現代人大概對糖尿病這個(gè)名詞都不陌生。說(shuō)得驚悚一點(diǎn)，在你看這篇文章的時(shí)候稍稍停頓一下，數上七八個(gè)熟悉的親朋好友的名字，那么按照概率，這七八個(gè)人當中可能就會(huì )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(fā)病率已經(jīng)高達11.6%，絕對患者數已經(jīng)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(lián)盟的估算，2013年全球糖尿病患者已經(jīng)接近4億人，2014年有接近500萬(wàn)人死于糖尿病及其并發(fā)癥。而且據估算，糖尿病發(fā)病率還將持續的快速增長(cháng)，至2030年全球發(fā)病率甚至可能翻倍。甚至有人開(kāi)玩笑說(shuō)，除了流行感冒，糖尿病乃是人類(lèi)社會(huì )第二常見(jiàn)的疾??！這話(huà)卻并非完全是危言聳聽(tīng)。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），產(chǎn)生300-500萬(wàn)例嚴重病例、帶走約25-50萬(wàn)人的生命。單純比較發(fā)病率的話(huà)，糖尿病可說(shuō)是當之無(wú)愧的疾病之王；加上死亡率的話(huà)，流行感冒在糖尿病面前只能算小巫見(jiàn)大巫了！

　　世界糖尿病聯(lián)盟對2025年全球糖尿病發(fā)病率的估算。美歐發(fā)達國家均將逼近10%左右的發(fā)病率水平，少數國家甚至達到20%左右的超高發(fā)病率。當然，要說(shuō)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(lái)自www.idf.org根據2006年數據估算）

　　也正因為糖尿病是如此常見(jiàn)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(kāi)始寫(xiě)這篇系列故事之前，咨詢(xún)了下周?chē)挠H朋好友，發(fā)現大家在提到糖尿病時(shí)，也都大概知道這種疾病和血糖水平相關(guān)，少數人也能提到胰島素的作用，不過(guò)說(shuō)起為什么過(guò)高的血糖水平有害，胰島素到底又是干什么的，許多朋友并不了然。在故事的開(kāi)頭，還是讓筆者花一點(diǎn)筆墨，給讀者們稍微展開(kāi)說(shuō)說(shuō)血糖、胰島素和糖尿病之間的聯(lián)系吧。

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　　葡萄糖：太古而來(lái)的能量分子

　　大家的理解沒(méi)錯，糖尿病確實(shí)是一個(gè)和血糖、也就是血液中的葡萄糖水平密切相關(guān)的疾病。而葡萄糖可不是一個(gè)簡(jiǎn)單的分子，它刷出來(lái)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(gè)由六個(gè)碳原子為骨架構成的碳水化合物分子，它可能是整個(gè)地球生物圈里，被利用和儲藏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(jīng)有金屬離子在催化著(zhù)葡萄糖分子的分解，從而構成了生命原初的化學(xué)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(shí)，細菌將每一個(gè)葡萄糖分子通過(guò)由十步嚴格控制的蛋白質(zhì)催化反應產(chǎn)生兩個(gè)能量分子—三磷酸腺苷（ATP）；而細菌同時(shí)也會(huì )利用太陽(yáng)能和各種環(huán)境中的化學(xué)能，源源不斷地合成葡萄糖分子儲備起來(lái)以備不時(shí)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(huán)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(yáng)光、被有效地以葡萄糖分子的形式物化和固定下來(lái)，極大地延長(cháng)了能量穩定供應的周期，為有機生命在險惡多變的自然環(huán)境中生存下來(lái)提供了有力保障。

　　葡萄糖(glucose)的分子結構?；瘜W(xué)分子式C6H12O6，分子量180.16，密度1.54克每立方厘米，熔點(diǎn)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(gè)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(gè)左撇子）。（圖片來(lái)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(jīng)億萬(wàn)年進(jìn)化，在所有的地球有機生命中都保留了下來(lái)。不僅如此，比細菌更復雜的生物，像動(dòng)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(guò)更復雜的化學(xué)反應，從一份葡萄糖分子中理論上最多可以產(chǎn)生38份ATP分子（由于細胞內能量利用的效率，一般產(chǎn)生30-32份ATP），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(jìn)一步合成為更加穩定的大分子物質(zhì)（例如淀粉和糖原），在特定的細胞里存儲起來(lái)，為生物體提供更長(cháng)久、更穩定的能量?jì)Υ?。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)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(shí)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(mǎn)足自身存活需要的同時(shí)更是（無(wú)可奈何地）為人類(lèi)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(fā)育出特異膨大的地下變態(tài)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(cháng)。而在約7000-10000年前，先民們慧眼獨具地挑中了這種植物開(kāi)始培育和栽種。到今天，土豆已經(jīng)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(lái)說(shuō)，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(lái)自英文維基百科）

　　細菌對能量的需求，理解起來(lái)并不那么復雜：自己這么小一個(gè)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(wàn)億個(gè)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地方。那么一個(gè)麻煩的問(wèn)題就來(lái)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(dòng)當中。我們的身體又是如何判斷什么時(shí)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？

　　2

　　胰島素：血糖減壓閥

　　我們聰明的身體的應對思路是這樣的：他強由他強，清風(fēng)拂山崗，他橫由他橫，明月照大江。

　　想要設計開(kāi)發(fā)出（或者說(shuō)，由進(jìn)化發(fā)展出）一套信號采集系統，實(shí)時(shí)監測身體上百萬(wàn)億細胞的能量需求，然后迅速的產(chǎn)生一對一的反應是不現實(shí)的，這套系統即便是能開(kāi)發(fā)出來(lái)，可能需要用上的細胞數量不會(huì )少于需要被監測的對象，這種疊床架屋的思路不是進(jìn)化所擅長(cháng)的。

　　我們身體的對策是，不需要專(zhuān)門(mén)照看每個(gè)細胞，只要設計一套血糖穩壓系統，能夠保證血液循環(huán)中的葡萄糖水平衡定即可。在這套系統的操縱下，身體所有的細胞，都可以穩定地從血液中汲取能量來(lái)源。如果所需能量很多，血糖穩壓系統可以為血液注入更多葡萄糖以滿(mǎn)足供應；如果細胞恰好不需要那么多能量，那么這套血糖穩壓系統也可以及時(shí)停止將更多的葡萄糖輸入血液中，防止血液中積累不必要的高濃度糖分子。

　　形象一點(diǎn)說(shuō)，這套系統的工作原理其實(shí)類(lèi)似于我們用來(lái)熬粥的高壓鍋上的限壓閥，它可以將鍋內的氣壓維持在恒定范圍內：氣壓過(guò)高，高壓蒸汽可以通過(guò)限壓閥排出，氣壓過(guò)低，那么限壓閥起到封閉作用、從而繼續在鍋內積蓄氣壓。

　　我們身體里的這套血糖穩壓系統，主要就是兩個(gè)蛋白質(zhì)分子的作用：胰島素（insulin）和胰高血糖素（glucagon）。

　　兩個(gè)分子的功能恰好相反。胰島素的功能是血糖“減壓”：當血液中葡萄糖水平過(guò)高時(shí)，胰腺上的胰島素合成細胞——貝塔細胞(betacell)——啟動(dòng)分泌程序，將富含胰島素蛋白的囊泡釋放入血液。胰島素能夠激活那些儲存糖原的細胞（主要是肌肉細胞，也包括脂肪細胞），將血液中的葡萄糖分子大量“吸收”進(jìn)去、合成糖原、并儲存起來(lái)；同時(shí)命令那些能夠生產(chǎn)葡萄糖的細胞（主要是肝臟細胞）不要再生產(chǎn)葡萄糖了。反過(guò)來(lái)，胰高血糖素的功能則是血糖“升壓”：當血糖水平過(guò)低時(shí)，胰腺上的阿爾法細胞（alphacell）分泌胰高血糖素。它可以反胰島素之道而行之，將肌肉細胞中的糖原轉化為葡萄糖并注入血液，并命令肝臟細胞充分利用一切能找到的物質(zhì)合成葡萄糖（比如肝臟甚至可以把氨基酸和脂肪酸變成葡萄糖），為身體提供更多的能量供給。

　　貝塔細胞（綠色）和阿爾法細胞（紅色）的熒光顯微照片。我們在后文中還會(huì )反復提及這兩團功能極其重要的細胞。讀者們可能已經(jīng)注意到，負責血糖“減壓”和“升壓”的細胞位置上非?？拷?，這一點(diǎn)很重要，我們已經(jīng)知道，兩組功能相反的細胞之間也有直接的相互作用，以保證血糖水平的精確調控。（圖片來(lái)自www.salk.edu）

　　當然，這套血糖穩壓系統比我們說(shuō)的要復雜得多。事實(shí)上，身體并不必要、也是沒(méi)有能力把血糖水平始終維持在一個(gè)刻板的水平上。要知道人體的能量主要來(lái)自食物，而我們并非二十四小時(shí)一刻不停地、速度恒定的吃一種質(zhì)地均勻的顆粒狀食物。我們一般而言一天就吃三頓飯，三餐之間短則幾個(gè)鐘頭、長(cháng)的話(huà)就沒(méi)譜（依我們工作或者玩網(wǎng)游的狀態(tài)而定），每頓飯的食物總是要為我們提供幾個(gè)小時(shí)的能量。因此可以想象，每頓飯之前、我們感到饑餓的時(shí)候血糖水平會(huì )處在一個(gè)相對低谷，而飽餐一頓之后血糖會(huì )有一個(gè)急劇飆高的尖峰時(shí)刻。舉例來(lái)說(shuō)，按照美國糖尿病協(xié)會(huì )的建議，空腹血糖的正常水平約在5.5毫摩爾每升（約100毫克每100毫升）附近，而餐前/餐后的血糖合理水平則差不多在5-7.2和10左右。

　　一天當中正常的血糖波動(dòng)曲線(xiàn)。我們可以看到，如紅色實(shí)線(xiàn)所示，血糖水平在三頓飯前后會(huì )有急劇的波動(dòng)，上升幅度可以到達100%。與之密切相關(guān)的是血液中胰島素水平（藍色實(shí)線(xiàn)）的波動(dòng)：可以看到，胰島素幾乎隨著(zhù)血糖上升應聲而起，肩負著(zhù)將血糖水平迅速調整回本底水平的艱巨使命。值得注意的是，如果食物中淀粉含量低而糖類(lèi)含量高（紅色虛線(xiàn)），那么血糖波動(dòng)水平還會(huì )更加劇烈和危險，這也是為什么高糖食物（例如軟飲料）不利于健康、特別不適合糖尿病人食用的原因之一。（圖片來(lái)自英文維基百科）

　　而正因為此，除了維持血糖在一般狀態(tài)下的穩定水平之外，胰島素還肩負著(zhù)在餐后的血糖尖峰時(shí)刻力挽狂瀾、維持血糖水平不要高得太離譜的艱巨使命。與此同時(shí)，我們人類(lèi)作為雜食、甚至還偏好肉食的動(dòng)物，食物中除了碳水化合物之外還有頗多蛋白質(zhì)和脂肪等能量分子，這些能量分子的代謝又和葡萄糖之間有復雜和微妙的聯(lián)系。但是總而言之，我們身體這套血糖穩壓系統，特別是胰島素這個(gè)血糖減壓閥，其意義是無(wú)論如何強調都不為過(guò)的。

　　3

　　減壓閥的工作原理

　　區區一個(gè)限壓閥，工作起來(lái)也沒(méi)有想象的那么簡(jiǎn)單。

　　還是拿高壓鍋的限壓閥為例來(lái)說(shuō)明問(wèn)題。我們知道，高壓鍋限壓閥的減壓效果本質(zhì)上是兩個(gè)功能的結合：首先，閥門(mén)要有能力判斷鍋內氣壓水平是否已經(jīng)超過(guò)允許值；其次，在氣壓水平超過(guò)允許值之后應該有相應的減壓機制。這兩個(gè)功能實(shí)現起來(lái)倒是也相當簡(jiǎn)便：鍋內的空氣通過(guò)一根很細的管子通往鍋外，而限壓閥壓在管子出口處封閉空氣的流出。只有當鍋內氣體壓力過(guò)大時(shí)才會(huì )頂起限壓閥排出氣體。限壓閥的重量設定是經(jīng)過(guò)了精密的計算，以保證只有鍋內氣體的壓力超過(guò)一個(gè)預先設置的允許范圍時(shí)，才會(huì )導致限壓閥被頂起。

　　因此，這套簡(jiǎn)單的機械構造具備了任何自動(dòng)減壓系統都必須具備的兩個(gè)要素：限壓閥的重量起到了實(shí)時(shí)監測壓力的功能；而限壓閥被頂起則起到了迅速減小壓力的功能。

　　以小見(jiàn)大，我們身體中的胰島素系統，雖然要比區區一個(gè)高壓鍋復雜和精密許多許多倍，但是其基本的工作原理還是類(lèi)似的。

　　首先，我們需要一個(gè)血糖實(shí)時(shí)監測系統，告訴我們的身體血液里的葡萄糖水平究竟怎么樣了。然后我們還需要一個(gè)快速反應系統，在血糖水平太高的時(shí)候，起到迅速降低血糖的作用。

　　先說(shuō)這個(gè)血糖實(shí)時(shí)監測系統吧。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是靠調節胰島素的分泌來(lái)實(shí)現的。當血糖水平太高時(shí)，葡萄糖分子能夠透過(guò)一個(gè)名為GLUT2的葡萄糖轉運蛋白跨過(guò)細胞膜進(jìn)入貝塔細胞內，并迅速用于產(chǎn)生ATP能量分子，進(jìn)而引發(fā)一系列的化學(xué)反應，最終導致胰島素的大量釋放。這套高血糖—>胰島素分泌的系統恰似高壓鍋壓在排氣管道上的限壓閥鐵塊，可以非常靈敏地監測到血糖水平的異常升高。

　　之后，血糖快速降低的機制被啟動(dòng)。血液中的胰島素分子會(huì )隨著(zhù)血液循環(huán)擴散到全身各個(gè)地方，當它們接近那些負責存儲葡萄糖的肌肉細胞、或那些負責生產(chǎn)葡萄糖的肝臟細胞時(shí)，會(huì )識別出這些細胞表面的胰島素受體蛋白，從而激活這些細胞內的一系列化學(xué)反應。一個(gè)重要的結果就是，負責存儲葡萄糖的肌肉細胞通過(guò)葡萄糖轉運蛋白GLUT4為葡萄糖進(jìn)入大開(kāi)方便之門(mén)，將血液中的大量葡萄糖納入其中并轉換成糖原存儲起來(lái)。與此同時(shí)，肝臟細胞則會(huì )馬上給葡萄糖生產(chǎn)線(xiàn)踩剎車(chē)，防止更多的葡萄糖被生產(chǎn)出來(lái)進(jìn)入血液。雙管齊下，可以很快降低血液中葡萄糖的水平。讀者們可以看到，這套胰島素分泌—>糖原合成的系統正恰似高壓鍋的排氣系統，可以非常高效的降低過(guò)高的血糖水平。