咖啡及其成分胡蘆巴堿對2型糖尿病大鼠的抗糖尿病作用*

陳世豐 袁磊

咖啡是世界上最流行的飲品之一。經常飲用咖啡可以預防和治療多種疾病，如多種腫瘤、心血管疾病、2型糖尿病[1-3]。Bidel等[4]的臨床研究顯示，飲用咖啡與空腹血糖和胰島素水平呈負相關。與之相反，Van等[5]卻發現飲用咖啡可使血中葡萄糖和胰島素水平升高。然而Yamashita等[6]的研究表明，常喝咖啡往往伴有脂聯素水平升高和瘦素水平下降，但與糖代謝無顯著相關。咖啡中含有豐富的胡蘆巴堿（trigonelline，TRG）。胡蘆巴堿具有降血糖、降血脂、抗腫瘤和抗氧化等藥理作用。最近的一項研究表明，胡蘆巴堿還具有心肌保護作用[7]。本研究以SD大鼠為研究對象，建立2型糖尿病大鼠模型，以探究咖啡及其主要成分胡蘆巴堿對2型糖尿病大鼠的糖代謝、血脂水平、脂肪因子和炎癥因子的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 4周齡雄性清潔級SD乳鼠50只，購自鄭州大學實驗動物動物中心。

1.2 主要試劑 鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ）和胡蘆巴堿購自Sigma公司，雀巢速溶咖啡為市售品（廣東東莞雀巢有限公司），葡萄糖測定試劑盒、胰島素檢測試劑盒、總膽固醇檢測試劑盒、甘油三酯檢測試劑盒、高密度脂蛋白檢測試劑盒、脂聯素檢測試劑盒、白細胞介素-6測定試劑盒和腫瘤壞死因子α檢測試劑盒購自南京建成生物工程研究所。1.3 糖尿病大鼠模型及分組 雄性SD大鼠以高脂高糖飼料喂養4周后，腹腔注射低劑量STZ（30 mg/kg），72 h后，尾靜脈取血，篩選空腹血糖值≥11.1 mmol/L的大鼠為2型糖尿病模型大鼠[8]。正常大鼠為對照組（Control組），糖尿病大鼠隨機分為模型組（Model組）、咖啡組（Coffee組）和胡蘆巴堿組（TRG組），每組8只。Coffee組和TRG組分別按60 mg/kg和1.5 mg/kg劑量每天灌胃，Model組每日以等體積蒸餾水灌胃，持續5周。

1.4 生化指標檢測 禁食12 h后麻醉，腹主動脈取血。按試劑盒說明檢測空腹血糖（FBG）、空腹胰島素（FINS）、總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白（HDL）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細胞介素-6（IL-6）、脂聯素（APN）。根據FPG和FINS計算胰島素敏感指數（ISI），計算公式為：ISI=ln[1/（FPG×FINS）]。

1.5 統計學處理 采用SPSS 16.0統計學軟件分析數據，計量資料以（±s）表示，多組間比較采用單因素方差分析（ANOVA），組間兩兩比較采用最小顯著性差異法（LSD法），P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 大鼠FBG、FINS和ISI的變化 與Control組相比，Model組FBP水平明顯升高（P<0.05），FINS水平和ISI明顯下降（P<0.05）。與Model組相比，Coffee組和TRG組FBG水平顯著下降（P<0.05），FINS水平和ISI則顯著升高（P<0.05）。Coffee組和TRG組相比，FBG、FINS和ISI無明顯差異。見表1。

表1 各組FBG、FINS和ISI的比較（x-±s）

2.2 大鼠TC、TG和HDL的變化 與Control組相比，Model組TC和TG水平明顯升高（P<0.05），HDL水平明顯下降（P<0.05）。與Model組相比，Coffee組TC顯著下降（P<0.05），TG和HDL無明顯變化；TRG組TC和TG水平顯著下降（P<0.05），HDL水平則顯著升高（P<0.05）。見表2。

表2 各組TC、TG和HDL的比較（x-±s） mmol/L

2.3 大鼠TNF-α、IL-6和APN的變化 與Control組相比，Model組TNF-α和IL-6水平明顯升高（P<0.05），APN水平明顯下降（P<0.05）。與Model組相比，Coffee組IL-6水平顯著下降（P<0.05），APN水平則顯著升高（P<0.05），TNF-α無明顯變化；TRG組TNF-α和IL-6水平顯著下降（P<0.05），APN水平顯著升高（P<0.05）。見表3。

表3 各組TNF-α、IL-6和APN的比較（x-±s）

3 討論

最新的臨床研究表明，經常喝咖啡能夠降低2型糖尿病的患病風險[9]。本研究通過構建2型糖尿病大鼠模型，以探討咖啡及其重要成分胡蘆巴堿對糖尿病大鼠糖代謝、脂質代謝以及一些脂肪因子水平的影響。

胰島素抵抗和胰島β細胞功能缺陷是2型糖尿病的兩大基本病理特征和發病基礎。胰島素抵抗為全身性胰島素感受性下降的一種狀態，使正常濃度的胰島素不能發揮其相應的效應。胰島素抵抗是一種廣泛存在的重要病理生理狀態，與肥胖、2型糖尿病、高血壓、心血管疾病、脂質代謝異常、妊娠、腫瘤、感染和應激等關系密切[10-12]。2型糖尿病患者除了胰島素抵抗還存在進行性的β細胞損傷，而高血糖和高血脂可加重β細胞功能缺陷，β細胞分泌功能逐漸失代償，最終衰竭[13]。

脂肪組織中的脂肪細胞和浸潤其中的巨噬細胞分泌的脂肪因子也是導致胰島素抵抗的關鍵環節，脂肪因子包括瘦素、脂聯素、抵抗素、內脂素、TNF-α、IL-6、單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）以及細胞因子，這些脂肪因子的釋放會引起慢性輕度炎癥反應，進而導致胰島素抵抗和2型糖尿病的發生，并增加心血管疾病的發病風險[14]。

本研究以SD大鼠為研究對象，先通過高脂高糖膳食的喂養，使其發生胰島素抵抗，再腹腔小劑量注射STZ，誘發2型糖尿病，該模型除了血糖增高外，還表現出以高胰島素血癥、脂代謝紊亂為特征的胰島素抵抗。結果發現，咖啡組2型糖尿病大鼠的空腹血糖和胰島素水平均顯著下降，胰島素敏感性顯著升高。這表明咖啡能夠影響2型糖尿病大鼠的血糖代謝，改善2型糖尿病大鼠的胰島素抵抗。在脂質代謝方面，飲用咖啡可使2型糖尿病大鼠的TC水平降低，TG和HDL水平無顯著變化。這表明咖啡在降血脂方面的作用十分有限。最值得筆者關注的是，盡管飲用咖啡未能改變2型糖尿病大鼠血中TNF-α的水平，但IL-6水平顯著降低，同時APN水平則顯著升高。APN作為一種胰島素超敏化激素，可以增加促進骨骼肌細胞的脂肪酸氧化和糖吸收，明顯加強胰島素的抑制糖原異生作用，抑制肝臟的糖生成，是機體的脂質代謝和血糖穩態的調控網絡中的重要調節因子[15]。胡蘆巴堿作為咖啡中的重要成分，則具有更加多樣的生物學作用。本研究結果顯示，胡蘆巴堿可降低糖尿病大鼠的血糖、胰島素、TC、TG、TNF-α和IL-6水平，同時提高胰島素敏感性、HDL和APN水平。在臨床治療2型糖尿病方面，胡蘆巴堿具有較高的應用價值。

綜上所述，咖啡和胡蘆巴堿均可有效降低血糖，提高胰島素敏感性，降低血脂，減輕炎癥反應以及提高APN水平，但其分子機制還需進一步闡明。

[1] Bravi F，Bosetti C，Tavani A，et al.Coffee drinking and hepatocellular carcinoma risk：a meta-analysis[J].Hepatology，2007，46（2）：430-435.

[2] Greenberg J A，Dunbar C C，Schnoll R，et al.Caffeinated beverage intake and the risk of heart disease mortality in the elderly：a prospective analysis[J].Am J Clin Nutr，2007，85（2）：392-398.

[3] Oba S，Nagata C，Nakamura K，et al.Consumption of coffee，green tea，oolong tea，black tea，chocolate snacks and the caffeine content in relation to risk of diabetes in Japanese men and women[J].Br J Nutr，2010，103（3）：453-459.

[4] Bidel S，Hu G，Sundvall J，et al.Effects of coffee consumption on glucose tolerance，serum glucose and insulin levels-a cross-sectional analysis[J].Horm Metab Res，2006，38（1）：38-43.

[5] Van Dam R M，Pasman W J，Verhoef P.Effects of coffee consumption on fasting blood glucose and insulin concentrations：randomized controlled trials in healthy volunteers[J].Diabetes Care，2004，27（12）：2990-2992.

[6] Yamashita K，Yatsuya H，Muramatsu T，et al.Association of coffee consumption with serum adiponectin，leptin，inflammation and metabolic markers in Japanese workers：a cross-sectional study[J].Nutr Diabetes，2012，42（2）：e33.

[7] Panda S，Biswas S，Kar A.Trigonelline isolated from fenugreek seed protects against isoproterenol-induced myocardial injury through down-regulation of Hsp27 and αB-crystallin[J].Nutrition，2013，29（11-12）：1395-1403.

[8] Wang H J，Jin Y X，Shen W，et al.Low dose streptozotocin （STZ）combined with high energy intake can effectively induce type 2 diabetes through altering the related gene expression[J].Asia Pac J Clin Nutr，2007，16（Suppl 1）：412-417.

[9] Bhupathiraju S N，Pan A，Manson J E，et al.Changes in coffee intake and subsequent risk of type 2 diabetes：three large cohorts of US men and women[J].Diabetologia，2014，57（7）：1346-1354.

[10]徐民崗，王補青.妊娠期糖代謝異常與血糖正常者胰島素抵抗及胰島 β 細胞功能[J].中外醫學研究，2014，12（25）：16-17.

[11]艾文衛.高血壓病胰島素抵抗的中醫治療研究進展[J].中外醫學研究，2012，10（31）：141-142.

[12]胡建華，李秀惠，劉穎，等.HAART 后 HIV/AIDS 脂肪代謝障礙綜合征臨床研究進展與展望[J].中國醫學創新，2014，11（3）：136-139.

[13]趙超，劉昕，崔進，等.GLP-1對2型糖尿病β細胞作用機制的研究[J].中國醫學創新，2013，10（24）：148-150.

[14] Antuna-Puente B，Feve B，Fellahi S，et al.Adipokines：the missing link between insulin resistance and obesity[J].Diabetes Metab，2008，34（1）：2-11.

[15]張燕，孫遼.脂聯素與胰島素抵抗，血液流變學改變及2型糖尿病大血管病變[J].中國醫學創新，2011，8（29）：149-152.