作者：李奕騫/如煙

人工甜味劑(artificial sweeteners，ASWs )，又稱非營養型甜味劑( NNSs)，作為糖的替代品，具有甜度高、熱量少、成本低的優點，備受消費者青睞，已廣泛應用于食品和藥品的生產當中。

其中，又以阿斯巴甜（APM）最為人們所熟知，其甜度約為蔗糖的200倍，熱值卻幾乎為零。那么，低熱量就意味著健康風險低嗎？

一直以來，關于APM的安全性爭議不斷。據報道，APM與肥胖、2型糖尿病、癌癥、心血管疾病、過敏、神經紊亂和行為障礙等多種疾病相關。

最近，山東大學齊魯醫院絡病理論創新轉化全國重點實驗室曹義海院士、張澄院士、張運院士和陳玉國教授團隊在Cell Metabolism(中科院一區，IF：27.7)在線發表了題為“Sweetener aspartame aggravates atherosclerosis through insulin-triggered inflammation”的文章，首次發現了甜味劑阿斯巴甜促進動脈粥樣硬化發生和發展的作用及機制，可能為人工甜味劑的應用提供新見解。

APM加劇小鼠動脈粥樣硬化

首先，研究者用不同濃度的APM喂養小鼠12周，發現與對照組相比，APM組動脈粥樣硬化斑塊（AP）明顯增加，且與APM呈劑量依賴關系。

油紅染色顯示APM組的斑塊中還有豐富的脂質，免疫熒光分析顯示APM組斑塊內含有大量炎性細胞，α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）信號減弱，斑塊不穩定性增加。

圖1

APM升高血漿胰島素水平、誘發胰島素抵抗

隨后，研究者對實驗組血漿胰島素和葡萄糖水平進行觀察，發現在喂養12周后，APM組的胰島素水平顯著升高（圖2A），通過葡萄糖耐量實驗(GTT)和胰島素耐量實驗(ITT)檢測，證實小鼠出現明顯的胰島素抵抗（圖2B、圖2C）。

同時，研究者在食蟹猴中進行了APM喂養實驗，也能在30 min時檢測到一過性的胰島素水平激增（圖2D）。

為了確定促胰島素作用是否可以重復，研究者對同一組猴子進行了重復實驗(圖2F)，發現APM的促胰島素作用可以通過重復飼喂的方式重現。

測試循環C肽水平，在APM喂養組中顯示出明顯的高水平(圖2G)，證實了APM的促胰島素作用。

圖2

由于APM缺乏熱能，研究者推測其通過非葡萄糖依賴的機制——迷走神經的激活增加胰島素的產生。

對小鼠中進行了雙側膈下迷走神經切斷術(SDV)后，APM誘導的促胰島素效應被完全抑制，這表明迷走神經激活對于APM誘導的胰島素產生必不可少。

外源性胰島素產生與APM相似的促動脈粥樣硬化效應

為了進一步研究胰島素對動脈粥樣硬化的影響，研究者在小鼠皮下植入微量滲透泵補充外源性胰島素，小鼠循環胰島素水平增加（圖3A），且在第4周顯著加劇了AP的形成、生長和不穩定性（圖3B-I）。

這說明外源性升高胰島素水平也能產生與APM -胰島素途徑誘導相似的動脈粥樣硬化效應。

研究者用鏈脲佐菌素(Streptozotocin，STZ)抑制胰腺胰島素產生，結果表明，STZ處理完全中和了APM的促動脈粥樣硬化效應。這些發現證明胰島素上調是APM加劇動脈粥樣硬化所必需的。

圖3

APM-胰島素軸誘導CX3CL1表達上調

內皮損傷是動脈粥樣硬化病變形成的始發因素，受損的內皮進一步啟動包括脂質積累、炎癥和平滑肌細胞遷移和生長等病理過程。

因此研究者提取小鼠原代主動脈內皮細胞（PAECs），在胰島素刺激8 h后，對PAECs進行mRNA測序分析，發現在胰島素刺激下PAECs中的粘附分子異常上調(圖4B)。其中，CX3CL1是所有基因中上調最多的(圖4C)。

CX3CL1在體內存在游離與膜結合兩種形式。APM喂養的小鼠中游離CX3CL1明顯增加（圖4E），植入微量滲透泵外源性補充胰島素也能提高游離CX3CL1水平(圖4E)；STZ處理則完全抑制了APM誘導的CX3CL1增加效應(圖4E)。

通過熒光激活細胞分類 (FACS)分析，發現APM組主動脈內皮細胞表面的CX3CL1信號比對照組強得多(圖4F)。這些數據表明，APM通過胰島素依賴的機制，在體內同時增加了游離和膜結合的CX3CL1。

圖4

APM通過CX3CL1-CX3CR1增強單核/巨噬細胞趨化和粘附作用

CX3CL1僅與其受體CX3CR1結合，后者介導炎癥和免疫細胞的趨化和粘附。CX3CR1在促炎細胞中高表達，其中M1型巨噬細胞在內皮損傷和AP形成初始階段發揮重要作用。

于是研究者設想CX3CL1-CX3CR1軸作為巨噬細胞遷移、粘附和M1極化的趨化信號通路（圖5A）。

為了驗證此猜想，研究者設計了一種細胞-細胞粘附系統，在剪切應力存在的情況下記錄單核細胞與內皮細胞的粘附(圖5C)。

結果顯示，胰島素刺激下的PAECs顯著增強了單核細胞的粘附能力；用特異性短發夾RNA (shRNA)抑制CX3CR1蛋白的表達后，胰島素的促單核細胞粘附作用也隨之消失。

在掃描電子顯微鏡(SEM)下，可以看到APM組主動脈中炎癥細胞增加(圖5F )以及內皮損傷；在透射電子顯微鏡( EM)下檢測到主動脈內膜中脂質積累增加（圖5F）。

此外，CX3CL1-CX3CR1信號的激活以劑量依賴的方式誘導單核細胞遷移(圖5G)。并通過高表達誘導型一氧化氮合酶(iNOS) (圖5H)，誘導M0型巨噬細胞向M1型巨噬細胞分化，最終促進腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-6(IL-6)和白細胞介素-1β(IL-1β) 分泌(圖5H)。總之，APM通過CX3CL1-CX3CR1軸調控單核/巨噬細胞作用，促進了炎癥的發生。

圖5

APM通過CX3CL1-CX3CR1信號軸影響單核細胞分化

研究者構建了特異性單核/巨噬細胞Cx3cr1和ApoE雙基因敲除小鼠（Cx3cr1MF-/- /ApoE-/-）。

通過單細胞RNA-Seq和UMAP分析發現Cx3cr1MF-/-小鼠中髓系細胞明顯減少。

對髓系細胞進一步分析，將單核/巨噬細胞分為6個亞群(Mono-c1、Mono-c2、Mono-c3、Mono-c4、Macro-c5、Macro-c6)。

其中，Mono-c1亞群在Cx3cr1MF-/-小鼠中顯著減少，而Mono-c3和Macro-c5亞群在Cx3cr1MF-/-小鼠中增加(圖6G)。

對單核/巨噬細胞譜系進行了擬時序分析，提示分化軌跡順序為：Mono-c3 → Mono-c2 → Mono-c1 → Mono-c4。

其中Mono-c3和Mono-c1/c4表現出極化(圖7A)，說明其表型和功能存在差異。在Cx3cr1MF-/-小鼠中，Mono-c1減少，Mono-c3增加，說明CX3CL1-CX3CR1信號軸能影響單核細胞分化，對髓系細胞的組成與功能調節起關鍵作用。

圖6

Cx3cr1MF-/-中和APM加重的動脈粥樣硬化

GO富集分析顯示Mono-c1、Mono-c4和Macro-c6具有促炎特性，而Mono-c2、Mono-c3和Macro-c5具有抗炎特性(圖7B)。

差異表達基因(DEGs)分析表明，Mono-c1具有促炎和黏附作用，而Mono-c3具有抗炎和抗動脈粥樣硬化作用，Macro-c5參與抗原呈遞和抗動脈粥樣硬化(圖7C)。

Cx3cr1MF-/-小鼠中Mono-c1亞群減少，Mono-c3、Macro-c5亞群增加，意味著單核/巨噬細胞中Cx3cr1基因缺失使這些細胞發揮抗炎和抗動脈粥樣硬化效應。

實驗表明，Cx3cr1MF-/-/ApoE-/-雙敲小鼠中APM的促動脈粥樣硬化效應被完全中和(圖7D)。在AP發展的早期（4周），巨噬細胞中Cx3cr1的基因缺失明顯抑制了動脈粥樣硬化病變的初始形成(圖7E)，到第12周，抗動脈粥樣硬化效應進一步增強。

圖7

實驗總結

總體而言，甜味劑阿斯巴甜（APM）可以有效地誘導小鼠和猴子的胰島素分泌，在APM-胰島素刺激下，CX3CL1趨化因子明顯上調，CX3CL1-CX3CR1信號通路介導單核/巨噬細胞與內皮細胞相互作用，加重血管炎癥及動脈粥樣硬化的發生與發展。

當然，這一發現是否適用于人類仍有待驗證；此外， APM也不能代表所有的甜味劑，人工甜味劑的相關安全問題仍需進一步評估。

值得肯定的是，“APM-胰島素-CX3CL1-CX3CR1信號軸加劇動脈粥樣硬化”的新發現為甜味劑相關的CVDs提供了新見解。

這也警醒我們：低熱量并不意味著絕對健康，“無糖”也有風險，食用仍需適量。

參考文獻

1.Wu, W. et al. Sweetener aspartame aggravates atherosclerosis through insulin-triggered inflammation. Cell Metabolism S1550413125000063 (2025) doi:10.1016/j.cmet.2025.01.006.

小黑屋作者簡介

李奕騫/如煙

中山大學附屬第一醫院心血管內科研究生在讀，主要圍繞代謝性心血管疾病相關方面開展研究

圖片：網絡（侵刪）

編輯：小黑屋編委會

初審：小黑屋編委會

審核：Dr.莊

審定：廖醫生

本文來自雙鴨山科研小黑屋，未經授權不得轉載.

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