长期生酮饮食通过损害胰岛素分泌导致小鼠高脂血症、肝功能障碍和葡萄糖耐受不良

本刊推荐：为解决生酮饮食(KD)对代谢健康的长期影响争议，研究人员开展了一项系统性研究，发现长期KD虽能控制体重，但会引发严重高脂血症、肝功能障碍及胰岛素分泌缺陷导致的葡萄糖不耐受，提示KD并非安全的健康饮食干预方式。

　　

在现代营养学和代谢疾病管理领域，生酮饮食(ketogenic diet, KD)作为一种极高脂肪、极低碳水化合物的饮食模式，近年来受到了广泛关注。最初用于治疗难治性癫痫，KD后来被推广为减肥和改善2型糖尿病的潜在策略。然而，这种饮食方式长期使用对代谢健康的影响究竟如何，科学界仍存在争议。尽管短期研究表明KD可能带来体重减轻和血糖改善，但缺乏长期研究数据，特别是对其潜在副作用如血脂异常、肝脏健康及葡萄糖稳态的全面评估。此外，KD在肥胖和糖尿病治疗中的安全性尚未明确，尤其是在已有代谢异常的人群中。这些知识空白促使研究人员深入探索长期KD对整体代谢健康的影响。

为了回答这些问题，研究人员在《SCIENCE ADVANCES》上发表了一项详尽的研究，他们采用雄性及雌性C57BL/6J小鼠模型，进行了长达近一年的饮食干预实验。研究设计了四组饮食：低脂饮食(LFD)、高脂饮食(HFD)、生酮饮食(KD)以及匹配KD蛋白质含量的低脂中蛋白饮食(LFMP)，以比较不同饮食对体重、血脂、肝脏功能、葡萄糖耐受性和胰岛素分泌的影响。关键技术方法包括：体内代谢测试如葡萄糖耐量试验(GTT)和胰岛素耐量试验(ITT)，以评估葡萄糖稳态和胰岛素敏感性；高血糖钳技术，用于精确测量胰岛素分泌动态；体外胰岛灌注实验，分析细胞自主的胰岛素分泌功能；组织学分析（如肝脏和胰腺切片染色）和电子显微镜(EM)，观察肝脏脂肪变性和胰岛超微结构变化；转录组学分析（RNA测序），揭示分子机制如内质网(ER)和高尔基体应激；以及生化 assays（如血浆脂质和胰岛素水平测量）。样本来源于多批次独立队列的小鼠，确保了结果的可靠性。

研究结果部分，通过多个子章节详细展示了发现。

A 90% fat KD prevents weight gain as compared to an HFD in both male and female mice：研究人员发现，与HFD组相比，KD组小鼠体重增加较少，但高于LFD组。体重差异部分归因于食物摄入量变化，KD组摄入热量居中。身体成分分析显示，雄性KD小鼠脂肪质量增加而瘦体重不变，雌性则两者均增加，表明KD虽控制体重但并非完全无害。

KD-fed mice have severe plasma hyperlipidemia and males have liver steatosis and dysfunction：KD导致雄性和雌性小鼠血浆甘油三酯(TG)和非酯化脂肪酸(NEFA)水平显著升高，胆固醇(Cho)水平与HFD组相似。组织学和生化分析揭示，雄性KD小鼠出现肝脏脂肪变性和功能障碍（如ALT升高），而雌性相对 protected，显示性别差异。转录组学显示KD和HFD肝脏基因表达谱相似，但KD特有酮体代谢基因上调。

Mice on KD have severe glucose intolerance and impaired insulin secretion：长期KD引起空腹高血糖和 fed 低血糖，GTT显示严重葡萄糖不耐受，且随时间恶化。ITT表明KD小鼠保持胰岛素敏感，但 in vivo GSIS 显示胰岛素分泌缺陷，尤其是在葡萄糖刺激后响应延迟或缺失，提示β细胞功能障碍而非胰岛素抵抗。

KD-fed mice have normal islets size and insulin content：组织学分析发现，KD组胰岛大小和数量与LFD组相似，而HFD组胰岛增生。胰腺胰岛素含量在KD组正常，排除胰岛 mass loss 作为胰岛素分泌缺陷的原因。

Mice on KD lose rapid insulin secretion in vivo and isolated islets have impaired insulin secretion：高血糖钳实验证实KD小鼠胰岛素分泌快速响应缺失，体外胰岛灌注显示KD和HFD胰岛分泌胰岛素减少，但KD组缺陷源于分泌 machinery 问题而非葡萄糖 sensing。

Transcriptomic and EM analysis of KD islets reveals ER-Golgi stress and aberrant Golgi function：RNA测序显示KD胰岛有1666个差异表达基因，涉及ER/高尔基体应激、蛋白质运输和翻译 pathways。EM显示KDβ细胞高尔基体扩张和 vesiculation，支持转录组发现的运输障碍。

While a KD induces WL, insulin secretion becomes severely impaired：在肥胖小鼠中，KD诱导体重减轻但效果不如LFD，且伴随持续高脂血症和胰岛素分泌缺陷。切换回HFD后体重恢复，葡萄糖不耐受复发，表明KD不能治愈代谢异常。然而，从KD切换回LFD可逆转葡萄糖不耐受，提示部分效应可逆。

研究结论和讨论部分强调，长期生酮饮食虽然能预防体重过度增加并诱导减肥，但会导致多重代谢异常，包括高脂血症、肝脏脂肪变性（尤其在雄性）、严重葡萄糖不耐受和胰岛素分泌缺陷。机制上，KD通过引起胰岛β细胞的ER和高尔基体应激， disrupt 蛋白质运输（如 Rab8b 和 Rab30 下调），导致胰岛素颗粒分泌障碍。这些发现挑战了KD作为健康饮食干预的普遍观点，提示其在肥胖和糖尿病治疗中需谨慎使用，特别是考虑到潜在的心血管和肝脏风险。研究的重要意义在于提供了首个长期、全面的KD代谢效应评估，强调了营养平衡的重要性，并为未来研究KD在人类中的安全性和分子机制奠定了基础。总之，这项工作呼吁科学界和公众重新审视生酮饮食的长期使用，以避免不可逆的代谢健康损害。