圖片來源：pixabay

來源：環球科學

撰文丨楊心舟

為了保證食品的風味，許多食品在制作、保存、運輸過程中都加入了各種添加劑。但是最新發表在《科學·轉化醫學》上的研究表明，長期攝入一種在面包等烘焙食物中添加的防腐劑，會導致糖尿病和肥胖的發生。

國際糖尿病聯合協會最新數據顯示，目前全球已經有超過4.25億糖尿病患者，而這一數字仍在不斷攀升，到2045年預計將達到7億。研究估計每11個成年人中就有1例糖尿病患者，并且這其中有一半沒有去醫院確診。糖尿病作為一種慢性疾病，患者往往要承擔巨大的心理和醫療負擔。而與糖尿病如影隨形的肥胖，其趨勢同樣不容樂觀，從1975年至今，短短40多年肥胖人群數目已經翻了2倍，目前全球有超過6.5億人體型屬于肥胖或者超重。

食品添加劑與現代病

在過去，許多研究會把這兩種病癥和基因、遺傳聯系到一起，但隨著這幾十年來食品工業的發展，已經讓科學家無法忽略飲食對肥胖與糖尿病的影響。在食物的生產、保存、包裝過程中都會添加許多種化學物質，包括天然存在的物質以及人造化學分子。目前，這些食品添加劑對人體代謝具有何種作用，這個問題還很少有明確的證據來回答。

丙酸 (propionate)是一種短鏈脂肪酸，正常情況下，人體中的微生物是能夠在結腸中通過發酵未完全消化的碳水化合物來產生丙酸的，而這些丙酸對人體是有益的。比如經常食用一些富含纖維素的食物，可以讓人更易產生飽腹感，原因就是一些類似丙酸的短鏈脂肪酸在起作用。正因為人體會自產自銷，丙酸通過了FDA食品添加劑的審核，經常被當做一種抑制霉菌生長的添加劑使用，芝士、烘焙食物，如面包和蛋糕、以及人造香精中都喜歡添加丙酸或丙酸鹽來進行防腐。但已經有各種研究表明，外源性地攝入和自體產生的丙酸作用并不一樣，外來的丙酸對個體的許多代謝過程有重要影響。

早在一個世紀前，賓夕法尼亞大學的A.I.Ringer就發現，給狗服用丙酸后，其血液中葡萄糖含量顯著提升，他當時認為丙酸在體內通過特殊的生化途徑轉變成了葡萄糖。但奇怪的是，他發現葡萄糖的實際產出和理論產出量并不對等。之后陸續有實驗在包括綿羊、大鼠在內的其它哺乳動物中也重復出了Ringer的實驗結果。之后就鮮有人關心這一問題，直到2016年，耶魯大學的Gerald I。 Shulman等人才具體計算出不對等的原因：外源性丙酸直接轉換成的葡萄糖實際上只占到葡萄糖升高總量的5%。那多余的血糖從何而來?

人體內的糖代謝工廠

人體在攝入大量食物后，血糖濃度會急速上升，但是體內有一套完整的糖代謝系統，可以保證糖及時地被細胞吸收，并被轉換成能量使用，而胰島素(insulin)是完成這一過程的關鍵激素。胰島素是當胰島β細胞受葡萄糖、果糖等刺激而分泌的一種蛋白質激素，其是機體內唯一降低血糖的激素，可以促進人體糖原、脂肪、蛋白質合成。因此，正常情況下人體在進食后血糖水平會很快恢復至正常值。

在許多II型糖尿病患者以及肥胖人群中，會出現胰島素抵抗(insulin resistance)的情況。此時細胞對胰島素的敏感性大大降低，為了避免高血糖對其它器官造成損傷，胰島β細胞會加速工作釋放更多的胰島素來進行代償，造成血液中胰島素偏高。這個時候，往往是身體自主代償的一個過渡期，之后則可能會演變成糖尿病。

在2012年，薩里大學的研究人員進行了一項人體測試，他們發現受試者攝入面包中添加的丙酸后體內胰島素水平迅速上升，達到正常進食才會出現的水平，并產生了胰島素抵抗的特點。但當時的這項實驗只是短期內觀察到了這一結果，還不能直接將外源性丙酸和糖尿病、肥胖等完全聯系起來。

“近些年來肥胖和糖尿病等代謝疾病患者數目急劇增長，這讓我們不得不想到環境因素對身體造成的影響，”研究的作者之一Amir Tirosh表示，“而最容易影響代謝的就是食物，現在我們每天攝取的食物中，都有數不清的添加劑，但很少有人關注其對身體代謝的影響。”

食品中的丙酸影響糖代謝

昨日，來自哈佛大學公共衛生學院的研究人員完成了一項更全面、實驗周期更長的實驗，發現從食品中攝入的丙酸在短期內會導致高血糖、胰島素偏高，而且長期攝入將會造成肥胖和胰島素抵抗等更嚴重的癥狀。

他們首先給小鼠喂食了丙酸，發現小鼠服下后體內許多激素水平會在短期內顯著升高。最關鍵的三種激素包括胰高血糖素(glucagon)，其作用與胰島素相反，會促使糖原分解，提升血糖濃度;去甲腎上腺素(norepinephrine)，其能夠調節血壓，同時也能提升血糖水平;另外還有脂肪酸結合蛋白4(FABP4)，其曾被認為參與了脂肪酸代謝過程。在這三種激素急劇升高共同作用下，小鼠迅速產生了高血糖癥狀。

而為了彌補以前實驗的研究不足，研究者在小鼠的飲用水中添加了低量的丙酸，劑量相當于平時人們從食物中攝取的量差不多。連續服用20周之后，小鼠體重明顯增加，并伴隨著胰島素抵抗癥狀的出現。

此次研究同樣進行了小規模的人體測試，受試者被分成兩組，一組進食添加了丙酸的食物，另一組則添加了安慰劑。在持續食用一周后，人體展現出與小鼠一樣的變化，包括血液中胰島素增高和胰島素抵抗的癥狀，食用含丙酸食物的人需要更長的時間才能恢復到正常的血糖水平。

我們通過口腔攝入含丙酸添加劑的食物后，會激活我們的交感神經系統，并促使體內胰高血糖素和脂肪酸結合蛋白4等激素的升高。受到激素影響，肝糖原持續分解，血糖升高。身體開始分泌更多胰島素進行代償降低血糖濃度，最終導致胰島素抵抗和肥胖產生。

其實類似丙酸的短鏈脂肪酸是可以由體內微生物通過代謝產生的，科學家一直認為細菌產生的丙酸不僅不會造成血糖和胰島素升高，反而會對身體有益。但這項研究已經表明，自身產生的丙酸和外界攝入的丙酸并不具有相同的功能，研究者推測，這是因為從食物中攝入會極大地增加細胞和丙酸的接觸，而細菌產生的僅僅只會局限在結腸部分。

“現在的食品中含有各種各樣的添加劑，現在我們發現了長期攝入丙酸會對身體產生不良影響，”論文的第一作者Amir Tirosh認為，這只是一個開始，因為這提示我們還有更多的添加劑需要去研究，尤其是長期食用它們會對人體代謝產生什么影響。