กลูคากอนควบคุมการสร้างกลูโคสใหม่ได้อย่างไร

ฮอร์โมนกลูคากอน มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจเกี่ยวกับเส้นทางการเผาผลาญอาหารที่รองรับชีวิตของมนุษย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการควบคุมการสร้างกลูโคสใหม่ กระบวนการเผาผลาญอาหารที่เรียกว่าการสร้างกลูโคสใหม่จะผลิตกลูโคสจากสารตั้งต้นที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรต ซึ่งรับประกันการจัดหากลูโคสอย่างสม่ำเสมอตลอดช่วงอดอาหารหรือช่วงที่ออกกำลังกายอย่างหนัก กลูคากอนเป็นฮอร์โมนที่สร้างขึ้นส่วนใหญ่โดยเซลล์อัลฟาของตับอ่อน ทำหน้าที่เป็นตัวต่อต้านอินซูลินเพื่อช่วยรักษาระดับน้ำตาลในเลือดให้อยู่ในช่วงที่กำหนด บทความนี้จะสำรวจวิธีการที่ซับซ้อนซึ่งกลูคากอนใช้ควบคุมการสร้างกลูโคสใหม่ รวมถึงความเกี่ยวข้องทางสรีรวิทยา ความสัมพันธ์กับเส้นทางการเผาผลาญอาหารอื่นๆ และระบบส่งสัญญาณ

เพื่อรักษาสมดุลของกลูโคส จำเป็นต้องใช้ฮอร์โมนเปปไทด์กรดอะมิโนกลูคากอน โดยมีเป้าหมายหลักคือเพิ่มระดับน้ำตาลในเลือดเพื่อต่อต้านผลของอินซูลิน

เซลล์อัลฟาของเกาะของตับอ่อนจะปล่อยกลูคากอนเมื่อระดับน้ำตาลในเลือดลดลง เช่น ในช่วงที่อดอาหารหรือระหว่างมื้ออาหาร กลูคากอนจะส่งผลต่อตับเป็นหลัก โดยจะกระตุ้นการผลิตกลูโคสด้วยกระบวนการสร้างกลูโคสใหม่และสลายไกลโคเจน

ฮอร์โมนนี้ยังส่งเสริมการสลายของกรดอะมิโนและยับยั้งกระบวนการไกลโคไลซิส ซึ่งเป็นกระบวนการของตับในการแปลงกลูโคสให้เป็นพลังงาน เพื่อช่วยให้เกิดการสร้างกลูโคสใหม่ได้มากยิ่งขึ้น

นอกจากนี้ ยังส่งผลต่อการเผาผลาญโดยเพิ่มระดับ cAMP (cyclic adenosine monophosphate) ในเซลล์เป้าหมาย ซึ่งจะกระตุ้นให้เอนไซม์หลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเผาผลาญบางอย่างทำงาน กลูคากอนช่วยรักษาสมดุลของกลูโคสในร่างกายโดยประสานงานเส้นทางที่ซับซ้อนเหล่านี้ โดยเฉพาะในช่วงที่อดอาหารหรือมีน้ำตาลในเลือดต่ำ

ระดับน้ำตาลในเลือดมีผลควบคุมที่แข็งแกร่งกลูคากอนการผลิต ระดับน้ำตาลในเลือดที่สูงจะป้องกันไม่ให้มีการหลั่งกลูคากอน ในขณะที่ระดับน้ำตาลในเลือดที่ต่ำจะกระตุ้นให้มีการหลั่งกลูคากอน ปัจจัยเพิ่มเติมต่อไปนี้มีอิทธิพลต่อการหลั่งกลูคากอนนอกเหนือจากฮอร์โมนในระบบทางเดินอาหาร คาเทโคลามีน และกรดอะมิโน กรดอะมิโน เช่น อาร์จินีนและอะลานีน สามารถเพิ่มการหลั่งกลูคากอนในฐานะสารตั้งต้นสำหรับการสร้างกลูโคเนโอเจเนซิส

เมื่อกลูคากอนจับกับตัวรับบนพื้นผิวของเซลล์ตับ จะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาภายในเซลล์ชุดหนึ่ง ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากโปรตีนไคเนสเอ (PKA) และไซคลิกอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต (cAMP) การทำงานของเอนไซม์กลูโคเนเจนิกที่สำคัญขึ้นอยู่กับเส้นทางการส่งสัญญาณนี้

อะดีไนเลตไซเคลสจะถูกกระตุ้นเมื่อกลูคากอนโต้ตอบกับกลูคากอนตัวรับซึ่งเป็นตัวรับที่จับคู่กับโปรตีน G เอนไซม์นี้กระตุ้น PKA โดยการแปลง ATP ให้เป็น cAMP PKA จะฟอสโฟรีเลตปัจจัยการถอดรหัสและเอนไซม์เป้าหมาย ซึ่งทำให้เกิดการแสดงออกมากเกินไปของยีนสร้างกลูโคส เช่น กลูโคสฟอสฟาเทส (G6Pase) และฟอสโฟเอ็นอลไพรูเวตคาร์บอกซีไคเนส (PEPCK)

การควบคุมการถอดรหัสของยีนที่สร้างกลูโคสใหม่ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากปัจจัยการถอดรหัส เช่น โปรตีนที่จับกับองค์ประกอบการตอบสนองของ cAMP (CREB) โปรโมเตอร์ยีนเป้าหมายประกอบด้วยองค์ประกอบการตอบสนองของ cAMP (CRE) ซึ่ง CREB จะจับกับองค์ประกอบดังกล่าวหลังจากการฟอสโฟรีเลชันของ PKA เพื่อเพิ่มการถอดรหัสของยีนเป้าหมาย เป็นผลให้เอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการสร้างกลูโคสใหม่ถูกผลิตขึ้นมากขึ้น

แหล่งหลักในการสังเคราะห์กลูโคสคือตับและไตในระดับที่น้อยกว่า กระบวนการนี้ใช้สารตั้งต้นที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรต เช่น แล็กเตต กลีเซอรอล และกรดอะมิโน เพื่อสร้างกลูโคส การสร้างกลูโคสใหม่มีความจำเป็นเพื่อส่งกลูโคสไปยังอวัยวะสำคัญ โดยเฉพาะสมอง เมื่อมีกิจกรรมที่เร่งรีบหรือหิวเป็นเวลานาน

เอนไซม์หลายชนิดมีบทบาทสำคัญต่อกระบวนการสร้างกลูโคสใหม่ ไพรูเวตคาร์บอกซิเลสจะเปลี่ยนไพรูเวตเป็นออกซาโลอะซีเตท ซึ่งจะถูกแปลงเป็นฟอสโฟเอโนลไพรูเวตโดย PEPCK ขั้นตอนสุดท้ายซึ่งก็คือการเปลี่ยนกลูโคสฟอสเฟตเป็นกลูโคส จะถูกเร่งปฏิกิริยาโดย G6Pase หลังจากที่ฟรุกโตสฟอสเฟต (FBPase) เปลี่ยนฟรุกโตสฟอสเฟต (Fructoses) และบิสฟอสเฟต (Fructoses) เป็นฟรุกโตสฟอสเฟต (Fructoses)

กลูคากอนควบคุมกระบวนการสร้างกลูโคสใหม่โดยการกระตุ้นเอนไซม์เหล่านี้และเพิ่มการแสดงออกของเอนไซม์ ยีนที่เข้ารหัสเอนไซม์สร้างกลูโคสใหม่จะถูกควบคุมขึ้นอันเป็นผลจากการฟอสโฟรีเลชันของปัจจัยการถอดรหัสและเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับ PKA วิธีนี้รับประกันได้ว่าจะมีการผลิตกลูโคสเพียงพอตามความจำเป็น

กลูคากอนไม่เพียงแต่ส่งผลต่อการสร้างกลูโคสใหม่เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อการสลายไขมัน การสลายไกลโคเจน และการสร้างคีโตเจเนซิส รวมถึงกระบวนการเผาผลาญอื่นๆ อีกด้วย การรักษาความยืดหยุ่นของกระบวนการเผาผลาญและสมดุลพลังงานขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์เหล่านี้

กลไกนี้ช่วยในกระบวนการสลายไกลโคเจนเป็นกลูโคส เมื่อเกิดภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำเฉียบพลัน กลไกนี้จะกลายเป็นแหล่งกลูโคสอย่างรวดเร็ว PKA จะถูกกระตุ้นโดยกลไกนี้ ซึ่งจะฟอสโฟรีเลตและกระตุ้นไกลโคเจนฟอสโฟรีเลส ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สลายไกลโคเจน

นอกจากนี้,กลูคากอนส่งเสริมการสลายไขมัน ซึ่งจะเปลี่ยนไตรกลีเซอไรด์ในเนื้อเยื่อไขมันให้เป็นกรดไขมันอิสระและกลีเซอรอล การประยุกต์ใช้กลีเซอรอลที่ปลดปล่อยออกมาได้วิธีหนึ่งที่เป็นไปได้คือใช้เป็นสารตั้งต้นในการสร้างกลูโคเนเจนิก นอกจากนี้ ในระหว่างการอดอาหารเป็นเวลานานหรือการจำกัดคาร์โบไฮเดรต กลีเซอรอลยังกระตุ้นกระบวนการสร้างคีโตเจนิกของตับ ซึ่งผลิตคีโตนบอดีส์เป็นแหล่งพลังงานทดแทน

การควบคุมกลูคากอนต่อการสร้างกลูโคสใหม่มีผลทางสรีรวิทยาที่สำคัญ การควบคุมอย่างเหมาะสมจะช่วยให้กลูโคสไหลเวียนอย่างสม่ำเสมอ ช่วยป้องกันภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ อย่างไรก็ตาม การหลั่งหรือกิจกรรมของกลูคากอนที่ไม่สมดุลอาจทำให้ความผิดปกติของระบบเผาผลาญ เช่น เบาหวาน แย่ลงได้

การเพิ่มขึ้นของระดับน้ำตาลในเลือดโดยไม่มีเหตุผลเป็นสาเหตุทั่วไปของภาวะน้ำตาลในเลือดสูงในผู้ป่วยเบาหวานชนิดที่ 2 สาเหตุนี้เกิดจากกระบวนการสร้างกลูโคสใหม่และสลายไกลโคเจนที่เพิ่มขึ้น แม้ว่าระดับน้ำตาลในเลือดจะสูงขึ้นก็ตาม จำเป็นต้องเข้าใจกลไกที่อยู่เบื้องหลังภาวะกลูคากอนทำงานผิดปกติในโรคเบาหวาน เพื่อออกแบบการรักษาที่เหมาะสม

การรักษาที่มุ่งเป้าไปที่เส้นทางการส่งสัญญาณกลูคากอนกำลังถูกวิจัยเพื่อใช้เป็นวิธีการควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดสูงในผู้ป่วยโรคเบาหวาน ตัวอย่าง ได้แก่ ตัวต้านตัวรับกลูคากอนและตัวยับยั้งเอนไซม์กลูโคเนเจนิก กลยุทธ์เหล่านี้มุ่งหวังที่จะปรับปรุงการควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดและลดการผลิตกลูโคสที่มากเกินไป

กลูคากอนเป็นฮอร์โมนที่สำคัญในการควบคุมการเผาผลาญกลูโคส เนื่องจากมีบทบาทในกระบวนการสร้างกลูโคสใหม่ ในระหว่างการอดอาหารและภาวะเครียดจากการเผาผลาญอื่นๆ ฮอร์โมนจะรับประกันการจัดหากลูโคสอย่างต่อเนื่องโดยการกระตุ้นเส้นทางการส่งสัญญาณและเอนไซม์เฉพาะ การเข้าใจความซับซ้อนของการทำงานของกลูคากอนช่วยให้เราเข้าใจการควบคุมการเผาผลาญและช่วยในการสร้างการบำบัดใหม่ๆ สำหรับความผิดปกติของการเผาผลาญ เช่น โรคเบาหวาน หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับฮอร์โมนนี้และบทบาทในกระบวนการสร้างกลูโคสใหม่ โปรดติดต่อเราได้ที่sales@bloomtechz.com.

D'Alessio, D. (2011). "บทบาทของการหลั่งกลูคากอนที่ผิดปกติในโรคเบาหวานประเภท 2" โรคเบาหวาน โรคอ้วน และการเผาผลาญ 13 Suppl 1: 126-132

Petersen, MC และ Shulman, GI (2018). "กลไกการทำงานของอินซูลินและการดื้อต่ออินซูลิน" Physiological Reviews, 98(4), 2133-2223.

Jiang, G. และ Zhang, BB (2003). "กลูคากอนและการควบคุมการเผาผลาญกลูโคส" American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism, 284(4), E671-E678

Knop, FK และ Holst, JJ (2010). "เภสัชวิทยาของกลูคากอน". British Journal of Pharmacology, 159(6), 1034-1046.

Puchowicz, MA และคณะ (2000). "การผลิตคีโตนบอดีและออกซิเดชันในสมองหนูที่เกิดก่อนคลอด" Journal of Neurochemistry, 74(2), 740-749.