餐桌上的科學家

【解析篇】生酮飲食減肥行不行?從胖嘟嘟的小黑鼠說起

2018/03/12 4,216 0

合成或燃燒脂肪,由肝臟決定!

飲食裡的脂肪在進入肝臟以後,會發生什麼事呢?肝臟會將脂肪酸分解成小分子的乙醯輔酶A(acetyl-Co A),而acetyl-Co A其後的命運有數條途徑:(1) 重新合成脂肪、膽固醇(2)轉化成酮體(Ketone bodies),作為大腦或其他臟器的能量來源(3)進入克氏循環(Krebs cycle),轉化成熱能或其他能量(圖5)。

 圖5:acetyl-Co A的代謝路徑卡通圖。HBDH: hydroxybutyrate dehydrogenase; UCP 2: uncoupling protein 2; FAS: fatty acid synthase。本文作者轉譯重繪。

Acetyl-Co A代謝的每個路徑上都有對應的酵素們,而酵素的表現量決定了Acetyl-Co A代謝的命運。研究團隊透過分子生物技術 [註2],分析酵素們的表現,以了解在不同飲食型態下,Acetyl-Co A的命運為何?

結果發現,生酮飲食下的肝臟,負責將acetyl-Co A轉化成酮體的酵素(圖5、6,HBDH),以及轉化為熱能的酵素(圖5、6,UCP 2),其表現量都增加;而負責將acetyl-Co A重新合成為脂肪酸的酵素(圖5、 6,FAS)在生酮飲食的小鼠肝臟內,其表現量降低了。綜合觀察許多基因的表現後,可以發現到採用生酮飲食後的動物肝臟,更頃向於將脂肪代謝成酮體或轉化為能量(如:熱能),同時壓抑了脂肪、膽固醇的生成能力。而小鼠體內的酮體增加(表1)、耗氧量提升(【實驗篇】生酮飲食減肥行不行?從胖嘟嘟的小黑鼠說起之圖4)、體脂肪量下降等表徵,更佐證了分子生物技術檢測的結果。但接下來更重要的是,是什麼改變了代謝傾向呢?


圖6:小鼠肝臟內各基因表現量,以正常飲食組為控制組。中文資訊為本文作者加註。

糖,是你?

為什麼生酮飲食會影響基因表現呢?在動物體內,有許多對體內能量敏感的蛋白質。在本篇研究中,生酮飲食的小鼠體內缺乏糖類作為能量來源,加上胰島素濃度較低的情況下,研究者觀察到有個對糖、胰島素敏感的蛋白質AMP-activated protein kinase(AMPK)被活化了,而AMPK酵素活化的結果是抑制肝臟合成脂肪、膽固醇等(如:FAS,見圖7)、提高燃燒脂質等,就因此決定了脂肪代謝的途徑。

換言之,研究團隊認為是飲食中的糖類(研究團隊進一步推測是糖的種類,但並無提出實驗或文獻支持其論點)多寡,改變了身體處理脂肪的路徑,使得採用生酮飲食的動物們,其肝臟傾向將脂肪燃燒成能量,因此使動物的體脂肪下降、體重減輕。而吃了高油、高醣食物的動物們,在糖類充足、高濃度胰島素的影響下,牠們的肝臟傾向將脂肪代謝物(acetyl-Co A),重新合成脂肪、膽固醇,也因此這些小鼠們變得胖嘟嘟了。


圖7:AMPK對各臟器的影響。可觀察到AMPK活化後,會抑制肝臟合成脂肪和膽固醇。我個人認為,食物中糖的多寡導致體質的改變,其原因可能是在漫長的演化史中,動物已演化成優先使用糖類,因此在有充足糖類做為能量來源的時候,會將脂肪代謝物重新合成為脂肪等保存在體內。而生酮飲食由於缺乏糖類,讓身體誤以為身處於缺乏食物、飢餓的艱困環境,因此改變了代謝的優先順序,將脂肪優先做為能量來源,以提供給大腦等重要的臟器使用,同時降低了合成脂肪、膽固醇的能力。

哈佛團隊的結論,以及生酮飲食的風險

透過這些實驗,哈佛團隊認為可以藉由特定的飲食控制,也能在不限制熱量攝取的情況下減輕體重(小鼠)。然而要注意的是,動物實驗的結果並不一定能夠完全反映到人體上。換言之,小黑鼠能透過生酮飲食減輕體重,但人類能否也能靠生酮飲食就達到無副作用的減重,則仍待人體實驗才能決定。而本論文屬於基礎性研究,並未分析腎臟、心血管功能,也未細緻地探討身體長時間處於極端條件下(如:胰島素濃度低、膽固醇合成能力低、體內酮體濃度高等)可能會產生的副作用 [註3]。所以不建議讀者單以此篇論文作為飲食決策的唯一參考。

而從本篇研究也可以隱約看出,肝臟在生酮飲食下發揮了相當重要的角色,不僅組織內的三酸甘油酯濃度提高,其被視為肝指數的aminotransferase(ALT)酵素數值也較高,所以生酮飲食是否會對肝臟造成影響?而不同族群(如:年長者、青少年等;腎臟病、長期服用藥物、心血管風險高患者等)的適用性也需要更多實驗進行分析,上述的疑慮都仍待人體試驗進行持續的研究。

生酮飲食在減重上的效果雖然在動物實驗裡獲得證實,但人體試驗的結果仍待討論。所有的醫療性減重都應該和醫療團隊討論後才能獲得保障。

延伸閱讀:【實驗篇】生酮飲食減肥行不行?從胖嘟嘟的小黑鼠說起

*註2:此處的分子檢測技術為基因晶片(Microarray analysis)、即時聚合酶鏈式反應(Real-time quantitative PCR)等。
*註3:酮體在身體處於飢餓、禁食等狀態時較常出現,若血液中酮體濃度過高,可能會造成酮酸中毒。
*本文感謝Johnathan、衛生福利部台東醫院檢驗科張昱維(Yu-Wei Chang)協助