照射15分钟红光可降血糖水平 (baidu.com)

英国伦敦城市学院、伦敦大学和伦敦大学学院科学家携手开展的一项新研究显示，将670纳米的红光照射在一个人的背部15分钟即可降低血糖水平。原因在于这种红光会刺激人体线粒体内的能量产生，增加葡萄糖消耗，从而降低血糖水平。数据显示，红光刺激使人摄入葡萄糖后的血糖水平降低了27.7%，并使最大葡萄糖峰值降低了7.5%。相关论文发表于最新一期《生物光子学杂志》。

为探索670纳米红光对血糖的影响，研究人员招募了30名健康参与者，并随机分成两组。670纳米红光组有15人，安慰剂（无光）组有15人。这些参与者代谢正常，也没有服用药物。随后，研究人员让参与者进行口服葡萄糖耐量测试，并在接下来的两个小时内，每15分钟记录一次血糖水平。结果显示，接受15分钟红光照射的人，在两小时内表现出峰值血糖水平降低和总血糖降低。

Powner MB, Jeffery G. Light stimulation of mitochondria reduces blood glucose levels. J Biophotonics. 2024 Feb 20:e202300521. doi: 10.1002/jbio.202300521. Epub ahead of print. PMID: 38378043.

线粒体调节新陈代谢，但太阳光会影响其速率。红光 （670 nm） 的光生物调节 （PBM） 可增加线粒体膜电位和三磷酸腺苷的产生，并可能增加葡萄糖需求。在这里，我们通过葡萄糖耐量试验表明，正常受试者的PBM显着降低了血糖水平。暴露于 670 nm 光下 15 分钟可将葡萄糖摄入后的血糖升高程度降低 27.7%。最大葡萄糖加标量降低了7.5%。因此，具有 670 nm 光的 PBM 可用于降低餐后血糖峰值。这种干预可以减少血糖对身体的破坏性波动。

1 引言

线粒体为细胞代谢提供能量，利用氧气和葡萄糖产生富含能量的核苷三磷酸腺苷 （ATP）。他们的ATP产量随着年龄的增长和疾病而下降。研究表明，650-900 nm之间的长波长光的光生物调节（PBM）跨越可见光到近红外范围，可上调ATP的线粒体产生，并减少活性氧[1-5]。PBM的这种上调在物种和动物界中是保守的[6-9]。

较长波长的光被线粒体电子传递链中的细胞色素 C 氧化酶吸收。这导致电子传递活性增加，从而增加线粒体膜电位和ATP产生[10]。还有证据表明，长波长可降低旋转ATP泵周围纳米水的粘度，从而提高其效率[11]。

在ATP产量下降的老化或挑战系统中，线粒体诱导的670 nm PBM诱导的ATP产生上调是明显的[4,5,12]。它在高代谢活动区域（如中枢神经系统 （CNS））中也更明显。因此，随着衰老而下降的ATP在整只果蝇中可以改善~30%[13]，在小鼠视网膜中改善15%，在小鼠大脑中改善~50%[5]。

单次暴露于670nm光可在3小时内生效，并可产生影响长达5-7天[8]。至关重要的是，这些改善导致血清细胞因子信号传导发生显著变化，该信号传导在全身传播[14]。这可能是介导远距离效应[15]。这种效应在癌症治疗中建立，其中原发性肿瘤的特异性照射可导致远端继发性肿瘤缩小。同样，选择性地对小鼠背部进行670 nm PBM已被证明可改善帕金森病模型[16]和糖尿病视网膜病变小鼠模型的视网膜[17]。

ATP产量的改善已被证明可以转化为功能的积极转变。这包括果蝇的移动性和感觉和认知能力范围[9]，以及动物模型和人类视觉能力的改善[8,18]。这些影响的广泛普遍性之所以出现，是因为中枢神经系统细胞中的膜泵消耗大量 ATP 来维持正常功能，而不管是哪种方式。

670 nm PBM 已被证明可以改善线粒体呼吸并产生全身性后果，并且增加 ATP 的产生将需要增加葡萄糖消耗。因此，我们测试了这可能在血浆葡萄糖水平变化中检测到的假设。支持这一假设的证据来自光可以调节昆虫循环葡萄糖浓度的发现[19]。我们通过检查 670 nm PBM 在标准口服葡萄糖耐量测试过程中对人体循环血糖水平的影响来解决这一假设。

2.2 研究方案

在招募时，参与者被随机分配到 670 nm PBM 组或安慰剂（无光）组。所有个体在 7 天内进行了两次空腹口服葡萄糖耐量试验 （OGTT），每次在 150 mL 水中消耗 75 g 葡萄糖。通过手指点刺试验记录毛细血管血糖水平，呼吸呼气末二氧化碳分压（EtCO2）在休息时每15分钟测量一次，持续2小时。对于两组中的所有个体，在他们第一次访问期间记录了初始对照OGTT（图1A）。

在 7 天内，施用第二次 OGTT，在此期间，670 nm PBM 组在消耗葡萄糖前 45 分钟接受 15 分钟的 670 nm 光照。安慰剂组的参与者以相同的姿势放置15分钟，但未打开670nm光（图1A）。光的能量和时间与以前的研究一致[12]。

对OGTT进行了三次比较以进行分析（图1B）。比较 1：比较 670 nm PBM 和安慰剂干预结果。为了确认跨组比较的结果不是由于个体反应之间的显著差异[20]，还进行了配对受试者分析。将来自个体的对照 OGTT 反应数据（在第 1 次访问中获得）与干预后来自同一个体的 OGTT 反应数据进行比较（第 2 次访问）。比较 2：配对参与者分析，在 670 nm PBM 组内，比较 3：配对参与者分析，在安慰剂组内。此外，鉴于个体之间对OGTT响应的已知变异性，我们通过在配对分析之前和之后进行受试者内部分析来验证任何显着差异。该配对分析报告了个体的变化，在未进行干预的访问和第二次访问之间，在此期间他们进行了干预（安慰剂或 670 nm 光照）。据报道，670 nm PBM在单次暴露后具有持续~5-7天的长期效应[8]。也有报道称，个体的OGTT反应曲线会随着时间推移而变化[21]。因此，没有进行交叉研究设计来避免这些未知变量的影响。

研究方案和数据分析设计。研究方案流程图（A）和数据分析概述（B）。（A） 30 名参与者被随机分配到研究的每个组、670 nm 光生物调节 （PBM） 组或安慰剂组。每个参与者都进行了两次访问。在第一次就诊期间，他们接受了空腹口服葡萄糖耐量试验 （OGTT），在此期间循环血糖浓度和呼气末 CO2（环氧乙烷2）被测量。在 7 天内，他们返回进行第二次就诊，在此期间，他们首先接受干预，670 nm PBM（670 nm PBM 组）或无光暴露（安慰剂组），然后进行第二次 OGTT 和血糖/EtCO2收集的数据。（B） 在三个比较集中分析数据。首先比较访问 2 的两个干预数据集，以确定干预类型的统计差异并排除安慰剂效应（B1).为了限制此比较中假阳性结果的风险，由于个体 OGTT 反应的差异，将每个参与者的数据与访问 1 期间获取的对照结果进行比较，进行了配对参与者分析（B2、乙3).（B）中包括与循环血糖（Glucose）和EtCO的每次比较结果的图号链接2.

4 讨论

这项研究表明，使用标准的口服葡萄糖耐量试验，单次暴露于 670 nm 15 分钟可显着降低血糖。它对二氧化碳的影响也有限与呼吸升高一致。虽然葡萄糖是一种重要的营养素，但血液中持续的高水平会诱发血管内皮细胞的炎症和胰岛素抵抗[27]。进食后（餐后）循环葡萄糖浓度的降低对血糖稳态受损的患者有益。然而，餐后高血糖的程度和其他血糖水平波动可能有助于糖尿病并发症的发病机制[28]。波动比持续性高血糖更具破坏性，因为间歇性高血糖暴露会进一步增加内皮细胞凋亡率[29]。因此，临床干预通常包括尽量减少血糖水平急剧波动的做法[30]。我们报告说，670 nm PBM 降低了葡萄糖消耗后达到的最大葡萄糖水平，因此提供了一种限制葡萄糖峰值的干预措施。然而，需要强调的是，这项研究是使用正常健康受试者进行的，而不是糖尿病患者。我们的数据和糖尿病受试者之间的桥梁尚未建立。

670 nm PBM 已被证明可以通过升高的氧化磷酸化来改善线粒体膜电位并增加 ATP 的产生。这已被证明可以转化为改善的中枢神经系统功能。从苍蝇到人类，这在物种中都保留着[1,2,4,8,12,31,32]。670 nm PBM 影响在代谢需求高的组织以及因年龄或疾病而下降的组织中显着。其广泛的积极影响可能取决于膜泵的巨大能量需求，尤其是在中枢神经系统中。

小鼠670nm PBM后ATP的增加范围从视网膜的~20%到大脑的>50%[5]。在整只果蝇中，它是~30%[13]。由于增加的 ATP 产生需要由葡萄糖和氧气提供燃料，因此我们建立了 670 nm PBM 可能具有降低血糖能力的假设。这里提供的数据与这一假设一致。

在这项研究中，参与者在葡萄糖消耗前 45 分钟暴露于 670 nm PBM，并且在消耗后 45 分钟循环血糖浓度显着降低，表明效果开始为 ~1.5 小时。仅在局部光照射后观察到这种减少。然而，670 nm PBM已被证明具有远距离效应[17,33]。局部线粒体功能的改变已被证明会导致其他远端器官的线粒体变化[34]。最近揭示了可能发生这种情况的潜在信号传导途径，因为暴露于670 nm PBM的小鼠在大量循环细胞因子中发生了广泛而显着的变化，这些细胞因子具有作为信号分子的能力[14]。或者，有人认为血液中含有无细胞、呼吸功能正常的线粒体[35,36]。这些也可能在局部 670 nm PBM 的系统性影响中发挥作用。

使用 670 nm 是否会影响糖尿病还有待探索，我们的结果没有阐明这个问题。但很明显，光会影响线粒体功能。较长的波长，特别是670nm，一直被证明可以改善其功能，从而改善整体生理学和性能[1,10,12,17,37]，而较短的波长会破坏线粒体功能[38-40].暴露于 450 nm 是建筑环境中 LED 照明的主要峰值，可显着快速降低人类血压，并显着增加心率。在暴露期间，这两种变化都会持续存在[41]。在人类受试者中使用468 nm PBM的实验同样扰乱了生理机能，显着增加了暴露期间的血糖水平[42]。LED照明从根本上说是蓝色的，因为短波长的光被用来刺激荧光元件，然后被人眼感知以产生更宽的白光光谱范围。然而，LED 从根本上缺乏更长的波长。它们在450 nm附近达到强峰值，但在620 nm以上含量很少[43-45]。因此，在没有阳光的情况下长时间暴露在它们中可能会对人类健康产生重大的长期后果，包括血糖失调。这个问题仍有待充分认识，但很可能是一个潜在的公共卫生问题。