来源：环球科学
撰文丨杨心舟
为了保证食品的风味，许多食品在制作、保存、运输过程中都加入了各种添加剂。但是最新发表在《科学·转化医学》上的研究表明，长期摄入一种在面包等烘焙食物中添加的防腐剂，会导致糖尿病和肥胖的发生。
国际糖尿病联合协会最新数据显示，目前全球已经有超过4.25亿糖尿病患者，而这一数字仍在不断攀升，到2045年预计将达到7亿。研究估计每11个成年人中就有1例糖尿病患者，并且这其中有一半没有去医院确诊。糖尿病作为一种慢性疾病，患者往往要承担巨大的心理和医疗负担。而与糖尿病如影随形的肥胖，其趋势同样不容乐观，从1975年至今，短短40多年肥胖人群数目已经翻了2倍，目前全球有超过6.5亿人体型属于肥胖或者超重。
食品添加剂与现代病
在过去，许多研究会把这两种病症和基因、遗传联系到一起，但随着这几十年来食品工业的发展，已经让科学家无法忽略饮食对肥胖与糖尿病的影响。在食物的生产、保存、包装过程中都会添加许多种化学物质，包括天然存在的物质以及人造化学分子。目前，这些食品添加剂对人体代谢具有何种作用，这个问题还很少有明确的证据来回答。
丙酸 （propionate） 是一种短链脂肪酸，正常情况下，人体中的微生物是能够在结肠中通过发酵未完全消化的碳水化合物来产生丙酸的，而这些丙酸对人体是有益的。比如经常食用一些富含纤维素的食物，可以让人更易产生饱腹感，原因就是一些类似丙酸的短链脂肪酸在起作用。正因为人体会自产自销，丙酸通过了FDA食品添加剂的审核，经常被当做一种抑制霉菌生长的添加剂使用，芝士、烘焙食物，如面包和蛋糕、以及人造香精中都喜欢添加丙酸或丙酸盐来进行防腐。但已经有各种研究表明，外源性地摄入和自体产生的丙酸作用并不一样，外来的丙酸对个体的许多代谢过程有重要影响。
早在一个世纪前，宾夕法尼亚大学的A.I.Ringer就发现，给狗服用丙酸后，其血液中葡萄糖含量显著提升，他当时认为丙酸在体内通过特殊的生化途径转变成了葡萄糖。但奇怪的是，他发现葡萄糖的实际产出和理论产出量并不对等。之后陆续有实验在包括绵羊、大鼠在内的其它哺乳动物中也重复出了Ringer的实验结果。之后就鲜有人关心这一问题，直到2016年，耶鲁大学的Gerald I。 Shulman等人才具体计算出不对等的原因：外源性丙酸直接转换成的葡萄糖实际上只占到葡萄糖升高总量的5%。那多余的血糖从何而来？
人体内的糖代谢工厂
人体在摄入大量食物后，血糖浓度会急速上升，但是体内有一套完整的糖代谢系统，可以保证糖及时地被细胞吸收，并被转换成能量使用，而胰岛素（insulin）是完成这一过程的关键激素。胰岛素是当胰岛β细胞受葡萄糖、果糖等刺激而分泌的一种蛋白质激素，其是机体内唯一降低血糖的激素，可以促进人体糖原、脂肪、蛋白质合成。因此，正常情况下人体在进食后血糖水平会很快恢复至正常值。
在许多II型糖尿病患者以及肥胖人群中，会出现胰岛素抵抗（insulin resistance）的情况。此时细胞对胰岛素的敏感性大大降低，为了避免高血糖对其它器官造成损伤，胰岛β细胞会加速工作释放更多的胰岛素来进行代偿，造成血液中胰岛素偏高。这个时候，往往是身体自主代偿的一个过渡期，之后则可能会演变成糖尿病。
在2012年，萨里大学的研究人员进行了一项人体测试，他们发现受试者摄入面包中添加的丙酸后体内胰岛素水平迅速上升，达到正常进食才会出现的水平，并产生了胰岛素抵抗的特点。但当时的这项实验只是短期内观察到了这一结果，还不能直接将外源性丙酸和糖尿病、肥胖等完全联系起来。
“近些年来肥胖和糖尿病等代谢疾病患者数目急剧增长，这让我们不得不想到环境因素对身体造成的影响，”研究的作者之一Amir Tirosh表示，“而最容易影响代谢的就是食物，现在我们每天摄取的食物中，都有数不清的添加剂，但很少有人关注其对身体代谢的影响。”
食品中的丙酸影响糖代谢
昨日，来自哈佛大学公共卫生学院的研究人员完成了一项更全面、实验周期更长的实验，发现从食品中摄入的丙酸在短期内会导致高血糖、胰岛素偏高，而且长期摄入将会造成肥胖和胰岛素抵抗等更严重的症状。
他们首先给小鼠喂食了丙酸，发现小鼠服下后体内许多激素水平会在短期内显著升高。最关键的三种激素包括胰高血糖素（glucagon），其作用与胰岛素相反，会促使糖原分解，提升血糖浓度；去甲肾上腺素（norepinephrine），其能够调节血压，同时也能提升血糖水平；另外还有脂肪酸结合蛋白4（FABP4），其曾被认为参与了脂肪酸代谢过程。在这三种激素急剧升高共同作用下，小鼠迅速产生了高血糖症状。
而为了弥补以前实验的研究不足，研究者在小鼠的饮用水中添加了低量的丙酸，剂量相当于平时人们从食物中摄取的量差不多。连续服用20周之后，小鼠体重明显增加，并伴随着胰岛素抵抗症状的出现。
此次研究同样进行了小规模的人体测试，受试者被分成两组，一组进食添加了丙酸的食物，另一组则添加了安慰剂。在持续食用一周后，人体展现出与小鼠一样的变化，包括血液中胰岛素增高和胰岛素抵抗的症状，食用含丙酸食物的人需要更长的时间才能恢复到正常的血糖水平。
我们通过口腔摄入含丙酸添加剂的食物后，会激活我们的交感神经系统，并促使体内胰高血糖素和脂肪酸结合蛋白4等激素的升高。受到激素影响，肝糖原持续分解，血糖升高。身体开始分泌更多胰岛素进行代偿降低血糖浓度，最终导致胰岛素抵抗和肥胖产生。
其实类似丙酸的短链脂肪酸是可以由体内微生物通过代谢产生的，科学家一直认为细菌产生的丙酸不仅不会造成血糖和胰岛素升高，反而会对身体有益。但这项研究已经表明，自身产生的丙酸和外界摄入的丙酸并不具有相同的功能，研究者推测，这是因为从食物中摄入会极大地增加细胞和丙酸的接触，而细菌产生的仅仅只会局限在结肠部分。
“现在的食品中含有各种各样的添加剂，现在我们发现了长期摄入丙酸会对身体产生不良影响，”论文的第一作者Amir Tirosh认为，这只是一个开始，因为这提示我们还有更多的添加剂需要去研究，尤其是长期食用它们会对人体代谢产生什么影响。