【飲食健康】果糖加速你的心臟衰竭

圖片來源|維基百科
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撰文|葉綠舒

人類從吃樹葉、吃果實,到吃加工食品,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。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)。高果糖糖漿大約55%是果糖、42%是葡萄糖。由於價錢便宜、使用方便,它開始大量出現在飲食中,使我們的飲食由攝取雙糖與多醣為主,改以單糖為主。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(參1)。而2013年更增為53.6公斤(參2)。 

果糖(fructose)。圖片來源:wiki
果糖(fructose)。圖片來源:wiki

攝取單糖主要的問題是,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,血糖會急速上升。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(參3)。

果糖怎麼會跟心臟衰竭扯上關係呢?這就要從頭說起了。

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。

另外,心臟在氧氣不夠的狀況下,會產生一個稱為HIF1α的蛋白質。研究團隊發現,HIF1α會造成SF3B1蛋白質產生。果糖就是在這裡跟心臟衰竭扯上關係的。

怎麼說呢?原來SF3B1是切割因子(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。

研究團隊發現,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。為什麼?

我們先來看KHK的反應:

ATP + D-fructose → ADP + D-fructose-1-phosphate

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。

於是,當ATP被KHK反應消耗掉以後,對PFK-1的抑制就減輕了。接著醣解作用加快,但供應給心肌的氧氣還是不夠,於是心肌繼續進行無氧醣解作用,等到產生的代謝物(乳酸,lactic acid)超過細胞本身所能負荷時,心肌細胞就死亡(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,心肌肥大的現象也觀察不到了。雖然整個研究所有的實驗都是以小鼠為實驗模型,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,顯示在人體中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),但是飲料最好別喝。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(脂肪肝)的感覺喔!

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.

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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