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血糖失控，血紅蛋白“變形記”——傅里葉紅外揭秘糖尿病并發(fā)癥的元兇
糖尿病患者的血管病變、器官損傷等并發(fā)癥，往往與長(zhǎng)期高血糖對(duì)體內(nèi)蛋白質(zhì)的“糖衣炮彈"攻擊有關(guān)。而血紅蛋白（Hb），作為血液中的“氧氣快遞員"，在高血糖環(huán)境下沖在前面。科學(xué)家如何捕捉這種微觀損傷？傅里葉紅外光譜（FTIR），這項(xiàng)看似高深的黑科技，正在成為疾控領(lǐng)域的“分子探針"！
傅里葉紅外光譜（FTIR）通過檢測(cè)分子振動(dòng)產(chǎn)生的紅外吸收信號(hào)，能“透視"蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（如α-螺旋、β-折疊）。它的優(yōu)勢(shì)在于：
◆無損檢測(cè)：無需破壞樣本，直接分析血液、組織中的分子變化。
◆高靈敏度：即使微量結(jié)構(gòu)改變也無所遁形。
◆快速精準(zhǔn)：結(jié)合算法解析，揭示蛋白質(zhì)變性的蛛絲馬跡。
◆疾控應(yīng)用場(chǎng)景：從病毒蛋白分析到慢性病分子機(jī)制研究，F(xiàn)TIR正成為醫(yī)學(xué)研究的“火眼金睛"。關(guān)鍵研究
樣本分組：
(1)健康人群（HbA1c <5.6%）
(2)血糖控制良好患者（HbA1c <7.0%）
(3)持續(xù)高血糖患者（HbA1c ≥9.0%）
FTIR分析：聚焦血紅蛋白的酰胺I帶（1600-1700 cm?1），解析其二級(jí)結(jié)構(gòu)變化。
圖1：正常(H)和糖尿病患者的Hb的典型FTIR光譜（A，B）
圖2：正常Hb (H)和糖尿病組（A和B）的代表性二級(jí)衍生物平均FTIR光譜在酰胺I帶中
驚人發(fā)現(xiàn)：
●高HbA1c組的血紅蛋白“變形"：α-螺旋（維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的“鋼筋"）減少29%。β-折疊（易引發(fā)聚集的“亂麻"）增加50%。
●結(jié)果：血紅蛋白結(jié)構(gòu)松散，易聚集沉淀，影響攜氧能力。
●紅細(xì)胞“變硬"：高HbA1c患者的紅細(xì)胞從橢圓形變?yōu)閳A形，柔韌性下降，難以通過毛細(xì)血管，加劇微循環(huán)障礙。
●通俗解讀：長(zhǎng)期高血糖如同“糖衣炮彈"，讓血紅蛋白從“鋼鐵戰(zhàn)士"變成“豆腐渣工程"，最終拖累全身氧氣供應(yīng)！
表1：對(duì)對(duì)照組和糖尿病患者血紅蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的定量估計(jì)。H組為健康對(duì)照組；A組為血糖控制良好的患者（HbA1c<7.0%，53mmol/mol）；B組為持續(xù)高血糖的患者（HbA1c≥9.0%，75mmol/mol)。*p<0.05，與H組相比；△p<0.05，與A組相比。
1、預(yù)警價(jià)值：FTIR可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)Hb結(jié)構(gòu)變化，早于臨床癥狀發(fā)現(xiàn)糖尿病并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。例如：β-折疊比例異常升高，提示需強(qiáng)化血糖管理。
2、防控策略：嚴(yán)格控糖，將HbA1c控制在7.0%以下，避免Hb結(jié)構(gòu)崩塌；抗氧化干預(yù)，補(bǔ)充維生素C/E，減少糖基化終產(chǎn)物（AGEs）對(duì)Hb的破壞。
3、技術(shù)延伸：唾液/尿液檢測(cè)，未來或可通過FTIR無創(chuàng)篩查早期糖尿病；個(gè)性化治療，根據(jù)Hb結(jié)構(gòu)變化定制控糖方案，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療。
FTIR還能為疾控做什么
病毒變異監(jiān)測(cè)：分析病毒蛋白結(jié)構(gòu)，預(yù)測(cè)疫苗有效性。
環(huán)境污染追蹤：檢測(cè)大氣顆粒物中的有害化學(xué)鍵，評(píng)估健康風(fēng)險(xiǎn)。
食品安全：快速識(shí)別食品中的非法添加劑或變質(zhì)蛋白。
傅里葉紅外光譜不僅是一臺(tái)儀器，更是連接微觀分子與宏觀健康的橋梁。下一次看到HbA1c的數(shù)值時(shí)，不妨想象：這背后是一場(chǎng)血紅蛋白與高血糖的分子博弈。控糖不止為數(shù)字達(dá)標(biāo)，更是為守護(hù)每一個(gè)細(xì)胞的“呼吸權(quán)"！
Tensor 標(biāo)準(zhǔn)型傅里葉紅外光譜儀
Tensor傅立葉變換紅外光譜儀具有安裝便捷、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等特點(diǎn),是材料科學(xué)、生物醫(yī)藥、石油化工、食品安全等行業(yè)需要的光譜分析儀器,同時(shí),它也是高校、研究所等機(jī)構(gòu)相關(guān)專業(yè)需要的實(shí)驗(yàn)室分析儀器。
參考文獻(xiàn)：
Ye, S. et al. The impact of HbA1c level on haemoglobin structure in type 2 diabetics. Sci. Rep. 6, 33352 (2016).