素濃度的測定。

4 實驗結果及結論分析

通過前期氨基酸糖耐量篩查（步驟二中對實驗組和對照組大鼠血樣二的血糖濃度測定），并與血樣一的比較，可發現不同劑量亮氨酸對小鼠糖耐量的影響。同時期血糖濃度：對照組 > 低劑量亮氨酸組 > 高劑量亮氨酸組，可以初步判斷亮氨酸與大鼠血糖濃度之間具有關聯性。

通過第三階段中對血液的ELISA法檢測，可預測亮氨酸對小鼠胰島素和胰高血糖素分泌的影響。與對照組相比，攝入低劑量亮氨酸后雖血糖顯著降低，但胰島素和胰高血糖素未見明顯改變；攝入高劑量亮氨酸后不僅血糖顯著降低，而且伴有同時血液胰島素含量明顯升高，胰高血糖素含量下降。

5 綜合分析后得出結論

亮氨酸能夠改善機體的糖耐量，其中一種機制是通過促進胰島素及抑制胰高血糖素的分泌進行聯合控制的。膳食補充亮氨酸或含大量亮氨酸的蛋白質后能刺激胰島素分泌的同時，又抑制胰高血糖素的分泌。

6 對作用機制的其他猜測

線粒體代謝酶缺陷可導致線立體糖尿病（MIDD），推斷一種可能作用機制，即亮氨酸改善糖代謝還有可能與其調節線粒體功能相關基因表達有關。這有待于通過此基礎上的慢性實驗來進一步探究。