現(xiàn)代人大概對(duì)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(shù)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(dāng)中可能就會(huì)有一位糖尿病患者。因?yàn)閾?jù)中國(guó)2013年的官方數(shù)據(jù)，中國(guó)18歲以上成年人的糖尿病發(fā)病率已經(jīng)高達(dá)11.6%，絕對(duì)患者數(shù)已經(jīng)突破億人。

　　糖尿病的流行趨勢(shì)絕非中國(guó)獨(dú)有。按照國(guó)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(jù)估算，糖尿病發(fā)病率還將持續(xù)的快速增長(zhǎng)，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，糖尿病乃是人類社會(huì)第二常見(jiàn)的疾病！這話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(jié)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(yán)重病例、帶走約25-50萬(wàn)人的生命。單純比較發(fā)病率的話，糖尿病可說(shuō)是當(dāng)之無(wú)愧的疾病之王；加上死亡率的話，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(duì)2025年全球糖尿病發(fā)病率的估算。美歐發(fā)達(dá)國(guó)家均將逼近10%左右的發(fā)病率水平，少數(shù)國(guó)家甚至達(dá)到20%左右的超高發(fā)病率。當(dāng)然，要說(shuō)一句的是糖尿病預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)口徑各方存在挺大的差異。（圖片來(lái)自www.idf.org根據(jù)2006年數(shù)據(jù)估算）

　　也正因?yàn)樘悄虿∈侨绱顺Ｒ?jiàn)和兇險(xiǎn)，讀者們應(yīng)該對(duì)這種疾病或多或少有些了解。筆者在開(kāi)始寫這篇系列故事之前，咨詢了下周圍的親朋好友，發(fā)現(xiàn)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(shù)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。

　　1

　　葡萄糖：太古而來(lái)的能量分子

　　大家的理解沒(méi)錯(cuò)，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(yuǎn)遠(yuǎn)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(gòu)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(chǔ)藏最廣泛的碳水化合物了。甚至有理論認(rèn)為，在生命尚未出現(xiàn)的、數(shù)十億年前的太古宙海洋中，已經(jīng)有金屬離子在催化著葡萄糖分子的分解，從而構(gòu)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(xì)菌和幾十億年前一樣，把葡萄糖當(dāng)成最主要的能量“載體”。當(dāng)需要能量維持其生存和新陳代謝時(shí)，細(xì)菌將每一個(gè)葡萄糖分子通過(guò)由十步嚴(yán)格控制的蛋白質(zhì)催化反應(yīng)產(chǎn)生兩個(gè)能量分子—三磷酸腺苷（ATP）；而細(xì)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(chǔ)備起來(lái)以備不時(shí)之需。讀者們可以看到，這套儲(chǔ)存—分解葡萄糖系統(tǒng)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(zhǎng)了能量穩(wěn)定供應(yīng)的周期，為有機(jī)生命在險(xiǎn)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(jié)構(gòu)?；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(jī)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(gòu)性，自然界廣泛存在的乃是其右旋異構(gòu)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(jì)是個(gè)左撇子）。（圖片來(lái)自英文維基百科。）

　　可能也正因?yàn)槿绱?，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(jī)生命中都保留了下來(lái)。不僅如此，比細(xì)菌更復(fù)雜的生物，像動(dòng)物和植物，對(duì)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(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，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(xì)胞內(nèi)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(fù)雜生物中，單體葡萄糖分子更是被進(jìn)一步合成為更加穩(wěn)定的大分子物質(zhì)（例如淀粉和糖原），在特定的細(xì)胞里存儲(chǔ)起來(lái)，為生物體提供更長(zhǎng)久、更穩(wěn)定的能量?jī)?chǔ)存。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)成年人體內(nèi)的骨骼肌和肝臟里，存儲(chǔ)了多達(dá)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(chǔ)備淀粉，在滿足自身存活需要的同時(shí)更是（無(wú)可奈何地）為人類提供了各種可口的美食（從烤土豆、綠豆湯到揚(yáng)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(chǔ)存能量，發(fā)育出特異膨大的地下變態(tài)莖（左圖），其內(nèi)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(dá)驚人的十五克）。這種被后人命名為土豆的地下能量倉(cāng)庫(kù)保證了這種植物在南美安第斯山的高寒氣候中健康成長(zhǎng)。而在約7000-10000年前，先民們慧眼獨(dú)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(yǎng)活了大量人口和難以計(jì)數(shù)的牲畜。對(duì)于很多中國(guó)讀者來(lái)說(shuō)，土豆的精神，在右圖的醋溜土豆絲中體現(xiàn)的意義非凡。（圖片來(lái)自英文維基百科）

　　細(xì)菌對(duì)能量的需求，理解起來(lái)并不那么復(fù)雜：自己這么小一個(gè)細(xì)胞，缺能量了就分解葡萄糖、不缺能量了就儲(chǔ)備葡萄糖唄。但是我們的身體差不多由上百萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞構(gòu)成，這些細(xì)胞的大小、形狀、位置和能量需求多種多樣，極端復(fù)雜，而葡萄糖分子卻又主要儲(chǔ)備在肌肉和肝臟這兩塊相對(duì)集中和獨(dú)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(xì)胞那么多，不同的細(xì)胞對(duì)能量的需求又總是在變動(dòng)當(dāng)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(yīng)對(duì)思路是這樣的：他強(qiáng)由他強(qiáng)，清風(fēng)拂山崗，他橫由他橫，明月照大江。

　　想要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出（或者說(shuō)，由進(jìn)化發(fā)展出）一套信號(hào)采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)身體上百萬(wàn)億細(xì)胞的能量需求，然后迅速的產(chǎn)生一對(duì)一的反應(yīng)是不現(xiàn)實(shí)的，這套系統(tǒng)即便是能開(kāi)發(fā)出來(lái)，可能需要用上的細(xì)胞數(shù)量不會(huì)少于需要被監(jiān)測(cè)的對(duì)象，這種疊床架屋的思路不是進(jìn)化所擅長(zhǎng)的。

　　我們身體的對(duì)策是，不需要專門照看每個(gè)細(xì)胞，只要設(shè)計(jì)一套血糖穩(wěn)壓系統(tǒng)，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(tǒng)的操縱下，身體所有的細(xì)胞，都可以穩(wěn)定地從血液中汲取能量來(lái)源。如果所需能量很多，血糖穩(wěn)壓系統(tǒng)可以為血液注入更多葡萄糖以滿足供應(yīng)；如果細(xì)胞恰好不需要那么多能量，那么這套血糖穩(wěn)壓系統(tǒng)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(tǒng)的工作原理其實(shí)類似于我們用來(lái)熬粥的高壓鍋上的限壓閥，它可以將鍋內(nèi)的氣壓維持在恒定范圍內(nèi)：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(xù)在鍋內(nèi)積蓄氣壓。

　　我們身體里的這套血糖穩(wěn)壓系統(tǒng)，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(dāng)血液中葡萄糖水平過(guò)高時(shí)，胰腺上的胰島素合成細(xì)胞——貝塔細(xì)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(chǔ)存糖原的細(xì)胞（主要是肌肉細(xì)胞，也包括脂肪細(xì)胞），將血液中的葡萄糖分子大量“吸收”進(jìn)去、合成糖原、并儲(chǔ)存起來(lái)；同時(shí)命令那些能夠生產(chǎn)葡萄糖的細(xì)胞（主要是肝臟細(xì)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(dāng)血糖水平過(guò)低時(shí)，胰腺上的阿爾法細(xì)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(xì)胞中的糖原轉(zhuǎn)化為葡萄糖并注入血液，并命令肝臟細(xì)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(xì)胞（綠色）和阿爾法細(xì)胞（紅色）的熒光顯微照片。我們?cè)诤笪闹羞€會(huì)反復(fù)提及這兩團(tuán)功能極其重要的細(xì)胞。讀者們可能已經(jīng)注意到，負(fù)責(zé)血糖“減壓”和“升壓”的細(xì)胞位置上非常靠近，這一點(diǎn)很重要，我們已經(jīng)知道，兩組功能相反的細(xì)胞之間也有直接的相互作用，以保證血糖水平的精確調(diào)控。（圖片來(lái)自www.salk.edu）

　　當(dāng)然，這套血糖穩(wěn)壓系統(tǒng)比我們說(shuō)的要復(fù)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(zhǎng)的話就沒(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(duì)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(guó)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(dāng)中正常的血糖波動(dòng)曲線。我們可以看到，如紅色實(shí)線所示，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(dá)100%。與之密切相關(guān)的是血液中胰島素水平（藍(lán)色實(shí)線）的波動(dòng)：可以看到，胰島素幾乎隨著血糖上升應(yīng)聲而起，肩負(fù)著將血糖水平迅速調(diào)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含量高（紅色虛線），那么血糖波動(dòng)水平還會(huì)更加劇烈和危險(xiǎn)，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?yàn)榇?，除了維持血糖在一般狀態(tài)下的穩(wěn)定水平之外，胰島素還肩負(fù)著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?nèi)祟愖鳛殡s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(fù)雜和微妙的聯(lián)系。但是總而言之，我們身體這套血糖穩(wěn)壓系統(tǒng)，特別是胰島素這個(gè)血糖減壓閥，其意義是無(wú)論如何強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)的。

　　3

　　減壓閥的工作原理

　　區(qū)區(qū)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(jié)合：首先，閥門要有能力判斷鍋內(nèi)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(yīng)該有相應(yīng)的減壓機(jī)制。這兩個(gè)功能實(shí)現(xiàn)起來(lái)倒是也相當(dāng)簡(jiǎn)便：鍋內(nèi)的空氣通過(guò)一根很細(xì)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(dāng)鍋內(nèi)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(shè)定是經(jīng)過(guò)了精密的計(jì)算，以保證只有鍋內(nèi)氣體的壓力超過(guò)一個(gè)預(yù)先設(shè)置的允許范圍時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致限壓閥被頂起。

　　因此，這套簡(jiǎn)單的機(jī)械構(gòu)造具備了任何自動(dòng)減壓系統(tǒng)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(jiān)測(cè)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(tǒng)，雖然要比區(qū)區(qū)一個(gè)高壓鍋復(fù)雜和精密許多許多倍，但是其基本的工作原理還是類似的。

　　首先，我們需要一個(gè)血糖實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，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(yīng)系統(tǒng)，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(jiān)測(cè)系統(tǒng)吧。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是靠調(diào)節(jié)胰島素的分泌來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)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(zhuǎn)運(yùn)蛋白跨過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入貝塔細(xì)胞內(nèi)，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(yīng)，最終導(dǎo)致胰島素的大量釋放。這套高血糖—>胰島素分泌的系統(tǒng)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(jiān)測(cè)到血糖水平的異常升高。

　　之后，血糖快速降低的機(jī)制被啟動(dòng)。血液中的胰島素分子會(huì)隨著血液循環(huán)擴(kuò)散到全身各個(gè)地方，當(dāng)它們接近那些負(fù)責(zé)存儲(chǔ)葡萄糖的肌肉細(xì)胞、或那些負(fù)責(zé)生產(chǎn)葡萄糖的肝臟細(xì)胞時(shí)，會(huì)識(shí)別出這些細(xì)胞表面的胰島素受體蛋白，從而激活這些細(xì)胞內(nèi)的一系列化學(xué)反應(yīng)。一個(gè)重要的結(jié)果就是，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)葡萄糖的肌肉細(xì)胞通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT4為葡萄糖進(jìn)入大開(kāi)方便之門，將血液中的大量葡萄糖納入其中并轉(zhuǎn)換成糖原存儲(chǔ)起來(lái)。與此同時(shí)，肝臟細(xì)胞則會(huì)馬上給葡萄糖生產(chǎn)線踩剎車，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(tǒng)正恰似高壓鍋的排氣系統(tǒng)，可以非常高效的降低過(guò)高的血糖水平。