生物化學原理/葡萄糖、糖原和糖尿病

葡萄糖

葡萄糖（C₆H₁₂O₆，也稱為D-葡萄糖、右旋糖或玉米糖）是一種單糖（單糖）和生物學中重要的碳水化合物。細胞將其用作能量來源和代謝中間體。葡萄糖是光合作用的主要產物之一，並啟動細胞呼吸。

葡萄糖以幾種不同的結構存在，但所有這些結構都可以分為兩個映象（立體異構體）家族。自然界中只存在一組這些異構體，即源自葡萄糖“右手型”的那些異構體，表示為D-葡萄糖。D-葡萄糖通常被稱為右旋糖。右旋糖這個名稱源於右旋葡萄糖。右旋糖溶液將偏振光旋轉到右側（拉丁語：dexter = “右”）。澱粉和纖維素是源自D-葡萄糖脫水的聚合物。另一個立體異構體，稱為L-葡萄糖，在自然界中幾乎找不到。

“葡萄糖”這個名稱來自希臘語 glukus (γλυκύς)，意思是“甜”。字尾“-ose”表示糖。“右旋糖”這個名稱和“D-”字首來自拉丁語 dexter（“右”），指的是分子的手性。

葡萄糖是一種單糖，化學式為C₆H₁₂O₆或H-(C=O)-(CHOH)₅-H，其五個羥基（OH）基團以特定的方式排列在其六碳主鏈上。

在其短暫的開鍊形式中，葡萄糖分子具有六個碳原子C-1至C-6的開放（而不是環狀）和無支鏈主鏈；其中C-1是醛基H(C=O)-的一部分，而其他五個碳中的每一個都帶有一個羥基-OH。主鏈碳的其餘鍵由氫原子-H滿足。因此，葡萄糖是一種己糖和醛糖，或醛己糖。

四個碳C-2至C-5中的每一個都是手性的，這意味著其四個鍵連線到分子的四個不同部分。（例如，碳C-2連線到-(C=O)H、-OH、-H和-(CHOH)₄H。）在D-葡萄糖中，這四個部分必須處於特定的三維排列。也就是說，當分子在費歇爾投影中繪製時，C-2、C-4和C-5上的羥基必須在右側，而C-3上的羥基必須在左側。

這四個羥基的位置在L-葡萄糖的費歇爾圖中完全相反。D-葡萄糖和L-葡萄糖是 16 種可能的醛己糖中的兩種；其他 14 種是阿洛糖、阿特羅糖、甘露糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖和塔洛糖，每種都有兩種異構體，即“D-”和“L-”。

在溶液中，葡萄糖的開鍊形式（無論是“D-”還是“L-”）都與幾種環狀異構體處於平衡狀態，每種異構體都包含一個由一個氧原子封閉的碳環。然而，在水溶液中，葡萄糖以吡喃糖形式存在的比例超過 99%。開鍊形式僅限於約 0.25%，呋喃糖形式存在的量可以忽略不計。術語“葡萄糖”和“D-葡萄糖”通常也用於這些環狀形式。該環是由醛基-(C=O)H在C-1處和羥基-OH在C-4或C-5處之間發生的親核加成反應形成的，從而生成一個半縮醛基團-C(OH)H-O-。C-1 和 C-5 之間的反應會產生一個具有六元環的分子，稱為吡喃糖，以最簡單的具有相同碳氧環的環狀醚吡喃命名。C-1 和 C-4 之間的（更罕見）反應會產生一個具有五元環的分子，稱為呋喃糖，以最簡單的具有相同碳氧環的環狀醚呋喃命名。無論哪種情況，環中的每個碳都連線著一個氫和一個羥基，除了最後一個碳（C-4 或 C-5）外，這裡的羥基被開放分子的剩餘部分取代（分別是-(CHOH)₂-H 或 -(CHOH)-H）。

閉環反應使碳C-1也成為手性的，因為其四個鍵通向-H、-OH、碳C-2和環氧。這些分子的四個部分可以在C-1（異頭碳）周圍以兩種不同的方式排列，分別用字首“α-”和“β-”表示。當葡萄糖吡喃糖分子在霍沃思投影中繪製時，表示“α-”意味著連線到 C-1 的羥基和 C-5 的 -CH2OH 基團位於環平面的相對側（反式排列），而“β-”意味著它們位於環平面的同一側（順式排列）。因此，開鏈異構體 D-葡萄糖產生四個不同的環狀異構體：α-D-吡喃葡萄糖、β-D-吡喃葡萄糖、α-D-呋喃葡萄糖和 β-D-呋喃葡萄糖；它們都是手性的。

糖原

糖原

糖原是動物和真菌細胞中起著次要長期能量儲存作用的分子。它主要由肝臟和肌肉產生，但也可以透過糖原合成在腦和胃中產生。糖原是植物中一種分支較少的葡萄糖聚合物澱粉的類似物，通常被稱為動物澱粉，其結構與支鏈澱粉相似。糖原以許多細胞型別中細胞質中的顆粒形式存在，在葡萄糖迴圈中發揮著重要作用。糖原形成一個能量儲備，可以快速動員以滿足對葡萄糖的突然需求，但它不像甘油三酯（脂類）的能量儲備那樣緊湊。在肝臟肝細胞中，糖原可以佔飯後新鮮重量的 8%（成年人約 100-120 克）。只有儲存在肝臟中的糖原才能供其他器官使用。在肌肉中，糖原的濃度較低（佔肌肉質量的 1% 到 2%）。然而，儲存在體內的糖原量 - 尤其是在紅細胞、肝臟和肌肉中 - 主要取決於身體鍛鍊、基礎代謝率和飲食習慣，例如間歇性禁食。少量糖原存在於腎臟中，更少量的糖原存在於大腦中某些神經膠質細胞和白細胞中。子宮在懷孕期間也儲存糖原以滋養胚胎。

糖原合酶（UDP-葡萄糖-糖原葡糖基轉移酶'）是一種參與將葡萄糖轉化為糖原的酶。它採用短的葡萄糖聚合物並將它們轉化為長的聚合物。它是一種糖基轉移酶（EC 2.4.1.11），催化 UDP-葡萄糖和 (1,4-α-D-葡糖基)n 反應生成 UDP 和 (1,4-α-D-葡糖基)n+1。換句話說，這種酶將過量的葡萄糖殘基逐個轉化為聚合鏈，以糖原的形式儲存。它在血流中的存在量在劇烈運動後的 30 到 60 分鐘內最高。它是糖原合成的關鍵酶。糖原合酶可以分為兩個主要的蛋白質家族。第一個家族（GT3）來自哺乳動物和酵母，約為 80 kDa，使用 UDP-葡萄糖作為糖供體，並受磷酸化和配體結合的調節。第二個家族（GT5）來自細菌和植物，約為 50 kDA，使用 ADP-葡萄糖作為糖供體，不受調節。同工酶

在人類中，糖原合酶有兩個旁系同工酶

同工酶	組織分佈	基因
糖原合酶 1	肌肉和其他組織	GYS1
糖原合酶 2	肝臟	GYS2

肝臟酶表達僅限於肝臟，而肌肉酶在廣泛表達。肝臟糖原作為儲存池，在禁食期間維持血糖水平，而肌肉糖原合成佔攝入葡萄糖的 90%。肌肉糖原的作用是作為儲備，在爆發性活動期間提供能量。

糖原代謝異常最常見的疾病是糖尿病，由於胰島素水平異常，肝糖原會異常堆積或耗竭。恢復正常的葡萄糖代謝通常也會使糖原代謝正常化。在由胰島素過量引起的低血糖症中，肝糖原水平較高，但高胰島素水平會阻止維持正常血糖水平所需的糖原分解。胰高血糖素是治療這種低血糖症的常用方法。各種先天性代謝缺陷是由合成或分解糖原所需的酶缺乏引起的，這些疾病統稱為糖原累積症。

什麼是糖原合酶?

糖原合酶結構（來自兔）。

糖原合酶是一種參與將葡萄糖轉化為糖原的酶。它透過聚合前幾個葡萄糖分子起引物作用，之後其他酶接管。在人類中，糖原合酶存在兩種亞型——糖原合酶-1，由 GYG1 編碼，在肌肉中表達；以及糖原合酶-2，由 GYG2 編碼，在肝臟和心肌中表達，但在骨骼肌中不表達。患者中發現有 GYG1 缺陷，導致肌肉細胞無法儲存糖原，並伴隨肌肉無力和心臟病。糖原合酶是由倫敦皇家學會會員、邁阿密大學現任生物化學教授威廉·J·惠蘭博士發現的。它是一種由 37 kDa 亞基組成的同二聚體，被歸類為糖基轉移酶。糖原聚合的主要酶糖原合酶只能新增到至少 4 個葡萄糖殘基的現有鏈上。糖原合酶作為引物，其他葡萄糖單體可以新增到它上面。它透過首先將來自 UDP-葡萄糖的葡萄糖與 Tyr-194 的羥基結合，然後催化葡萄糖新增到自身（自催化）來實現這一點。糖原合酶的糖基轉移酶活性可以新增 7 個來自 UDP-葡萄糖的葡萄糖。一旦添加了足夠的殘基，糖原合酶就會接管延伸鏈。糖原合酶仍然共價連線到糖原分子的還原端。越來越多的證據表明，引物蛋白可能是多糖合成的基本特性；哺乳動物糖原生物合成的分子細節可以作為其他系統的有用模型。

糖原的功能和調節

當攝入並消化含有碳水化合物的食物時，血糖水平升高，胰腺分泌胰島素。來自門靜脈的葡萄糖進入肝細胞（肝細胞）。胰島素作用於肝細胞，刺激多種酶的活性，包括糖原合酶。只要胰島素和葡萄糖都充足，葡萄糖分子就會新增到糖原鏈中。在這種餐後或“進食”狀態下，肝臟從血液中攝取的葡萄糖多於釋放的葡萄糖。食物消化後，血糖水平開始下降，胰島素分泌減少，糖原合成停止。當需要能量時，糖原會分解並再次轉化為葡萄糖。糖原磷酸化酶是糖原分解的主要酶。在接下來的 8-12 個小時內，來自肝糖原的葡萄糖將是身體其他部位用作燃料的主要血糖來源。胰高血糖素是胰腺產生的另一種激素，在許多方面作為胰島素的逆向訊號。當胰島素（而非血糖）開始低於正常水平時，胰高血糖素會以越來越多的量分泌，以刺激糖原分解和糖異生途徑。

肌肉細胞中的糖原似乎充當肌肉細胞可利用葡萄糖的直接儲備來源。含有少量糖原的其他細胞也會在區域性使用它。肌肉細胞缺乏葡萄糖-6-磷酸酶，而葡萄糖-6-磷酸酶是將葡萄糖傳遞到血液中所必需的酶，因此它們儲存的糖原註定用於內部使用，不會與其他細胞共享。（這與肝細胞形成對比，肝細胞按需會很容易地將其儲存的糖原分解成葡萄糖，並透過血流將葡萄糖送往大腦或肌肉作為燃料）。糖原也是一種合適的儲存物質，因為它不溶於水，這意味著它不會影響細胞的滲透水平和壓力。

糖原磷酸化酶

糖原磷酸化酶是一種磷酸化酶（EC 2.4.1.1）。糖原磷酸化酶透過從末端 α-1,4-糖苷鍵釋放葡萄糖-1-磷酸，催化動物體內糖原降解的限速步驟。糖原磷酸化酶也被用作受可逆磷酸化和變構效應調節的模型蛋白進行研究。總反應寫成

(α-1,4 糖原鏈)n + Pi ↔ (α-1,4 糖原鏈)n-1 + D-葡萄糖-1-磷酸。

糖原磷酸化酶將糖原分解成葡萄糖亞基。糖原剩餘的葡萄糖分子減少了一個，遊離的葡萄糖分子以葡萄糖-1-磷酸的形式存在。為了用於代謝，它必須透過磷酸葡萄糖變位酶轉化為葡萄糖-6-磷酸。雖然反應在溶液中是可逆的，但酶在細胞內只能朝上式所示的方向作用，因為無機磷酸的濃度遠高於葡萄糖-1-磷酸的濃度。糖原磷酸化酶只能作用於糖原的直鏈（α1-4 糖苷鍵）。它的作用將在距 α1-6 支鏈（在糖原中極其常見） 4 個殘基處立即停止。在這些情況下，需要脫支酶，它將該區域的鏈拉直。此外，轉移酶將 3 個葡萄糖基殘基的片段從外側支鏈轉移到另一端，然後需要 α1-6 糖苷酶來分解新線性鏈中剩餘的（單個葡萄糖）α1-6 殘基。完成所有這些操作後，糖原磷酸化酶就可以繼續作用。該酶對 α1-4 鏈具有特異性，因為該分子包含一個長 30 埃的裂隙，其半徑與糖原鍊形成的螺旋相同；這可以容納 4-5 個葡萄糖基殘基，但對於支鏈來說太窄了。該裂隙將糖原儲存部位連線到活性催化部位。糖原磷酸化酶在每個催化部位都含有磷酸吡哆醛（PLP，源自維生素 B6）。磷酸吡哆醛與鹼性殘基（在本例中為 Lys680）連線，並共價形成希夫鹼。一旦形成希夫鹼鍵，將 PLP 分子固定在活性部位，PLP 上的磷酸基團就會很容易地向無機磷酸分子捐贈質子，從而使無機磷酸可以透過形成 α-1,4 糖苷鍵的氧原子被去質子化。PLP 很容易被去質子化，因為它的負電荷不僅在磷酸基團內穩定，而且在吡啶環內也穩定，因此，由 PLP 去質子化產生的共軛鹼非常穩定。質子化的氧原子現在代表了一個良好的離去基團，糖原鏈以 SN1 方式從末端糖原中分離，導致形成在 1 位具有仲碳正離子的葡萄糖分子。最後，去質子化的無機磷酸作為親核試劑並與碳正離子鍵合，導致形成葡萄糖-1-磷酸和一個糖原鏈，該糖原鏈縮短了一個葡萄糖分子。還有一種替代的建議機制，涉及半椅構象中帶正電荷的氧原子。

糖原磷酸化酶的調節

糖原磷酸化酶受別構調節和磷酸化調節。腎上腺素、胰島素和胰高血糖素等激素透過與 G 蛋白相關的第二信使放大系統來調節糖原磷酸化酶。胰高血糖素透過與 Gs 偶聯的七次跨膜受體啟用腺苷酸環化酶，進而啟用腺苷酸環化酶，以增加細胞內 cAMP 的濃度。cAMP 與蛋白激酶 A (PKA) 的活性形式結合並釋放它。接下來，PKA 磷酸化磷酸化酶激酶，進而磷酸化糖原磷酸化酶 b，將其轉化為活性糖原磷酸化酶 a。這種磷酸化作用新增到糖原磷酸化酶 b 14 位絲氨酸上。在肝臟中，腎上腺素啟用另一個 G 蛋白偶聯受體，觸發不同的級聯反應，導致磷脂酶 C (PLC) 的活化。PLC 間接導致鈣從肝細胞的內質網釋放到胞質溶膠中。鈣濃度的增加與鈣調蛋白亞基結合並激活糖原磷酸化酶激酶。糖原磷酸化酶激酶以與先前提到的相同方式啟用糖原磷酸化酶。糖原磷酸化酶 b 在肌肉中並不總是處於非活性狀態，因為它可以被 AMP 別構啟用。AMP 濃度的增加（在劇烈運動期間發生）表明能量需求。AMP 透過改變其構象，從緊張狀態變為鬆弛狀態，啟用糖原磷酸化酶 b。這種鬆弛形式具有與磷酸化酶類似的酶學特性。ATP 濃度的增加透過從核苷酸結合位點置換 AMP 來抵消這種啟用，表明能量儲存充足。進食後，會釋放胰島素，表明血液中存在葡萄糖。胰島素間接啟用 PP-1 和磷酸二酯酶。PP-1 直接去磷酸化糖原磷酸化酶 a，重新形成非活性糖原磷酸化酶 b。磷酸二酯酶將 cAMP 轉換為 AMP。這種活性去除第二信使（由胰高血糖素和腎上腺素產生）並抑制 PKA。以這種方式，PKA 不能再引起導致形成（活性）糖原磷酸化酶 a 的磷酸化級聯反應。這些由胰島素引發的修飾結束了糖原分解，以保留細胞中剩餘的糖原儲存並觸發糖原合成（糖原的重建）。磷酸化酶 a 和磷酸化酶 b 分別存在於兩種形式中，即 T（緊張）非活性狀態和 R（鬆弛）狀態。磷酸化酶 b 通常處於 T 狀態，由於 ATP 和 6-磷酸葡萄糖的生理存在而處於非活性狀態，而磷酸化酶 a 通常處於 R 狀態（活性狀態）。糖原磷酸化酶的同工酶存在於對葡萄糖濃度敏感的肝臟中，因為肝臟充當葡萄糖輸出器。本質上，肝臟磷酸化酶對葡萄糖有反應，導致從 R 形式到 T 形式的快速轉換，使其失活；此外，肝臟磷酸化酶對 AMP 不敏感。

低血糖

低血糖症或低血糖（不要與高血糖症混淆）是醫學術語，指血液葡萄糖水平低於正常水平的狀態。這個詞字面意思是“血糖不足”（希臘語：υπογλυκαιμία，源自 hypo-、glykys、haima）。它會產生各種症狀和影響，但主要問題源於大腦葡萄糖供應不足，導致功能障礙（神經糖原缺乏症）。影響範圍從輕微的欣快感到更嚴重的問題，例如癲癇發作、昏迷，以及（罕見）永久性腦損傷或死亡。最常見的低血糖症形式是糖尿病患者使用胰島素或口服藥物治療的併發症。非糖尿病患者中低血糖症並不常見，但可能會在任何年齡段發生，原因很多。病因包括體內過量產生的胰島素（高胰島素血癥）、先天性代謝錯誤、藥物和毒物、酒精、激素缺乏、長期飢餓、與感染相關的代謝改變以及器官衰竭。透過攝入或服用葡萄糖或碳水化合物食物來將血糖水平恢復正常可以治療低血糖症。在某些情況下，可以透過注射或輸注胰高血糖素來治療。透過逆轉或消除根本原因、增加進餐頻率、使用地亞佐昔、奧曲肽或糖皮質激素等藥物，或透過手術切除大部分胰腺來預防反覆發生的低血糖症。低血糖症的定義血糖水平可能因人而異，在不同的情況下，以及出於不同的目的，有時也會引起爭議。大多數健康的成年人保持空腹血糖水平高於 4.0 毫摩爾/升，並在血糖降至 4 毫摩爾/升以下時出現低血糖症的症狀。有時很難確定一個人的症狀是否是由低血糖症引起的。被稱為惠普爾三聯徵的標準用於確定低血糖症的診斷：已知由低血糖症引起的症狀在出現症狀時低血糖水平當血糖恢復正常時症狀或問題得到逆轉或改善

糖原磷酸化酶單體是一種大型蛋白質，由 842 個氨基酸組成，在肌肉細胞中的質量為 97.434 kDa。雖然該酶可以作為非活性單體或四聚體存在，但它在生物學上作為兩個相同亞基的 二聚體 具有活性。

糖原磷酸化酶 b 塔螺旋的 R 和 T 狀態，分別在左側和右側。注意中心塔螺旋的相對位置，以及 R 狀態中亞基之間增加的相互作用。PDB3CEH，PDB3E3O

糖原磷酸化酶二聚體具有許多具有生物學意義的區域，包括催化位點、糖原結合位點、別構位點和一個可逆磷酸化的絲氨酸殘基。首先，催化位點相對隱藏，距離蛋白質表面和亞基介面 15 Å。 催化位點不易接近表面的特點非常重要，因為它使得蛋白質活性高度容易受到調節，因為微小的別構效應可能會大大提高糖原相對接近該位點的可能性。

也許最重要的調節位點是 Ser14，它是可逆磷酸化位點，非常靠近亞基介面。與磷酸化相關的結構變化，以及將磷酸化酶 b 轉化為磷酸化酶 a 的變化，是最初無序殘基 10 到 22 排列成 α 螺旋。這種變化即使在沒有 AMP 的情況下也會使磷酸化酶活性提高高達 25%，並且進一步增強 AMP 啟用。

肌肉同工酶的糖原磷酸化酶的 AMP 結合的別構位點與 Ser14 一樣，靠近亞基介面。AMP 在該位點的結合，對應於酶從 T 狀態變為 R 狀態的變化，導致亞基介面處三級結構的微小變化，從而導致四級結構的巨大變化。 AMP 結合使兩個亞基的塔螺旋（殘基 262-278）透過更大的組織和亞基間相互作用，相對於彼此旋轉 50˚。塔螺旋的這種旋轉導致兩個亞基相對於彼此旋轉 10˚，更重要的是，它使阻斷 T 狀態下催化位點通路，但在 R 狀態下不阻斷的 282-286 殘基（280 環）無序。

糖原磷酸化酶蛋白上最後，也許是最奇怪的位點，是所謂的糖原儲存位點。殘基 397-437 形成這種結構，使蛋白質能夠與糖原鏈共價結合，距離催化位點整整 30 Å。該位點很可能是該酶在啟動末端葡萄糖分子裂解之前與糖原顆粒結合的位點。事實上，細胞中 70% 的二聚體磷酸化酶以與糖原顆粒結合而不是自由漂浮的形式存在。

在哺乳動物中，糖原磷酸化酶的主要同工酶存在於肌肉、肝臟和大腦中。腦型在成年腦和胚胎組織中占主導地位，而肝臟型和肌肉型分別在成年肝臟和骨骼肌中占主導地位。

糖原分解

糖原分解（也稱為“糖原分解”）是糖原聚合物轉化為葡萄糖單體的過程。糖原透過無機磷酸的裂解去除葡萄糖單體來進行分解代謝，產生 1-磷酸葡萄糖。這種葡萄糖衍生物隨後被轉化為 6-磷酸葡萄糖，它是糖酵解中的中間體。胰高血糖素和腎上腺素刺激糖原分解。

糖原分解發生在肌肉和肝臟組織中，在那裡儲存著糖原，作為對腎上腺素（例如，腎上腺素能刺激）和/或胰高血糖素的激素反應，胰高血糖素是一種由低血糖濃度觸發的胰腺肽，在胰島的 α 細胞中產生。肝臟（肝臟）細胞可以消耗糖酵解中的 6-磷酸葡萄糖，或者使用葡萄糖-6-磷酸酶去除磷酸基團，並將遊離葡萄糖釋放到血液中，供其他細胞吸收。人類肌肉細胞不具有葡萄糖-6-磷酸酶，因此不會釋放葡萄糖，而是將 6-磷酸葡萄糖用於糖酵解。

第一步

第一步的總反應為：糖原（n 個殘基） + Pi <-----> 糖原（n-1 個殘基）+ G1P。在此，糖原磷酸化酶透過磷酸基團的取代，斷裂 1 位的鍵。它分解 α-1-4 鍵連線的葡萄糖聚合物，直到分支上只剩下 4 個連線的葡萄糖。（糖原磷酸化酶 (EC 2.4.1.1) 可用作標記酶來確定糖原的分解。）

第二步

第二步涉及 [α[1→4]→α[1→4] 葡聚糖轉移酶]/脫支酶，它將剩餘的三個葡萄糖單元轉移到另一個 1,4 糖原末端，從而暴露 α[1→6] 分支點。該酶的最終作用是水解附著在 α[1→6] 分支點上的剩餘葡萄糖，從而產生一個遊離的葡萄糖分子。這是唯一一種糖原代謝產物不是葡萄糖-1-磷酸的情況。這些葡聚糖轉移酶和脫支酶活性來自同一蛋白質上的兩個獨立的催化位點。

第三步

第三步也是最後一步是透過磷酸葡萄糖變位酶將 G1P（葡萄糖-1-磷酸）轉化為 G6P（葡萄糖-6-磷酸）。

糖尿病

糖尿病一詞是由卡帕多西亞的阿勒泰烏斯創造的。它源於希臘語動詞 diabaínein，本身由字首 dia-，“穿過，分離”和動詞 bainein，“行走，站立”構成。動詞 diabeinein 意為“大步走，行走或雙腿分開站立”；因此，它的派生詞 diabētēs 意為“跨步者”，或更具體地說是“指南針，虹吸管”。“虹吸管”的意思導致 diabētēs 被用作一種疾病的名稱，這種疾病涉及過量的尿液排放。糖尿病首次記錄在英語中，形式為 diabete，是在大約 1425 年寫成的醫學文獻中。1675 年，托馬斯·威利斯添加了單詞 mellitus，來自拉丁語，意為“蜂蜜”，指的是尿液的甜味。這種甜味古希臘人、中國人、埃及人、印度人和波斯人早就注意到。1776 年，馬修·多布森證實這種甜味是由於糖尿病患者尿液和血液中過量的糖類。在古代，糖尿病似乎是死刑。希波克拉底沒有提到它，這可能表明他認為這種疾病無法治癒。阿勒泰烏斯確實試圖治療它，但無法給出良好的預後；他評論說“（患有糖尿病的）生命短暫、令人厭惡且痛苦”。蘇斯魯塔（公元前 6 世紀）識別出糖尿病，並將其歸類為 Medhumeha。他還將其與肥胖和久坐不動的生活方式聯絡起來，建議進行運動以幫助“治癒”它。古代印度人透過觀察螞蟻是否被人的尿液吸引來檢測糖尿病，並將這種疾病稱為“甜尿病”（Madhumeha）。漢語、日語和韓語中的糖尿病詞語基於相同的意象，意思是“糖尿病”。在中世紀的波斯，阿維森納（980-1037）在《醫學典範》中詳細介紹了糖尿病， “描述了異常的食慾和性功能的衰退”，並記錄了糖尿病尿液的甜味。與他之前的阿勒泰烏斯一樣，阿維森納認識到原發性和繼發性糖尿病。他還描述了糖尿病性壞疽，並用羽扇豆、葫蘆巴（胡蘆巴）和草豆蔻種子混合物治療糖尿病，這種混合物可以顯著減少糖的排洩，這種治療方法在現代仍然被使用。阿維森納還“首次非常精確地描述了尿崩症”，儘管後來是約翰·彼得·弗蘭克（1745-1821）首先將糖尿病和尿崩症區分開來。

糖尿病，通常簡稱為糖尿病，是一組代謝疾病，患者的血糖水平很高，原因是身體產生的胰島素不足，或者細胞對產生的胰島素反應不佳。這種高血糖會導致多尿（頻繁排尿）、多飲（口渴加重）和多食（飢餓加重）的典型症狀。

糖尿病主要有三種類型

1 型糖尿病：由身體無法產生胰島素引起，目前需要患者注射胰島素。（也稱為胰島素依賴型糖尿病，簡稱 IDDM，以及青少年糖尿病。）

2 型糖尿病：由胰島素抵抗引起，這種情況下細胞無法正常使用胰島素，有時還會伴隨絕對的胰島素缺乏。（以前稱為非胰島素依賴型糖尿病，簡稱 NIDDM，以及成人發病糖尿病。）

妊娠糖尿病：指的是以前從未患過糖尿病的孕婦在懷孕期間血糖水平升高。它可能先於 2 型糖尿病的發展。

病理生理學

正常胰腺 β 細胞中胰島素釋放的機制。胰島素的產生在 β 細胞內或多或少是恆定的，無論血糖水平如何。它儲存在囊泡中，等待透過胞吐作用釋放，胞吐作用主要是由食物觸發，主要是含有可吸收葡萄糖的食物。主要觸發因素是進食後血糖水平升高。

人類在一天中進食三餐的過程中，血糖（紅色）和降糖激素胰島素（藍色）的波動情況。突出了富含糖類食物與富含澱粉食物相比的效果。

胰島素是調節葡萄糖從血液中進入大多數細胞（主要是肌肉和脂肪細胞，但不是中樞神經系統細胞）的主要激素。因此，胰島素缺乏或其受體的敏感性下降在所有形式的糖尿病中起著核心作用。

人類能夠消化一些碳水化合物，特別是食物中最常見的碳水化合物；澱粉和一些雙糖（如蔗糖）會在幾小時內轉化為更簡單的形式，最顯著的是單糖葡萄糖，這是人體使用的主要碳水化合物能量來源。其餘部分被傳遞給腸道菌群，主要是在結腸中進行處理。胰島素由位於胰腺胰島中的β 細胞（β 細胞）釋放到血液中，以響應血糖水平的升高，通常是在進食後。大約三分之二的人體細胞使用胰島素將葡萄糖從血液中吸收，用作燃料，轉化為其他需要的分子，或儲存起來。

胰島素也是將葡萄糖轉化為糖原以便在肝臟和肌肉細胞中儲存起來的主要控制訊號。葡萄糖水平降低會導致β 細胞釋放胰島素減少，以及當葡萄糖水平下降時，糖原逆轉為葡萄糖。這主要受激素胰高血糖素的控制，其作用與胰島素相反。因此，從肝細胞內部儲存（作為糖原）強制產生的葡萄糖重新進入血液；肌肉細胞缺乏必要的輸出機制。通常肝細胞在胰島素水平低的情況下這樣做（這通常與血液中的葡萄糖水平低相關）。

較高的胰島素水平會增加一些合成代謝（“合成”）過程，例如細胞生長和複製，蛋白質合成，和脂肪儲存。胰島素（或其缺乏）是將許多雙向代謝過程從分解代謝轉化為合成代謝方向，反之亦然的主要訊號。特別是，低胰島素水平是進入或離開酮症（脂肪燃燒代謝階段）的觸發因素。

如果可用的胰島素量不足，如果細胞對胰島素的影響反應不良（胰島素不敏感或抵抗），或者胰島素本身有缺陷，那麼葡萄糖將不會產生其通常的效果，因此那些需要葡萄糖的體細胞不會正常吸收葡萄糖，也不會在肝臟和肌肉中適當儲存。最終效果是持續高血糖、蛋白質合成不良以及其他代謝紊亂，例如酸中毒。

當血液中的葡萄糖濃度升高超過其腎閾值（約 10 mmol/L，雖然這在某些情況下可能會改變，例如懷孕期間），重吸收在近端腎小管中的葡萄糖是不完全的，一部分葡萄糖會殘留在尿液中（糖尿）。這會增加尿液的滲透壓，並抑制腎臟對水的重吸收，導致尿液生成增加（多尿）和液體流失增加。失去的血液體積將透過滲透方式從人體細胞和其他體腔中儲存的水中補充回來，從而導致脫水和口渴加重。

症狀和體徵

糖尿病最顯著症狀的概述。

糖尿病的典型症狀是多尿（頻繁排尿）、多飲（口渴加重）和多食（飢餓加重）。 1 型糖尿病的症狀可能發展迅速（數週或數月），而 2 型糖尿病的症狀通常發展得更慢，並且可能很細微或沒有症狀。

持續的高血糖會導致葡萄糖吸收，從而導致眼球晶狀體形狀發生改變，導致視力變化；持續的合理血糖控制通常會使晶狀體恢復到原來的形狀。視力模糊是導致糖尿病診斷的常見症狀；在視力快速變化的情況下，應始終懷疑1型糖尿病，而2型糖尿病的變化通常比較緩慢，但仍應懷疑。

人們（通常是1型糖尿病患者）也可能出現糖尿病酮症酸中毒，這是一種代謝失調狀態，其特徵是丙酮味；一種被稱為 庫斯莫呼吸 的快速而深沉的呼吸；噁心；嘔吐和腹痛；以及意識狀態改變。

一種較罕見但同樣嚴重的可能性是 |高滲性非酮症性昏迷，這種狀況在2型糖尿病患者中更為常見，主要是脫水導致的。患者通常會喝大量的含糖飲料，導致 惡性迴圈，導致水分流失。

糖尿病患者可能會出現多種皮膚皮疹，統稱為糖尿病皮膚病。

1型糖尿病

1型糖尿病（1型糖尿病，IDDM，或舊稱青少年糖尿病）是一種糖尿病，是由胰腺產生胰島素的β細胞發生自身免疫破壞導致的。隨後胰島素缺乏導致血液和尿液中的葡萄糖升高。典型症狀包括多尿（頻繁排尿）、多飲（口渴）、多食（飢餓）和體重減輕。1型糖尿病如果不進行胰島素治療是致命的。注射是最常見的胰島素給藥方式；胰島素泵和吸入胰島素在不同時期都有供應。胰腺和胰島移植已被用於治療1型糖尿病；然而，胰島移植目前仍處於試驗階段。大多數患有1型糖尿病的人在其他方面都是健康的。雖然1型糖尿病的病因尚未完全明瞭，但據信其起源於免疫。可以透過C肽檢測區分1型糖尿病和2型糖尿病，C肽檢測可測量內源性胰島素的產生。在所有情況下，都必須無限期地繼續進行1型糖尿病的治療。如果進行足夠的患者培訓、提高意識、適當的護理以及在胰島素檢測和劑量方面的紀律，治療不一定會顯著影響正常的活動。然而，對於許多人來說，治療負擔很重。低血糖和高血糖都可能導致併發症。低血糖會導致癲癇發作或昏迷，需要緊急治療。高血糖會導致疲勞加重，還會導致器官長期受損。

前胰島素C肽於1967年首次在發現胰島素生物合成過程中被描述。它是胰島素A鏈和B鏈之間重要的連線體，有助於胰島素在內質網中的高效組裝、摺疊和加工。然後，等摩爾量的C肽和胰島素被儲存在胰腺β細胞的分泌顆粒中，兩者最終被釋放到門靜脈迴圈中。最初，人們對C肽的唯一興趣是作為胰島素分泌的標誌物，因此它在促進對1型和2型糖尿病病理生理學的理解方面具有重要價值。C肽測試的首次記錄使用是在1972年。然而，在過去十年中，人們發現C肽本身也是一種具有生物活性的肽，對微血管血流和組織健康有影響。

C肽不應與C反應蛋白或蛋白C混淆。新診斷的糖尿病患者通常會測量他們的C肽水平，以區分1型糖尿病和2型糖尿病。測量C肽水平而不是胰島素水平是因為門靜脈中的胰島素濃度比外周迴圈中的胰島素濃度高兩到十倍。肝臟從血漿中提取了約一半到達肝臟的胰島素，但這會隨著營養狀態而變化。1型糖尿病患者的胰腺無法產生胰島素，因此他們的C肽水平通常會降低，而2型糖尿病患者的C肽水平正常或高於正常水平。測量注射合成胰島素患者的C肽水平有助於確定這些患者自身產生的天然胰島素量，或者是否完全沒有產生天然胰島素。

1型糖尿病的治療

血糖水平正常情況下在70到120毫克/分升之間。對於糖尿病患者，空腹血糖水平高於126毫克/分升。由於1型糖尿病是由於胰腺產生胰島素的β細胞被破壞導致的，因此治療是基於胰島素和血糖之間的關係。控制高血糖水平或在體內補充更多胰島素是治療1型糖尿病的方法。運動和糖尿病飲食是控制血糖升高的最佳方法，也是保持健康生活方式的重要方法。由於運動會使身體消耗能量，它會啟用身體對胰島素的敏感性，使葡萄糖進入血細胞，為身體產生能量。糖尿病飲食是每天三餐，低脂肪、膽固醇、碳水化合物、蛋白質和單糖，但富含纖維。最後，如果需要，可以進行胰島素注射。

2型糖尿病

2型糖尿病——以前稱為非胰島素依賴型糖尿病（NIDDM）或成人發病型糖尿病——是一種代謝紊亂，其特點是在胰島素抵抗和相對胰島素缺乏的情況下血糖升高。糖尿病通常最初透過增加運動和飲食調整來控制。隨著病情進展，可能需要用藥。與1型糖尿病不同，2型糖尿病很少發生酮症酸中毒，儘管並非聞所未聞。可能發生的一種影響是非酮症性高血糖。高血糖的長期併發症包括患心臟病、中風、截肢和腎衰竭的風險增加。

遺傳學

2型糖尿病也存在強烈的遺傳聯絡：有親屬（尤其是直系親屬）患有2型糖尿病會大大增加患2型糖尿病的風險。此外，胰島澱粉樣多肽基因的突變會導致更早發病、更嚴重形式的糖尿病。約55%的2型糖尿病患者在診斷時肥胖——慢性肥胖會導致胰島素抵抗增加，最終發展為2型糖尿病，這很可能是因為脂肪組織（尤其是腹部圍繞內臟的脂肪組織）是多種化學訊號（激素和細胞因子）的來源，這些訊號會傳遞到其他組織。其他研究表明，2型糖尿病會導致肥胖，這是由於胰島素抵抗導致的代謝變化和其他細胞行為紊亂。然而，除了任何遺傳成分外，環境因素（幾乎可以肯定的是飲食和體重）在2型糖尿病的發展中起著重要作用。從那些搬到不同環境的人群與具有相同基因庫但沒有搬到不同環境的人群相比，2型糖尿病的流行病學模式可以看出這一點。例如，移居西方發達國家的移民與發病率較低的原籍國相比。2型糖尿病的遺傳模式更強。那些有直系親屬患有2型糖尿病的人患2型糖尿病的風險要高得多，並且隨著患病親屬數量的增加而增加。單卵雙胞胎的符合率接近100%，約25%的患病者有糖尿病家族史。與患2型糖尿病顯著相關的基因包括TCF7L2、PPARG、FTO、KCNJ11、NOTCH2、WFS1、CDKAL1、IGF2BP2、SLC30A8、JAZF1和HHEX。KCNJ11（鉀內向整流通道，J亞家族，成員11）編碼胰島ATP敏感性鉀通道Kir6.2，TCF7L2（轉錄因子7樣2）調節前胰高血糖素基因表達，從而調節胰高血糖素樣肽-1的產生。此外，肥胖（它是2型糖尿病的獨立危險因素）具有很強的遺傳性。單基因形式，例如MODY，佔所有病例的1-5%。各種遺傳性疾病可能表現為糖尿病，例如肌強直性營養不良和弗裡德賴希共濟失調。沃爾夫拉姆綜合徵是一種常染色體隱性遺傳的神經退行性疾病，在兒童時期首次出現。它包括尿崩症、糖尿病、視神經萎縮和耳聾，因此縮寫為DIDMOAD。高脂肪和葡萄糖飲食以及肥胖者體內發現的高水平炎症相關細胞因子促進的基因表達會導致細胞“產生的線粒體比正常少且小”，因此容易發生胰島素抵抗。

病理生理學

胰島素抵抗意味著當存在胰島素時，身體細胞無法做出適當的反應。這是一個比1型糖尿病更復雜的問題，但有時更容易治療，尤其是在早期幾年，因為那時身體通常仍然能夠產生胰島素。管理不當的2型糖尿病會導致嚴重的併發症，包括腎衰竭、勃起功能障礙、失明、傷口癒合緩慢（包括手術切口）和動脈疾病，包括冠心病。2型糖尿病的發病率在中年和老年人中最為常見，但由於兒童肥胖和缺乏運動的增加，在青少年和年輕人中也越來越常見。一種被稱為MODY的糖尿病在青少年中越來越常見，但它被歸類為由於特定原因引起的糖尿病，而不是2型糖尿病。在2008年美國糖尿病協會的班廷演講中，DeFronzo列舉了2型糖尿病患者的八個主要病理生理學因素。病因明確的糖尿病，例如繼發於其他疾病、已知的基因缺陷、外傷或手術，或藥物的影響，更適合稱為繼發性糖尿病或由於特定原因引起的糖尿病。例如，糖尿病，如MODY或由血色病、胰腺功能不足或某些型別的藥物（例如長期使用類固醇）引起的糖尿病。

妊娠糖尿病

胰島素對葡萄糖攝取和代謝的影響。胰島素與其受體（1）結合在細胞膜上，進而啟動許多蛋白質啟用級聯反應（2）。這些包括：Glut-4 轉運蛋白易位至 質膜 和葡萄糖內流（3），糖原 合成（4），糖酵解（5）和脂肪酸 合成（6）。

妊娠糖尿病（或妊娠糖尿病，GDM）是指在妊娠期間（尤其是在妊娠第三階段），沒有被診斷出患有糖尿病的婦女出現高血糖的情況。妊娠糖尿病通常很少有症狀，最常見的診斷方法是在妊娠期間進行篩查。診斷測試會檢測血液樣本中異常高的葡萄糖水平。妊娠糖尿病影響 3-10% 的妊娠，具體比例取決於研究的人群。患有妊娠糖尿病的母親所生的嬰兒通常有更高的患病風險，如胎齡過大（可能導致分娩併發症）、低血糖和黃疸。妊娠糖尿病是可以治療的，對葡萄糖水平控制良好的女性可以有效降低這些風險。患有妊娠糖尿病的女性在妊娠後患 2 型糖尿病（或極少數情況下患有潛伏性自身免疫性糖尿病或 1 型糖尿病）的風險較高，並且發生先兆子癇和剖腹產的比例也較高；她們的後代容易患上兒童期肥胖症，並在以後的生活中患上 2 型糖尿病。大多數患者只用飲食調整和適度運動治療，但有些患者會服用降糖藥物，包括胰島素。

妊娠糖尿病的正式定義是“在妊娠期間開始或首次被發現的任何程度的葡萄糖耐受不良”。這個定義承認患者可能存在先前未診斷的糖尿病，或者可能與妊娠同時發展為糖尿病。妊娠後症狀是否消退與診斷無關。懷特分類法以普里西拉·懷特的名字命名，她在糖尿病型別對圍產期結局的影響研究中做出了開拓性貢獻，被廣泛用於評估母體和胎兒的風險。它區分了妊娠糖尿病（A 型）和妊娠前存在的糖尿病（妊娠前糖尿病）。這兩組根據其相關的風險和管理方法進一步細分。

妊娠糖尿病（在妊娠期間開始的糖尿病）有兩種亞型。

A1 型：口服葡萄糖耐量試驗（OGTT）異常，但空腹血糖水平和餐後 2 小時血糖水平正常；透過飲食調整即可控制血糖水平。

A2 型：OGTT 異常，同時空腹和/或餐後血糖水平異常；需要使用胰島素或其他藥物進行額外治療。妊娠前存在的第二組糖尿病也分為幾個亞型。

病理生理學

妊娠糖尿病的確切機制尚不清楚。GDM 的標誌是胰島素抵抗增加。人們認為妊娠激素和其他因素會干擾胰島素與其受體 胰島素受體 結合時的作用。這種干擾可能發生在胰島素受體背後的 細胞訊號通路水平上。 由於胰島素促進葡萄糖進入大多數細胞，因此胰島素抵抗會阻止葡萄糖正常進入細胞。結果，葡萄糖會停留在血液中，導致血糖水平升高。為了克服這種抵抗，需要更多的胰島素；與正常妊娠相比，胰島素的產生量大約增加了 1.5-2.5 倍。

胰島素抵抗是妊娠第二階段出現的正常現象，此後會逐漸發展到非妊娠 2 型糖尿病患者的水平。人們認為它可以確保為正在發育的胎兒提供葡萄糖供應。患有 GDM 的女性存在胰島素抵抗，她們無法透過增加胰腺 β 細胞的胰島素生成量來彌補這種情況。胎盤激素，以及在較小程度上妊娠期間增加的脂肪沉積，似乎是妊娠期間胰島素抵抗的介導因素。 皮質醇 和 孕酮 是主要原因，但人胎盤生乳素、催乳素和雌二醇也有一定的貢獻。

目前尚不清楚為什麼有些患者無法平衡胰島素需求並發展為 GDM，但與 2 型糖尿病類似，已經提出了一些解釋：自身免疫性疾病、單基因突變、肥胖和其他機制。

由於葡萄糖透過胎盤（透過由 GLUT3 轉運蛋白介導的擴散）傳遞，因此胎兒會暴露於更高的葡萄糖水平。這會導致胎兒 胰島素 水平升高（胰島素本身無法穿過胎盤）。胰島素的生長刺激作用會導致過度生長和體型過大（巨大兒）。出生後，高血糖環境消失，導致這些新生兒持續高胰島素生成，並易於出現低血糖（低血糖）。 http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gestational_diabetes&oldid=424072030 </ref>