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糖尿病：過去、現在和未來（一）：從血糖和胰島素說起

文章出處：永信藥業人氣：-發表時間：2016-01-20 11:48:00

制作：中國細胞生物學學會王立銘

監制：中國科學院計算機網絡信息中心

本文由科普中國出品，轉載自“以負墑為生”，感謝分享。

糖尿病的流行趨勢絕非中國獨有。

這個新的系列里，咱們說說糖尿病的故事。

本文的讀者們大概都對糖尿病這個名詞不陌生。說得驚悚一點，在你看這篇文章的時候稍稍停頓一下，數上七八個你熟悉的親朋好友的名字，那么按照概率，這七八個人當中可能就會有一位糖尿病患者。因為據中國2013年的官方數據，中國18歲以上成年人的糖尿病發病率已經高達11.6%，絕對患者數已經突破億人。

糖尿病的流行趨勢絕非中國獨有。按照國際糖尿病聯盟的估算，2013年全球糖尿病患者已經接近4億人，2014年有接近500萬人死于糖尿病及其并發癥。而按照它的估算，糖尿病發病率還在持續的快速增長，至2030年全球發病率甚至可能翻倍。甚至有人開玩笑說，除了流行感冒，糖尿病乃是人類社會第二常見的疾病！這話雖然說得有些嘩眾取寵，但是卻并非完全是危言聳聽。要知道，讓許多人談虎色變、每到秋冬季節都心懷惴惴的流行性感冒，每年全球感染率約為5-10%（成人），每年肆虐會產生300-500萬例嚴重病例、帶走約25-50萬人的生命。單純比較發病率的話，糖尿病可說是當之無愧的疾病之王；加上死亡率的話，在糖尿病面前流行感冒只能算小巫見大巫了！
糖尿病在世界各國的發病率

世界糖尿病聯盟對2025年全球糖尿病發病率的估算。從圖可見，美歐發達國家均將逼近10%左右的發病率水平，少數國家甚至達到20%左右的超高發病率。當然，要說一句的是糖尿病預測的統計口徑各方存在挺大的差異。（圖片來自www.idf.org 根據2006年數據估算）

也正因為糖尿病是如此常見和兇險，讀者們應該對這種疾病或多或少有些了解。筆者在開始寫這篇系列故事之前，咨詢了下周圍的親朋好友，發現大家在提到糖尿病時，也都大概知道這種疾病和血糖水平相關，少數人也能提到胰島素的作用，不過說起為什么過高的血糖水平有害，胰島素到底又是干什么的，許多朋友還是并不了然。在故事的開頭，還是讓筆者花一點筆墨，給讀者們稍微展開說說血糖、胰島素和糖尿病之間的聯系吧。

葡萄糖：太古而來的能量分子

大家的理解沒錯，糖尿病確實是一個和血糖，也就是血液中的葡萄糖水平密切相關的疾病。而葡萄糖可不是一個簡單的分子，它刷出來的存在感遠遠超越我們正在討論的糖尿病范疇。

葡萄糖是一個由六個碳原子為骨架構成的碳水化合物分子，它可能是整個地球生物圈里，被利用和儲藏的最廣泛的碳水化合物了。甚至有理論認為，在生命尚未出現的、數十億年前的太古宙海洋中，已經有金屬離子在催化著葡萄糖分子的分解，從而構成了生命元初的化學約束力。在今天的地球上，仍有巨量的細菌和幾十億年前一樣，把葡萄糖當成最主要的能量“載體”。當需要能量維持其生存和新陳代謝時，細菌將每一個葡萄糖分子通過由十步嚴格控制的蛋白質催化反應產生兩個能量分子—三磷酸腺苷（ATP）；而細菌同時也會利用太陽能和各種環境中的化學能，源源不斷的合成葡萄糖分子儲備起來以備不時之需。讀者們可以看到，這套儲存-分解葡萄糖系統的核心在于，環境中起伏不定甚至稍縱即逝的能量、例如寒冷冬天里的一瞥明媚陽光、被有效的以葡萄糖分子的形式物化和固定下來，極大地延長了能量穩定供應的周期，為有機生命在險惡多變的自然環境中生存下來提供了有力的保障。

葡萄糖的分子結構式

葡萄糖(glucose)的分子結構。化學分子式C6H12O6，分子量180.16，密度1.54克每立方厘米，熔點146攝氏度，高度可溶于水，是地球有機生命共同的能量之源。值得注意的是，葡萄糖分子具有旋光異構性，自然界廣泛存在的乃是其右旋異構體（D-glucose）。葡萄糖的上帝是個右撇子（與此相反的是，另一種生命重要分子—氨基酸—的上帝估計是個左撇子）。（圖片來自英文維基百科。）

可能也正因為如此，葡萄糖分子作為能量載體的功能，歷經億萬年進化，在所有的地球有機生命中都保留了下來。不僅如此，比細菌更復雜的生物，像動物和植物，對葡萄糖分子的利用更是花樣翻新。一方面，高等生物通過更復雜的化學反應，最多能從一份葡萄糖分子中攫取多達三十八份ATP分子，這使得葡萄糖分子作為能量載體的效率大大提高了。而另一方面，在這些復雜生物中，單體葡萄糖分子更是被進一步合成為更加穩定的大分子物質（例如淀粉和糖原），在特定的細胞里存儲起來，為生物體提供更長久、更穩定的能量儲存。舉例來說，一個成年人體內的骨骼肌和肝臟里，存儲了多達500克的糖原分子隨時為身體供能；而不少植物更是在特化的根、莖、和種子里大量的儲備淀粉，在滿足自身存活需要的時候更是（無可奈何的）為人類提供了各種可口的美食（從烤土豆、綠豆湯到揚州炒飯……）。

土豆的傳奇。起源于南美洲，這種特別的茄科植物為了高效儲存能量，發育出特異膨大的地下變態莖（左圖），其內容物主要便是葡萄糖分子所形成的土豆淀粉（每百克濕重中淀粉含量可達驚人的十五克）。這種被后人命名為土豆的地下能量倉庫保證了這種植物在南美安第斯山的高寒氣候中健康成長。而在約7000-10000年前，先民們慧眼獨具的挑中了這種植物開始培育和栽種。到今天，土豆已經成為全球第四大糧食作物，養活了大量人口和難以計數的牲畜。對于很多中國讀者來說，土豆的精神，在右圖的醋溜土豆絲中體現的意義非凡。（圖片來自英文維基百科）

細菌對能量的需求，理解起來并不那么復雜：自己這么小一個細胞，缺能量了就分解葡萄糖、不缺能量了就儲備葡萄糖唄。但是我們的身體差不多由上百萬億個細胞構成，這些細胞的大小、形狀、位置、和能量需求多種多樣極端復雜，而葡萄糖分子卻又主要儲備在肌肉和肝臟這兩塊相對集中和獨立的器官里。那么一個麻煩的問題就來了：我們身體里的細胞那么多，不同的細胞對能量的需求又總是在變動當中。我們的身體又是如何判斷什么時候缺乏能量；又是怎么通知肝臟和肌肉，并從中提取葡萄糖分子以供身體需要呢？