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高糖饮食对人类来说是个坏消息，会导致糖尿病、肥胖甚至癌症。然而，果蝠靠每天吃掉相当于其体重两倍的含糖水果存活下来，甚至茁壮成长。
现在，加州大学旧金山分校的科学家们已经发现了果蝠是如何进化到消耗如此多的糖的，这对3700万美国糖尿病患者有潜在的影响。发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的研究结果指出，果蝠体内的适应性阻止了它们富含糖分的饮食变得有害。
根据美国疾病控制与预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)的数据，糖尿病是美国第八大死因，每年造成2370亿美元的直接医疗费用。
“患有糖尿病，人体不能产生或检测胰岛素，从而导致控制血糖的问题，”加州大学旧金山分校人类遗传学研究所主任、该论文的共同资深作者Nadav Ahituv博士说。“但果蝠有一个基因系统，可以控制血糖，不会失败。我们希望从这个系统中学习，为人们制造更好的胰岛素或糖感应疗法。”
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阿希图夫的团队专注于蝙蝠胰腺和肾脏的进化，胰腺控制着血糖。他们发现，与食虫蝙蝠的胰腺相比，果蝠的胰腺有额外的产生胰岛素的细胞，基因也发生了变化，有助于处理大量的糖。此外，果蝠的肾脏已经适应了，以确保从它们的水样食物中保留重要的电解质。
“即使是DNA的单个字母的微小变化，也使这种饮食对果蝠可行，”该论文的第一作者之一、加州大学旧金山分校四元组项目的近期毕业生、门洛学院生物学助理教授魏·戈登博士说。“我们需要了解像这样的高糖代谢，以帮助三分之一的美国糖尿病前期患者取得进展。”
每天，在睡了20个小时后，果蝠会醒来，花4个小时来狼吞虎咽地吃水果。然后它就回巢了。
为了了解果蝠是如何完成这一壮举的，阿赫图夫和戈登与来自多家机构的科学家合作，从韩国延世大学到纽约市的美国自然历史博物馆，他们将牙买加果蝠与只吃昆虫的大棕蝙蝠进行了比较。
研究人员分析了基因表达(哪些基因开启或关闭)和调控DNA (DNA中控制基因表达的部分)，使用了一种测量单个细胞的方法。
“这种新的单细胞技术不仅可以解释哪些器官中存在哪些类型的细胞，还可以解释这些细胞如何调节基因表达来管理每种饮食，”阿赫图夫说。
在果蝠中，胰腺和肾脏的组成为了适应它们的饮食而进化。胰腺有更多的细胞产生胰岛素(胰岛素告诉身体降低血糖)，也有更多的细胞产生胰 高血糖素(另一种主要的血糖调节激素)。与此同时，果蝠的肾脏在过滤血液时有更多的细胞来捕获稀缺的盐分。
放大来看，这些细胞中的调节DNA已经进化到开启或关闭水果代谢的适当基因。另一方面，大棕色蝙蝠有更多的细胞来分解蛋白质和保存水分。这些细胞中的基因表达被调整以处理细菌的饮食。
“胰岛素和胰高血糖素基因周围的DNA组织在两种蝙蝠之间非常明显不同，”戈登说。“基因周围的DNA过去被认为是‘垃圾’，但我们的数据显示，这种调节DNA可能有助于果蝠对血糖的突然升高或降低做出反应。”
虽然果蝠的一些生物学特征与糖尿病患者的相似，但果蝠似乎进化出了爱吃甜食的人只能梦想的东西:吃甜食不会有任何后果。
戈登说:“从像实验室老鼠这样的模式生物中退后一步，
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发现自然界中人类健康危机的可能解决方案，这是非常了不起的。”“蝙蝠已经找到了答案，这一切都在它们的DNA中，是自然选择的结果。”
这项研究得益于最近人们对研究蝙蝠以改善人类健康的兴趣激增。戈登和阿希图夫与其他近50名蝙蝠研究人员一起前往伯利兹参加一年一度的蝙蝠马拉松活动，对野生蝙蝠进行普查，并为科学提供实地样本。在这次活动中捕获的一只牙买加果蝠被用于糖代谢研究。
作为最多样化的哺乳动物家族之一，蝙蝠有许多进化胜利的例子，从它们的免疫系统到它们独特的饮食等等。
“对我来说，
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蝙蝠就像超级英雄，每一只都有惊人的超能力，无论是回声定位，飞行，吸血不凝固，还是吃水果不患糖尿病，”阿希图夫说。“这类工作仅仅是个开始。”
更多信息:Wei Gordon等人，Nature Communications(2024)。www.naturetgd/articles/s41467 - 023 - 44186 - y
由加州大学旧金山分校提供
引文:果蝠如何进化到消耗如此多的糖可能对糖尿病研究有影响(2024年1月9日)
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