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Como o açúcar entra nos neurônios se eles não usam insulina?

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Ouvi em algum lugar que, ao contrário de outras células, os neurônios não usam insulina para obter seu suprimento de açúcar.

Por que é que?

Qual é o mecanismo alternativo? Presumo que o açúcar não pode simplesmente entrar na célula sem algum tipo de ajuda de uma proteína, é verdade?


A insulina não está diretamente envolvida na absorção de açúcar. Ele acelera a absorção de açúcar por meio da regulação positiva dos transportadores de glicose e da ativação da glicogênese.

Os neurônios têm muitos transportadores de glicose, incluindo GLUT1 e GLUT3, que são responsáveis ​​pela captação de glicose.

Além disso, a insulina, sendo uma molécula endócrina, tem efeitos em todo o corpo, incluindo os neurônios. Portanto, os neurônios não precisam secretar insulina.


A maioria das células não autotróficas são incapazes de produzir glicose livre porque não têm expressão de glicose-6-fosfatase e, portanto, estão envolvidas apenas na captação de glicose e no catabolismo. Normalmente produzidos apenas nos hepatócitos, em jejum, outros tecidos como intestinos, músculos, cérebro e rins são capazes de produzir glicose após a ativação da gliconeogênese.

No Saccharomyces cerevisiae o transporte de glicose ocorre por difusão facilitada. [1] As proteínas de transporte são principalmente da família Hxt, mas muitos outros transportadores foram identificados. [2]

Nome Propriedades Notas
Snf3 sensor de baixa glicose reprimido pelo repressor de baixo nível de expressão de glicose de Hxt6
Rgt2 nível de expressão baixa do sensor de alta glicose
Hxt1 Km: 100 mM, [3] 129 - 107 mM [1] transportador de glicose de baixa afinidade induzido por alto nível de glicose
Hxt2 Km = 1,5 [1] - 10 mM [3] transportador de glicose de afinidade alta / intermediária induzido por baixo nível de glicose [3]
Hxt3 Vm = 18,5, Kd = 0,078, Km = 28,6 / 34,2 [1] - 60 mM [3] transportador de glicose de baixa afinidade [3]
Hxt4 Vm = 12,0, Kd = 0,049, Km = 6,2 [1] transportador de glicose de afinidade intermediária [3]
Hxt5 Km = 10 mM [4] Afinidade moderada pela glicose. Abundante durante a fase estacionária, esporulação e condições de baixa glicose. Transcrição reprimida pela glicose. [4]
Hxt6 Vm = 11,4, Kd = 0,029, Km = 0,9 / 14, [1] 1,5 mM [3] alta afinidade de glicose [3]
Hxt7 Vm = 11,7, Kd = 0,039, Km = 1,3, 1,9, [1] 1,5 mM [3] alta afinidade de glicose [3]
Hxt8 baixo nível de expressão [3]
Hxt9 envolvido na resistência pleiotrópica a medicamentos [3]
Hxt11 envolvido na resistência pleiotrópica a medicamentos [3]
Gal2 Vm = 17,5, Kd = 0,043, Km = 1,5, 1,6 [1] alta afinidade de galactose [3]

GLUTs são proteínas integrais de membrana que contêm 12 hélices que abrangem a membrana, com os terminais amino e carboxila expostos no lado citoplasmático da membrana plasmática. As proteínas GLUT transportam glicose e hexoses relacionadas de acordo com um modelo de conformação alternativa, [5] [6] [7] que prevê que o transportador expõe um único local de ligação de substrato para o exterior ou interior da célula. A ligação da glicose a um local provoca uma mudança conformacional associada ao transporte e libera a glicose para o outro lado da membrana. Os sítios de ligação de glicose internos e externos estão, ao que parece, localizados em segmentos transmembrana 9, 10, 11 [8] e também, o motivo DLS localizado no sétimo segmento transmembrana poderia estar envolvido na seleção e afinidade do substrato transportado. [9] [10]

Edição de Tipos

Cada isoforma do transportador de glicose desempenha um papel específico no metabolismo da glicose, determinado por seu padrão de expressão no tecido, especificidade do substrato, cinética de transporte e expressão regulada em diferentes condições fisiológicas. [11] Até o momento, 14 membros da GLUT / SLC2 foram identificados. [12] Com base nas semelhanças de sequência, a família GLUT foi dividida em três subclasses.

Classe I Editar

A classe I compreende os transportadores de glicose bem caracterizados GLUT1-GLUT4. [13]

Nome Distribuição Notas
GLUT1 Está amplamente distribuído nos tecidos fetais. No adulto, é expresso em níveis mais elevados nos eritrócitos e também nas células endoteliais dos tecidos de barreira, como a barreira hematoencefálica. No entanto, é responsável pelo baixo nível de captação basal de glicose necessária para manter a respiração em todas as células. Os níveis nas membranas celulares aumentam com a redução dos níveis de glicose e diminuem com o aumento dos níveis de glicose. A expressão de GLUT1 é regulada positivamente em muitos tumores.
GLUT2 É um transportador bidirecional, permitindo que a glicose flua em 2 direções. É expresso por células tubulares renais, células hepáticas e células beta pancreáticas. Também está presente na membrana basolateral do epitélio do intestino delgado. A bidirecionalidade é necessária nas células do fígado para captar a glicose para a glicólise e glicogênese e liberar a glicose durante a gliconeogênese. Nas células beta pancreáticas, a glicose de fluxo livre é necessária para que o ambiente intracelular dessas células possa medir com precisão os níveis de glicose sérica. Todos os três monossacarídeos (glicose, galactose e frutose) são transportados da célula da mucosa intestinal para a circulação portal pelo GLUT2. É uma isoforma de alta frequência e baixa afinidade. [12]
GLUT3 Expresso principalmente em neurônios (onde se acredita ser a principal isoforma do transportador de glicose) e na placenta. É uma isoforma de alta afinidade, permitindo seu transporte mesmo em épocas de baixas concentrações de glicose.
GLUT4 Expresso em tecidos adiposos e músculo estriado (músculo esquelético e músculo cardíaco). É o transportador de glicose regulado pela insulina. Responsável pelo armazenamento de glicose regulado pela insulina.
GLUT14 Expressado em testes similaridade com GLUT3 [12]

Editar Classes II / III

    (SLC2A5), um transportador de frutose em enterócitos (SLC2A7), encontrado no intestino delgado e grosso, [12] transportando glicose para fora do retículo endoplasmático [14] - (SLC2A9) (SLC2A11)

A maioria dos membros das classes II e III foi identificada recentemente em pesquisas de homologia de bancos de dados de EST e as informações de sequência fornecidas pelos vários projetos de genoma.

A função dessas novas isoformas transportadoras de glicose ainda não está claramente definida no momento. Vários deles (GLUT6, GLUT8) são feitos de motivos que ajudam a retê-los intracelularmente e, portanto, evitam o transporte de glicose. Se existem mecanismos para promover a translocação da superfície celular desses transportadores ainda não é conhecido, mas foi claramente estabelecido que a insulina não promove a translocação da superfície celular de GLUT6 e GLUT8.

Descoberta do co-transporte de sódio-glicose Editar

Em agosto de 1960, em Praga, Robert K. Crane apresentou pela primeira vez sua descoberta do co-transporte sódio-glicose como mecanismo de absorção intestinal de glicose. [15] A descoberta do cotransporte de Crane foi a primeira proposta de acoplamento de fluxo na biologia. [16] Crane em 1961 foi o primeiro a formular o conceito de cotransporte para explicar o transporte ativo. Especificamente, ele propôs que o acúmulo de glicose no epitélio intestinal através da membrana da borda em escova foi [é] acoplado ao transporte descendente de Na + através da borda em escova. Esta hipótese foi rapidamente testada, refinada e estendida [para] abranger o transporte ativo de uma gama diversificada de moléculas e íons em virtualmente todos os tipos de células. [17]


As células usam açúcares para se comunicar em nível molecular

O corpo humano é composto de 30 a 40 milhões de células, uma grande e complexa rede de células sanguíneas, neurônios e células especializadas que constituem órgãos e tecidos. Até agora, descobrir quais mecanismos controlam a comunicação entre eles tem se mostrado um desafio significativo para o campo da biologia celular.

A pesquisa liderada por Virgil Percec no Departamento de Química da Penn, em colaboração com os departamentos de biologia e biologia celular e do desenvolvimento da Universidade, e com as Universidades Temple e Aachen, fornece uma nova ferramenta para estudar células sintéticas com detalhes incríveis. Percec e seu grupo demonstraram o valor de seu método observando como a estrutura de uma célula determina sua capacidade de se comunicar e interagir com outras células e proteínas. Eles descobriram que as moléculas de açúcar desempenham um papel fundamental na comunicação celular, servindo como os "canais" que as células e as proteínas usam para se comunicarem. Eles publicaram suas descobertas esta semana no jornal Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Em última análise, esta pesquisa visa compreender como funcionam as membranas celulares", diz Percec. "As pessoas tentam entender como as células humanas funcionam, mas é muito difícil de fazer. Tudo na célula é como um líquido e isso torna difícil analisá-lo por métodos de rotina."

Os biólogos celulares têm historicamente usado a difração para estudar as células. Isso envolve separá-los e tirar fotos em nível atômico de partes individuais, como proteínas. O problema com essa abordagem, entretanto, é que ela não permite o estudo da célula como um todo. Métodos mais novos, como a microscopia de fluorescência, permitem que os pesquisadores estudem células inteiras, mas essas ferramentas são complicadas e não fornecem a visão de alta resolução que a difração pode.

Usando células sintéticas projetadas como um sistema modelo, o autor principal Cesar Rodriguez-Emmenegger, um ex-membro do grupo Percec, agora em Aachen, descobriu uma maneira de estudar diretamente as membranas celulares usando um método chamado microscopia de força atômica. Essa abordagem gera varreduras de resolução extremamente alta que revelam formas e estruturas em uma escala de menos de um nanômetro, quase 10.000 vezes menor que a largura de um cabelo humano. O grupo de Percec então construiu um modelo que calcula como as imagens estruturais se relacionam com a função da célula.

O estudo é o primeiro exemplo de um método semelhante à difração que pode ser feito em células sintéticas inteiras. Usando esse novo método, o grupo de Percec descobriu que uma concentração mais baixa de açúcares na superfície da membrana celular levou ao aumento da reatividade com proteínas nas membranas de outras células.

Um dos objetivos de Percec é descobrir como controlar a comunicação célula a célula e a função celular, que está ligada ao trabalho contínuo de seu grupo na criação de células híbridas compostas de partes de células humanas e bacterianas. Embora seu grupo tenha estudado imitações de membrana celular e sistemas de engenharia desde 2010, a descoberta deste novo método semelhante à difração foi, como Percec descreve, um "acidente de sorte".

"Abordamos problemas para os quais outras pessoas dizem que não há solução. Você não pode fazer um grande avanço da noite para o dia", diz Percec. "Todas essas pessoas em nossa equipe são talentosas e têm a maquinaria necessária para resolver os vários problemas ao longo do caminho que unem a história."


Como o açúcar entra nos neurônios se eles não usam insulina? - Biologia

O metabolismo do açúcar é o processo pelo qual a energia contida nos alimentos que comemos é disponibilizada como combustível para o corpo. As células do corpo humano podem usar a glicose diretamente para obter energia, e a maioria das células também pode usar ácidos graxos para obter energia. A glicose e a frutose são metabolizadas de maneiras diferentes e, quando consumidas em excesso, podem ter implicações diferentes para a saúde.

Olhando para a glicose primeiro & ndash quando o alimento é consumido, há um aumento correspondente e subsequente queda no nível de glicose no sangue, pois a glicose é absorvida do trato gastrointestinal para o sangue e então levada para as células do corpo.

A glicose no sangue estimula o pâncreas a liberar insulina, que então desencadeia a captação de glicose pelas células do corpo (por exemplo, células musculares), fazendo com que a glicose no sangue volte aos níveis básicos. A insulina desliga a queima de gordura e promove a queima de glicose como fonte primária de combustível do corpo. Qualquer excesso de glicose acaba sendo armazenado como glicogênio nos músculos e também pode ser armazenado como lipídio no tecido adiposo.

A frutose também é levada para o sangue a partir do intestino, mas, neste caso, o fígado atua como um órgão de pré-processamento que pode converter a frutose em glicose ou gordura. O fígado pode liberar a glicose e a gordura no sangue ou armazená-las como depósitos de glicogênio ou gordura, que, se os açúcares forem consumidos em excesso, podem causar doença hepática gordurosa e também aumentar o risco de diabetes e doenças cardiovasculares.

Existem também alguns efeitos de interação observados entre a glicose e a frutose, em que a glicose permite a absorção da frutose no intestino, enquanto a frutose pode acelerar a captação e o armazenamento de glicose no fígado.

Se o açúcar vier com sua fibra inerente (como com frutas inteiras), até 30% desse açúcar não será absorvido. Em vez disso, será metabolizado pelos micróbios no intestino, o que pode melhorar a diversidade microbiana e ajudar a prevenir doenças. A fibra também significará um aumento mais lento da glicose no sangue, o que demonstrou ter efeitos positivos para a saúde.

É fácil consumir açúcar em excesso

É fácil consumir em excesso o açúcar em sucos e bebidas doces, pois eles contêm principalmente água e açúcar. Um copo de suco de laranja pode conter açúcar concentrado de cinco ou seis laranjas inteiras. E embora seja fácil beber tanto açúcar, é menos provável que você coma tantas laranjas de uma só vez.

Os refrigerantes não fazem você se sentir satisfeito tão rapidamente quanto os alimentos. Isso os torna fáceis de consumir em excesso. E um pequeno refrigerante contém nove colheres de chá de açúcar adicionado, portanto, beber apenas uma lata significa que você quase atingiu a ingestão máxima recomendada para todo o dia.

Doença hepática

Um termo amplo que significa qualquer processo corporal em que o fígado é lesado ou não funciona como deveria. Neste site, nos concentramos em doenças do fígado em que a dieta prejudica o fígado

Açúcar adicionado

Qualquer açúcar adicionado na preparação de alimentos, seja à mesa, na cozinha ou na planta de processamento. Isso pode incluir sacarose, xarope de milho com alto teor de frutose e outros.

Diabetes mellitus

Geralmente abreviado para apenas diabetes. Às vezes chamado de diabetes do açúcar. Veja Diabetes tipo 1 e Diabetes tipo 2 para obter mais informações

Ácidos graxos

Um tipo de gordura em nosso corpo e em nossa alimentação. Três ácidos graxos são combinados com outro químico chamado glicerol para formar um triglicerídeo.

Açúcares

Os açúcares são substâncias químicas feitas de carbono, hidrogênio e oxigênio, de sabor doce, e são encontradas nos alimentos. Eles são uma parte importante do que comemos e bebemos e de nossos corpos. Neste site, açúcar é usado para significar açúcares simples (monossacarídeos), como frutose ou glicose, e dissacarídeos, como açúcar de mesa (sacarose). A sacarose são dois açúcares simples unidos, por exemplo (ver Açúcar de mesa). Os açúcares são um tipo de carboidrato. Os carboidratos são fontes de energia para o nosso corpo. Os açúcares entram na corrente sanguínea muito rapidamente após serem ingeridos.

Glicose

A glicose é um açúcar que comemos. É encontrado no amido. É o principal combustível de nossos corpos. É o açúcar medido quando fazemos um exame de sangue para medir o açúcar no sangue.

Pâncreas

O pâncreas é um órgão interno que nos ajuda a digerir nossos alimentos, produzindo insulina e outros produtos químicos.

Um dos três principais grupos de nutrientes que comemos. Muito deste site está relacionado a problemas associados ao armazenamento excessivo de gordura no corpo. Cada grama de gordura produz 9 calorias de energia se queimada pelo corpo como combustível. A gordura pode ser armazenada em vários locais do corpo. Geralmente pensamos na gordura como sob a pele (subcutânea), mas a gordura que pode ser mais prejudicial para nós é a gordura armazenada no fígado e ao redor dos órgãos do abdômen (intra-hepática e visceral ou abdominal ou intra-abdominal)

Frutose

Um açúcar que comemos. Também chamado de açúcar de frutas. A maior parte da frutose vem na forma de sacarose (açúcar de mesa, açúcar de cana, açúcar de beterraba) ou xarope de milho com alto teor de frutose.

Fígado

O maior órgão interno. Ele pesa cerca de três a quatro libras e está localizado sob a borda inferior das costelas do lado direito. Ajuda-nos a digerir a comida e a remover toxinas do sangue. "Hepat" em uma palavra significa fígado, então uma "hepatotoxina" é um veneno do fígado ou algo que pode causar danos ao fígado

Insulina

A insulina é um mensageiro liberado pelo pâncreas após a alimentação, que desvia a energia (glicose ou triglicerídeos) do sangue para as células de gordura para armazenamento. A insulina é administrada a algumas pessoas com diabetes para reduzir a glicose no sangue, ela deixa o sangue e entra na célula de gordura para armazenamento.

A SugarScience é a fonte confiável de informações científicas baseadas em evidências sobre o açúcar e seu impacto na saúde.


Digestão de açúcares reais vs. artificiais

Quando comemos açúcar, ele passa do sistema digestivo para a corrente sanguínea, aumentando nossos níveis de açúcar no sangue. O pâncreas tem a função de secretar hormônios (como a insulina) no sangue para regular os níveis de açúcar no sangue. O pâncreas é como uma fábrica que transforma açúcares em algo que nosso corpo pode usar, e a fábrica fica mais lenta quando o açúcar ou adoçante não nos fornece muita energia. Os adoçantes artificiais não aumentam os níveis de açúcar no sangue ou a produção de insulina, como fazem os açúcares reais. Isso faz com que o pâncreas responda de maneira diferente aos açúcares artificiais, porque eles não dão ao pâncreas quase nada para responder. O consumo de adoçantes artificiais pode, portanto, levar ao funcionamento anormal do pâncreas e aos níveis de insulina, além de alterações em outras funções que afetam nosso metabolismo, o que pode nos colocar em risco de doenças relacionadas, como diabetes tipo 2.

Todos nós temos microorganismos em nosso sistema digestivo que ajudam a decompor os alimentos que comemos. Juntos, eles são chamados de microbiota intestinal. A microbiota intestinal reage de maneira diferente aos adoçantes artificiais do que ao açúcar real. Esses organismos se tornam menos capazes de quebrar açúcares reais quanto mais são expostos a adoçantes artificiais. Um estudo realizado em ratos mostrou que o consumo de um adoçante artificial levou a mudanças na microbiota intestinal que diminuiu a capacidade dos ratos de digerir açúcares [5]. Não ser capaz de quebrar os açúcares é uma coisa ruim, porque essa mudança na microbiota pode alterar a quantidade de nutrientes que o corpo é capaz de tirar dos alimentos que comemos. Isso significa que podemos não obter as vitaminas e minerais de que precisamos, mesmo quando comemos os alimentos certos.


Por que a insulina, e não a glicose, é mais importante para o diabetes tipo 2

O Dr. Benjamin Bikman fez esta comparação vigorosa durante a segunda conferência anual Metabolix. A conferência está online este ano, mas é baseada em Israel e é dedicada a consertar a saúde metabólica global.

Dr. Benjamin Bikman

Dr. Bikman é um especialista amplamente reconhecido em resistência à insulina. Ele é professor de Fisiologia e Biologia do Desenvolvimento na Brigham Young University. Sua palestra na Metabolix 2021 - “Mudando o interruptor: da resistência à insulina para o diabetes” - discutiu as mudanças precisas que ocorrem durante a transição da mera resistência à insulina e pré-diabetes para o diabetes tipo 2 totalmente desenvolvido.

Ele não é o primeiro especialista a questionar o uso de insulina exógena em pacientes com DM2 - Dr. Mariela Glandt, colaboradora da ASweetLife e uma das organizadoras da conferência Metabolix, levantou questões semelhantes. A estatura do Dr. Bikman no campo e a ousadia de sua apresentação tornam sua afirmação especialmente notável.

O Paradigma Glucocêntrico

O Dr. Bikman descreveu o diabetes tipo 2 como “uma doença da resistência à insulina” que infelizmente é definida e diagnosticada pela medição da glicose no sangue, em vez da própria resistência à insulina. Como resultado, toda a condição é tipicamente vista através de um “paradigma glicocêntrico”, uma perspectiva errônea que tem consequências desastrosas para milhões de pessoas que vivem com ela.

“O problema é que a verdadeira letalidade do diabetes não é baseada na glicose. Não estou dizendo que a glicose não é relevante ... Mas os verdadeiros assassinos são realmente derivados da insulina. ”

A resistência à insulina, a causa fundamental da diabetes tipo 2, é considerada com menos frequência do que a glicose no sangue. O açúcar no sangue é rápido e fácil de medir e quase universalmente usado para avaliar a progressão da doença e a eficácia do seu tratamento. Muitos médicos, portanto, almejam incorretamente as reduções na glicose no sangue como o objetivo final da terapia e priorizam uma glicose mais baixa "a qualquer custo". De longe, o remédio mais poderoso para baixar a glicose é a insulina. Inevitavelmente, os médicos acabam “aumentando a insulina a níveis superfisiológicos”, o que reduzirá a glicose a curto prazo, mas exacerbará significativamente a disfunção fundamental que originou o diabetes.

“A terapia com insulina em um diabético piora a resistência à insulina. Quando administramos insulina a um paciente com diabetes tipo 2, estamos deixando-o mais gordo e doente do que antes. ”

Resistência à insulina e pré-diabetes

Infelizmente, o paradigma glicocêntrico tem consequências nos primeiros estágios da progressão do diabetes tipo 2: “nossa falha em medir a própria insulina significa que falhamos em detectar a resistência à insulina em seus estágios iniciais”.

O diabetes tipo 2 é finalmente diagnosticado depois que os níveis de glicose se tornam persistentemente elevados. Este pode ser o primeiro momento em que um médico percebe os problemas metabólicos de um paciente, mas, na verdade, o aumento da glicose no sangue é apenas um dos estágios finais de uma longa progressão da doença. O paciente médio recém-diagnosticado com DM2 provavelmente já sofre de resistência à insulina crescente e seus efeitos em cascata há anos.

Mesmo antes de uma pessoa ter pré-diabetes identificável, ela pode ter níveis de insulina mais altos do que o normal, uma condição que quase nunca é identificada durante um check-up de rotina. Embora neste estágio inicial o corpo seja capaz de produzir insulina extra para compensar a resistência à insulina, esses níveis elevados de insulina simplesmente aceleram o declínio da sensibilidade à insulina. “Qualquer estímulo incessante para uma célula resultará em resistência a esse estímulo.”

O Dr. Bikman afirma que a resistência à insulina começa nas células de gordura. As células de gordura resistentes à insulina tornam-se aumentadas e superestimuladas, e começam a vazar citocinas e outras substâncias inflamatórias por todo o corpo. A resistência à insulina se espalha. No momento em que os níveis de glicose no sangue começaram a subir, “a resistência à insulina se espalhou para três outros tecidos: o músculo, o fígado e o pâncreas”.

Quando esses novos tecidos começam a desenvolver resistência à insulina, a progressão da doença é realmente uma bola de neve. Os músculos, “o principal consumidor de glicose”, perdem a capacidade de absorver a glicose na corrente sanguínea. O fígado, que normalmente armazena glicose na forma de glicogênio, começa a fazer exatamente o oposto, liberando glicogênio quando não é necessário. E no pâncreas, quando as células alfa se tornam resistentes à insulina, elas liberam outra forma de glicose armazenada, o glucagon. Todas essas disfunções têm o mesmo efeito: aumentar a glicose no sangue.

Este resumo mal arranha a superfície do que está acontecendo. “Literalmente, cada célula tem um receptor de insulina”, e muitos mais do que os tecidos mencionados acima começarão a funcionar mal quando tocados pela resistência à insulina. O resultado final, na opinião do Dr. Bikman, é que a principal causa do diabetes tipo 2 - a única condição necessária que desencadeia essa longa e incrivelmente complicada reação em cadeia - são os níveis elevados de insulina.

Como corrigir a resistência à insulina

“Eu acredito fortemente que a melhor maneira de diminuir a resistência à insulina é diminuir a própria insulina.”

O Dr. Bikman defende o uso de uma dieta pobre em carboidratos para reduzir naturalmente os níveis de insulina no corpo. Os carboidratos são, de longe, o estímulo que estimula a produção de insulina de maneira mais confiável e dramática. Comer menos carboidratos de forma simples e imediata reduz os níveis de insulina em todo o corpo.

Ele compartilhou os resultados de vários estudos comparando as dietas com baixo teor de carboidratos às dietas tradicionais com pouca gordura ou com restrição calórica. Nesses experimentos, a dieta baixa em carboidratos resultou em melhorias maravilhosas tanto no nível de insulina em jejum quanto na resistência à insulina. A dieta com baixo teor de gordura não teve esse sucesso e, às vezes, foi exatamente o oposto: “Há mais de 30 anos sabemos que o conselho dietético convencional para diabéticos pode piorar a situação”.

O Dr. Bikman tem dúvidas sobre o uso de produtos farmacêuticos para diabetes tipo 2: “Em minha opinião, nunca devemos procurar um medicamento para resolver a resistência à insulina ou diabetes tipo 2”. A metformina e as pílulas antiinflamatórias de baixa dosagem (como a aspirina) também podem ajudar com o diabetes tipo 2, mas “a metformina é apenas metade tão eficaz quanto as estratégias de estilo de vida modestas”.

Tivemos a sorte de entrevistar o Dr. Bikman no ano passado, após o lançamento de seu livro, Por que ficamos doentes, e pode recomendar seu livro para obter mais detalhes sobre como a resistência à insulina afeta nossa saúde e como evitá-la.

Ross Wollen

Ross Wollen é um chef e escritor que mora na região de Midcoast do Maine. Antes de se mudar para o leste, Ross era um veterano da cena de restaurantes e comida artesanal da Bay Area, ele também trabalhou como consultor de segurança alimentar. Como chef executivo da Belcampo Meat Co., Ross ajudou a lançar a mania do caldo de osso. Desde seu diagnóstico de diabetes tipo 1 em 2017, ele se concentrou em explorar o potencial do cozimento naturalmente com baixo teor de carboidratos.


Insulina e o Fígado

Grande parte da glicose absorvida na corrente sanguínea é colocada nas células do fígado, também conhecidas como hepatócitos. Os hepatócitos têm a responsabilidade primária de transformar a glicose em sua forma de armazenamento, um longo polímero conhecido como glicogênio.

A insulina afeta o fígado de várias maneiras. Ele provoca a ativação da hexoquinase, que é uma enzima que fosforila a glicose de modo que ela se torna incapaz de deixar as células. A insulina também ativa outras enzimas necessárias para o armazenamento de glicogênio no fígado. Duas dessas enzimas são chamadas de glicogênio sintase e fosfofrutocinase. Em seu papel geral no fígado, a insulina é responsável pelo armazenamento de glicose no fígado.


Como funciona a insulina

A insulina é o hormônio de armazenamento de energia. Depois de uma refeição, ajuda as células a usar carboidratos, gorduras e proteínas conforme necessário e a armazenar o que resta (principalmente como gordura) para o futuro. O corpo quebra esses nutrientes em moléculas de açúcar, moléculas de aminoácidos e moléculas de lipídios, respectivamente. O corpo também pode armazenar e remontar essas moléculas em formas mais complexas.

Metabolismo de carboidratos

Os níveis de açúcar no sangue aumentam quando a maioria dos alimentos é consumida, mas sobem mais rápida e dramaticamente com os carboidratos. O sistema digestivo libera glicose dos alimentos e as moléculas de glicose são absorvidas pela corrente sanguínea. Os níveis crescentes de glicose sinalizam ao pâncreas para secretar insulina para limpar a glicose da corrente sanguínea.

Para fazer isso, a insulina se liga a receptores de insulina na superfície das células, agindo como uma chave que abre as células para receber glicose. Os receptores de insulina existem em quase todos os tecidos do corpo, incluindo células musculares e células de gordura.

Os receptores de insulina têm dois componentes principais - as porções externa e interna. A parte externa se estende para fora da célula e se liga à insulina. A parte interna então sinaliza à célula para que os transportadores de glicose saiam e recebam a glicose. À medida que os níveis de açúcar no sangue e de insulina diminuem, os receptores se esvaziam e os transportadores de glicose voltam para a célula.

Quando o corpo está funcionando normalmente, a glicose derivada dos carboidratos ingeridos é eliminada rapidamente por meio desse processo. No entanto, quando não há insulina ou níveis muito baixos de insulina, isso não acontece, levando a níveis elevados de glicose no sangue sustentados.

O excesso de açúcar no sangue também ocorre quando as células não conseguem usar a insulina de maneira adequada. A resistência à insulina pode ser devido a um problema com o formato da insulina (impedindo a ligação do receptor), não ter receptores de insulina suficientes, problemas de sinalização ou transportadores de glicose que não funcionam corretamente. Além disso, a resistência à insulina pode ocorrer como resultado do excesso de gordura corporal.

Metabolismo lento

A insulina tem um efeito importante no metabolismo da gordura. Após uma refeição, a insulina faz com que as gorduras e glicose ingeridas "extras" sejam armazenadas como gordura para uso futuro. A insulina também desempenha um papel fundamental na função hepática e nas células de gordura.

Função do fígado

A insulina estimula a criação e armazenamento de glicogênio da glicose. Níveis elevados de insulina fazem com que o fígado fique saturado com glicogênio. Quando isso acontece, o fígado resiste a mais armazenamento.

Em seguida, a glicose é usada para criar ácidos graxos que são convertidos em lipoproteínas e liberados na corrente sanguínea. Estes se decompõem em ácidos graxos livres e são usados ​​em outros tecidos. Alguns tecidos os usam para criar triglicerídeos.

A insulina interrompe a quebra da gordura e previne a quebra dos triglicerídeos em ácidos graxos. Quando a glicose entra nessas células, ela pode ser usada para criar um composto chamado glicerol.

O glicerol pode ser combinado com o excesso de ácidos graxos livres do fígado para formar triglicerídeos. Isso pode fazer com que os triglicerídeos se acumulem nas células de gordura.

Metabolismo de proteínas

A insulina ajuda os aminoácidos das proteínas a entrarem nas células. Sem a produção adequada de insulina, esse processo é prejudicado, dificultando o aumento da massa muscular.

A insulina também torna as células mais receptivas ao potássio, magnésio e fosfato. Conhecidos coletivamente como eletrólitos, esses minerais ajudam a conduzir eletricidade dentro do corpo. Ao fazer isso, eles influenciam:

Um desequilíbrio eletrolítico pode ser agravado por níveis elevados de açúcar no sangue, pois isso pode causar micção excessiva (poliúria), o que faz com que você perca mais água e eletrólitos.


Açúcar no sangue 101

A maioria de nós já ouviu o termo açúcar no sangue difundido o suficiente para pensar que sabemos o que significa, mas poucos de nós realmente entendem a complexidade do sistema que torna um suprimento constante de combustível disponível para nossas células o tempo todo.

Os fatos básicos são os seguintes: Todos os animais têm uma pequena quantidade de um açúcar simples chamado glicose flutuando em sua corrente sanguínea o tempo todo. Este açúcar simples é um dos dois combustíveis que as células do corpo podem queimar como combustível. O outro é gordo. Embora você possa ocasionalmente comer glicose pura - é chamada de & quotdextrose & quot quando é encontrada na lista de ingredientes em um rótulo de comida dos EUA - a maior parte da glicose em seu sangue não vem da ingestão de glicose. É produzido quando o sistema digestivo quebra as moléculas maiores de açúcares complexos e amido. Açúcares como os encontrados no açúcar de mesa, xarope de milho, leite e frutas e os amidos encontrados na farinha, batata, arroz e feijão contêm cadeias de glicose que estão ligadas a outras substâncias. Durante a digestão, as enzimas quebram essas ligações e liberam as moléculas de glicose que são então absorvidas pela corrente sanguínea.

Como o açúcar no sangue é medido

As concentrações de açúcar no sangue são descritas usando um número que descreve o peso da glicose que é encontrado em um volume específico de sangue. Nos EUA, essa medida é miligramas por decilitro, que é abreviado como & quotmg / dl. & Quot. Europeus e quase todos os pesquisadores que publicam em revistas médicas usam uma medição diferente, micromoles por litro, abreviado como & quotmmol / L. & quot

Você pode converter qualquer medida europeia que encontrar para o padrão americano, multiplicando o número mmol / L por 18. Há um prático conversor online que fará isso para você automaticamente. Você o encontrará em http://www.childrenwithdiabetes.com/converter.htm

Se um exame de sangue disser que seu açúcar no sangue é de 85 mg / dl, isso significa que há 85 miligramas de glicose em cada decilitro de seu sangue. Isso significaria que cada litro de sangue conteria 850 miligramas ou 0,85 de grama de glicose. O corpo de uma pessoa com peso de 150 libras contém cerca de 4,7 litros de sangue. Portanto, se o açúcar no sangue foi medido em 85 mg / dl, no momento em que foram medidos, eles tinham um total de 4 gramas de glicose circulando na corrente sanguínea. Isso equivaleria a 16 calorias de glicose ou a mesma quantidade de glicose que há em dois discos de doces da marca & quotSweetart & quot.

How Your Blood Sugar Levels are Regulated

However, the concentration of glucose in your blood is never static. Your cells are constantly slurping up that blood glucose and burning it for fuel, forcing your liver and pancreas work full time to replace it. Replacing the glucose removed from your bloodstream is essential. It almost as important as keeping the level of oxygen in your blood just right. This is because your brain requires a small but steady supply of glucose at all times and will stop functioning if it doesn't get it. So sensitive is your brain its need for glucose that if the concentration of glucose in your blood stream goes below 30 mg/dl (1.7 mmol/L) you may become unconscious or even die.

Fortunately, there are a number of robust processes built into your metabolism that prevent this from ever happening. Unless you have one of a few extremely rare tumors that affect your glands or are taking one of the few drugs that cause your body to secrete insulin whether or not it is needed, you need never worry that your blood sugar will ever drop anywhere near low enough to cause unconsciousness. A complex set of metabolic processes orchestrated by your pancreas, liver and brain release a constant stream of glucose into your bloodstream at all times. If the systems that regulate your blood sugar are completely normal, the amount of glucose they release is just enough to replace the glucose your cells have removed and burnt for fuel. If they are not, the amount of glucose released might be more than enough, but it will never be life-threateningly less.

Your body gets this replacement glucose from several different sources. Most of the starch and sugar you eat turns into glucose when it is digested. This glucose goes right from your digestive system your bloodstream. Some of the glucose you can't burn off immediately is converted into a storage form called "glycogen" and stored in your liver and muscles. Average bodies can store about 190 grams of glycogen, though some interesting but long-neglected research has found that some people store a great deal more. That typical 190 grams of glucose is worth 360 calories. The body can draw on it anytime it needs some extra glucose fast.

If you were to burn off all this stored glycogen, your body would still be able to ensure that there was enough glucose circulating in your bloodstream at all times by switching into a mode where most of your cells start burning fat instead of glucose. Then to provide the small amount of glucose that your neurons need, since those brain cells are the only ones in your body that can't burn fat, your liver would transform protein into glucose. This protein might come from protein foods you ate--meat or cheese, for example. But if you were unable to eat, or did not eat enough protein, the protein needed to provide the brain its glucose would be taken from your own muscle tissue. It is because your body can "eat" your muscle tissues in this way that starvation diets and diets that are too low in protein result in a dangerous loss of muscle tissue.

The Fasting and Post-Meal Blood Sugar State

Though blood sugar concentrations fluctuate throughout the day, they can be divided into two basic states. One is the fasting state and the other is the post-meal state. The term "post-meal" is latinized English for "after dining" and refers to the period that follows after you have eaten food.

The Fasting State

You are in the fasting state any time when digestion has been completed. It occurs at night while you sleep. You may also enter the fasting state three hours after you have last eaten. However, if you snack between meals and after dinner you may not re-enter the fasting state while you are awake.

In the fasting state your liver keeps your blood sugar concentration at a normal level by continually releasing small amounts of glucose from the glycogen it has stored after meals or by producing new glucose from protein.

The concentration of the hormone insulin in your blood is the signal which tells the liver whether it needs to dump glucose into the blood. Insulin is released by special cells in the pancreas, the beta-cells, when they sense a rising level of glucose in the blood. When there is no new glucose coming into the blood stream from digestion, little insulin is released.

A normal, healthy liver is also sensitive to insulin levels. The less circulating insulin it senses in the blood stream, the harder the liver will work to put more glucose into the blood. In a healthy person, the liver keeps the fasting blood sugar concentration near 85 mg/dl (4.7 mmol/L) at all times.

The Post-Meal State

You remain in the fasting state until you eat some food containing carbohydrates. After eating, any pure glucose that was present in your food will be absorbed into your bloodstream within fifteen minutes. Other carbohydrates will require digestion. Those that digest quickly--the so-called "high glycemic carbs" like white flour or sugar--typically take between a half hour and an hour enter your bloodstream. Slower acting carbohydrates like whole grains or pasta may take an hour to two or even, in the case of some hard-wheat pastas, three hours to release their glucose into your blood.

During this post-meal state, the concentration of glucose in your blood will begin to rise as the glucose liberated from your food comes pouring in. But in a healthy body, this rise is brief and not very high.

That is because as soon as the concentration of glucose in your body starts to rise, it stimulates the insulin secreting cells in your pancreas, called beta-cells, to produce a large burst of a hormone called insulin. Insulin's function is to activate receptors on your body's cells. This enables these cells to remove the circulating glucose molecules from your bloodstream and either burn them for fuel or store them for future use.

Insulin

Insulin is powerful stuff. To get an idea of how powerful, consider this. If a person who weighed 140 lbs made no insulin at all, every gram of carbohydrate they ate would raise their blood sugar by 5 mg/dl (.3 mmol/). That means if they were to eat a typical coffee shop bagel which contains about 60 grams of carbohydrate, the glucose in that bagel would raise their blood sugar some 300 mg/dl (16.7 mmol/L). If their fasting blood sugar was a normal 85 mg/dl before they ate that bagel, by the time they had finished digesting it their blood sugar would rise to a whopping 385 mg/dl (21.4 mmol/L).

But in a normal person that doesn't happen. If a person with normal blood sugar control were to check their blood with a portable blood sugar meter every ten minutes throughout the three hours that followed their first bite of that bagel, the highest blood sugar concentration they'd be likely to see would almost certainly be under 140 mg/dl (7.8 mmol/L)--and perhaps a lot lower. This blood sugar peak would probably occur about half an hour after they ate the bagel. By an hour after they'd eaten their bagel their blood sugar would probably have dropped to a value near 100 mg/dl (5.6 mmol/L), though it might even have sunk back even lower, to their fasting value of 85 mg/dl. In any case, two hours after they'd eaten, the whole 60 grams of carbohydrate present in the bagel--an amount that could have raised their blood sugar some 300 mg/dl if they did not produce insulin--would have been hustled off into their cells without making a significant change in their blood sugar concentration. That's what insulin can do.

Diabetic Post-Meal Blood Sugar Response

Now let's look at an example of what happens when a person's blood sugar is not normal. Suzy and Tom both have abnormally high post-meal blood sugars. Both meet the diagnostic criteria for type 2 diabetes, though because Suzy's fasting blood sugar is normal, her doctor would probably tell her that she is normal or perhaps that she is prediabetic. Tom's blood sugar has deteriorated so badly his doctor would diagnose him as diabetic based solely on a fasting test.

If Suzy and Tom were to each eat a bagel containing 60 grams of carbohydrate, about half an hour after they ate that bagel, the concentration of glucose in their bloodstreams would also start to climb. But unlike what happened to our normal person, it would not start coming down half an hour after they ate. Instead, their blood sugar concentrations would go higher and higher until it would eventually reach a peak.

Suzy and Tom would experience differing peak concentrations and they may occur at different times after they eat even though could be diagnosed with the same disorder--Type 2 diabetes. That is because their bodies produce different amounts of insulin and their cells also differ in how well they can respond to that insulin. An hour after eating the bagel, the concentration of glucose in Suzy's blood might rise to 220 mg/dl, while Tom's blood sugar might rise to 275 mg/dl. During the second hour after eating, Suzy's blood sugar might drift down to 180 mg/dl, while Tom's might keep climbing to 340 mg/dl --a value very close to that which a person would reach if their body produced no insulin at all.

During the third hour, Tom's blood sugar might finally start coming down while Suzy's would be close to a normal value. Finally, four long hours after eating the bagel, assuming they'd had nothing else to eat, Suzy might have a blood sugar concentration of 98 mg/dl, which is also the fasting level she noted when she measured her blood sugar the first thing in the morning. Tom's blood sugar might be much higher at 165 mg/dl. This is much higher level than Suzy's fasting level, but it is lower than Tom's fasting level which is a relatively high 175 mg/dl.

Even though Suzy and Tom's post-meal blood sugar values reach levels high enough to be diagnosed as diabetic, they do eventually come back down. Because they end up a lot lower than the 385 mg/dl level their blood sugars would have reached if their bodies did not produce any insulin at all, it's clear that that their bodies are still producing some insulin, though it is just as clear, especially in Tom's case, that insulin is not working very well.

The graph below shows how blood sugar in people like this might behave through and entire day.


This Is Exactly What Happens To Your Body When You Eat A Ton Of Sugar

As mouth-watering as a sugar-laden sundae or icing-topped cupcake is, we should all know by now that sugar isn't exactly healthy. In fact, it may be one of the worst things you can eat (that is, if you're trying to live a long, healthy life).

One study from UC San Francisco actually found that drinking sugary drinks like soda can age your body on a cellular level as quickly as cigarettes. The way the sweet stuff impacts your body is way more complex than just causing weight gain. In fact, when you eat a ton of sugar, almost every part of your body feels the strain—and that's bad news for your health in both the short term and especially the long term.

From an initial insulin spike to upping your chances of kidney failure down the road, this is what really happens in your body when you load up on sugar.

Eating sugar creates a surge of feel-good brain chemicals dopamine and serotonin. So does using certain drugs, like cocaine. And just like a drug, your body craves more after the initial high. "You then become addicted to that feeling, so every time you eat it you want to eat more," explains Gina Sam, M.D., M.P.H., director of the Gastrointestinal Motility Center at The Mount Sinai Hospital.

"Once you eat glucose, your body releases insulin, a hormone from your pancreas," Dr. Sam explains. The insulin's job is to absorb the excess glucose in the blood and stabilize sugar levels.

Once the insulin does its job, your blood sugar drops again. Which means you've just experienced a sugar rush, and then a drastic drop, leaving you feeling drained. "That's the feeling you get when you've gone to the buffet and you've overdone it, and all you can do is lie on the couch," explains Kristen F. Gradney, R.D., Director of Nutrition and Metabolic Services Our Lady of the Lake Regional Medical Center, and spokesperson for the Academy of Nutrition and Dietetics.

Feeling sluggish all the time, or always being hungry or thirsty can all be signs you've been binging on a little too much sugar. "Your body's physiologic response is to send out enough insulin to deal with all the sugar and that can have a sluggish effect," Gradney explains. "Additionally, if you are only eating simple sugars, you will feel hungry and tired because you are not getting enough of the other nutrients to sustain your energy," like protein and fiber.

The equation is pretty simple: Excess sugar equals excess calories equals excess weight in the form of fat. Not only do high sugar foods pack a ton of calories into a small amount, but they contain almost no fiber or protein—so you often end up eating much more before you feel full. Dangerous cycle. "If you're just eating sugar, you may be gaining weight but still feeling hungry," Gradney says. She adds that you could easily gain a pound over the course of a week from eating one candy bar and one 20-ounce soda (that's 500 extra calories) each day.

Our high-sugar diets are a big part of why more than one-third of American adults are clinically obese.

When you're overweight or obese, your cells can become resistant to the normal effects of insulin (for reasons that aren't 100 percent understood), and struggle to absorb glucose from the blood to use for energy. So your pancreas goes into overdrive to produce more insulin. But despite the excess insulin trying to do its job, the cells still do not respond and accept the glucose—which ends in excess sugar floating around in your bloodstream, with nowhere else to go. Above-normal blood glucose levels is called prediabetes. When blood sugar levels reach even higher, that's type 2 diabetes.

One of the liver's functions is regulating blood sugar levels. Your cells use the glucose in your blood for energy, and your liver takes the excess and stores it in the form of glycogen. When your cells need energy later, like in between meals, the liver will release glucose back into the bloodstream.

"If you exceed this amount, it turns into fatty acids and that's when you get fat deposits in the liver," Sam explains. That can lead to nonalcoholic fatty liver disease, a condition when your body contains more fat than it can metabolize, causing it to accumulate in the liver cells. (Sugar isn't the sole cause, but glycogen storage is a big contributor, as is any sugar-induced weight gain.) "Fatty liver can develop within a five-year period," Gradney explains. But it can happen even quicker based on your dietary habits and genetic predisposition to insulin resistance. If it progresses, it can eventually lead to liver failure down the road. Your love of soda isn't really worth that, is it?

Trying to pump blood full of sugar through blood vessels is basically like pumping sludge through a teeny tiny pipe. "The pipes will finally get tired. That's what happens with your vessels," Gradney explains. So any area relying on small blood vessels can become affected—kidneys, brain, eyes, heart. "It can lead to chronic kidney disease or kidney failure, high blood pressure, and you have an increased risk of stroke if you have high blood pressure."

In addition to slathering on fancy anti-aging serums and SPF, cutting back on sugar can help skin look younger for longer. "The collagen and elastin fibers in the skin are affected by a lot of sugar in the bloodstream," explains dermatologist Debra Jaliman, M.D. Through a process called glycation, glucose attaches to proteins in the body. This includes collagen and elastin, the proteins found in connective tissues that are responsible for keeping skin smooth and taught. Studies have shown glycation makes it harder for these proteins to repair themselves, resulting in wrinkles and other signs of aging.

"The sugar itself doesn't do any damage, but it sets off a chain of events that can," explains Jessica Emery, D.M.D., owner of Sugar Fix Dental Loft in Chicago. "We have bacteria in our mouths that feed on the sugars that we eat when this takes place it creates acids that can destroy tooth enamel. Once the tooth enamel is weakened, you're more susceptible to tooth decay."

Added sugar is packed into so many foods that youɽ never really think about (case and point: ketchup). "We encourage people to read labels and count grams of sugar," Gradney says. According to the Academy, there's no hard and fast recommendation for daily intake, she adds. Good rule of thumb: "Always choose the option that has the least amount of sugar in it. If you have juice or soda, choose water." Choose whole fruits instead of drinking the juice—the sugar content is less concentrated and the fiber helps your body break it down more effectively. And choose whole foods to naturally limit the amount of sugar in your meals. "The more you stay away from processed foods, the better off you'll be."


Unique sugar-sensing neurons work together to prevent severe hypoglycemia in mice.

Keeping blood sugar in balance can be a challenge, especially for people with type 1 diabetes who rely on intensive insulin therapy to prevent blood sugar from going too high. At Baylor College of Medicine, the group of Dr. Yong Xu and his colleagues from other institutions study glucose-sensing neurons in the brain and they have identified a novel neural feedback system in a small brain region that contributes to keeping blood sugar in balance.

An artist’s rendition of brain connections. Image courtesy of NIH Image Gallery.

“Glucose-sensing neurons sense fluctuations in blood sugar levels and respond by rapidly decreasing or increasing their firing activities. This response can trigger changes in behavior to increase glucose levels. For instance, the animals may begin eating,” said Xu, professor of pediatrics-nutrition at Baylor and the USDA-ARS Children’s Nutrition Research Center (CNRC) at Baylor and Texas Children’s Hospital. “Glucose-sensing neurons also can affect the production of hormones such as glucagon that can directly regulate glucose production or uptake by peripheral tissues. It’s a feedback system that keeps the balance of blood glucose.”

Glucose-sensing neurons are found in several brain regions. Xu and his colleagues focused on neurons located in a small area called the ventrolateral subdivision of the ventromedial hypothalamic nucleus (vlVMH). Many neurons in this region express estrogen receptor-alpha and respond to glucose fluctuations in the blood, but their functions in glucose metabolism had not been specifically investigated.

A unique population of neurons

The researchers found that neurons in the vlVMH nucleus of murine brains had unique characteristics.

First, Xu and his colleagues were surprised that, while in other VMH subdivisions about half of the neurons were glucose-sensing, in the ventrolateral subdivision all the estrogen receptor-alpha neurons were glucose-sensing. “Just this fact makes this group of neurons quite unique,” said Xu, who also is professor of molecular and cellular biology at Baylor.

They also found that, although all the neurons in this area sense glucose, they do not respond to changes in glucose level in the same way. About half of the neurons are ‘glucose-excited’ – their firing activity increases when they sense high glucose levels and decreases when glucose levels are low. In contrast, the other half of the neurons are glucose-inhibited – they decrease firing when glucose is high and increase it when glucose is low.

“We wondered why these neurons responded in opposite ways to the same glucose challenge,” Xu said.

The researchers combined genetic profiling, pharmacological, electrophysiological and CRISPR gene-editing approaches to look into this question. They investigated the ion channels that each type of glucose-sensing neuron uses to respond to glucose levels. Ion channels are large molecules spanning across the cell membranes of neurons. The channels control the traffic of ions – electrically charged atoms or molecules – in and out of neurons, a process that is crucial for regulating neuronal firing activities.

The researchers found that glucose-excited neurons use a KATP ion channel, but the glucose-inhibited neurons used a different ion channel called Ano4.

The KATP ion channel is well known in our field, but the role of Ano4 ion channel in glucose sensing has never been reported. We have identified a new ion channel that is important for glucose-inhibited neurons,” Xu said.

A coordinated effect regulates blood glucose

In addition, Xu and colleagues identified the neuronal circuits that are involved when glucose-excited and glucose-inhibited neurons respond to low blood glucose levels. They discovered that the circuits were different – glucose-excited neurons project neuronal connections to a brain region that is different from the one reached by glucose-inhibited neurons.

Using optogenetics, a combination of genetic modifications and light to activate specific neuronal circuits, the researchers showed in mice that when glucose-inhibited neurons responded to low glucose levels, they activated a particular circuit, and the result was an increase of blood glucose. On the other hand, when glucose-excited neurons responded to low blood glucose, they inhibited a different circuit, but the result also was an increase in blood glucose levels.

“When the mice were hypoglycemic, these two circuits were regulated in an opposite manner – one was excited while the other was inhibited – but the outcome was the same, bringing blood glucose to normal levels,” Xu said. “This forms a perfect feedback system to regulate blood glucose levels.”

Interestingly, all the neurons in this important group express estrogen receptor-alpha, a well-known mediator of the ovarian hormone, estrogen. In the future, Xu and colleagues want to investigate whether estrogen plays a role in the glucose-sensing process and whether there are gender differences in the functions of these neurons on glucose balance.

Would you like to know more about this work? Find it in the journal Nature Communications.

Other contributors to this work include Yanlin He, Pingwen Xu, Chunmei Wang, Yan Xia, Meng Yu, Yongjie Yang, Kaifan Yu, Xing Cai, Na Qu, Kenji Saito, Julia Wang, Ilirjana Hyseni, Matthew Robertson, Badrajee Piyarathna, Min Gao, Sohaib A. Khan, Feng Liu, Rui Chen, Cristian Coarfa, Zhongming Zhao, Qingchun Tong and Zheng Sun. The authors are affiliated with one or more of the following institutions: Baylor College of Medicine, University of Cincinnati, the University of Texas Health Science Center at San Antonio and the University of Texas Health Science Center at Houston.

This work was supported by grants from the NIH (R01 DK114279 and R21NS108091, R01ES027544/DK111436, R01DK100697, R00DK107008 and K01 DK119471), John S. Dunn Foundation and Clifford Elder White Graham Endowed Fund and USDA/CRIS (3092-5-001-059). Further support was provided by American Diabetes Association (1-17-PDF-138 and 1-15-BS-184) and American Heart Association awards (17GRNT32960003 and 19CDA34660335). Single cell transcriptome profiling was conducted at the Single Cell Genomics Core at BCM that is partially supported by shared instrument grant from NIH (S10OD018033, S10OD023469, S10OD025240) and data were analyzed by the BCM Multi-Omics Data Analysis Core (P01DK113954). This work also was partially supported by the Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT, RP170005 and RP180734) and the NCI Cancer Center Support Grant (P30CA125123).