菊粉對反式脂肪酸致小鼠胰島素抵抗的影響

李曉月，張晶晶，張紅建，周 聰，肖安紅,2,*

（1.武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023；2.湖北省農產品加工與轉化重點實驗室，湖北 武漢 430023）

菊粉對反式脂肪酸致小鼠胰島素抵抗的影響

李曉月1，張晶晶1，張紅建1，周 聰1，肖安紅1,2,*

（1.武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023；2.湖北省農產品加工與轉化重點實驗室，湖北 武漢 430023）

目的：研究菊粉對反式脂肪酸所致小鼠胰島素抵抗的影響。方法：采用反式脂肪酸飼料誘導建立小鼠高脂血癥模型，分別給予低、中、高3 種劑量的菊粉，測定小鼠胰島素抵抗相關指標。結果：反式脂肪酸的攝入導致小鼠血糖、血清胰島素水平和胰島素抵抗指數極顯著增加（P＜0.01），胰島素敏感指數、胰島β細胞功能指數和總超氧化物歧化酶活性極顯著降低（P＜0.01）。菊粉干預能夠降低小鼠血糖水平和胰島素抵抗指數，提高胰島素敏感指數和增強胰島β細胞功能，且菊粉高劑量干預組與反式脂肪酸組相比，差異均極顯著（P＜0.01），效果最好。結論：反式脂肪酸能夠導致小鼠胰島素抵抗，菊粉干預能夠改善小鼠的胰島素抵抗狀況，且高劑量組效果最好。

反式脂肪酸；菊粉；小鼠；胰島素抵抗；高脂血癥

胰島素抵抗（insulin resistance，IR）是指胰島素靶器官如脂肪組織、肝臟、肌肉對胰島素的敏感性降低[1]?！肮餐寥缹W說”[2-4]認為IR普遍存在于糖尿病、高血壓、血脂紊亂及肥胖等疾病中[2-5]，是多種代謝性疾病的共同危險因素，是代謝紊亂的重要表現。氧化應激是指機體在遭受各種有害刺激時，體內高活性分子如活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）和活性氮自由基（reactive nitrogen species，RNS）產生過多，氧化程度超出氧化物的清除速度，氧化系統和抗氧化系統失衡，從而導致組織損傷[6]。氧化應激與IR關系密切，是IR的病理學基礎之一[7]。反式脂肪酸（trans fatty acids，TFA）是具有反式構象碳-碳雙鍵的所有非共軛不飽和脂肪酸的總稱。研究表明，TFA的過多攝入會導致機體血脂異常及糖尿病等疾病[8]。

菊粉又稱菊糖，主要來源于菊芋塊根，是D-呋喃果糖經β-1,2-糖苷鍵聚合而成的一種果聚糖。菊粉是自然界中天然存在的可溶性膳食纖維之一，廣泛存在于約3.6萬 種植物中[9]。研究表明，每日攝食2 g菊粉對控制人的體質量，改善腸道功能，控制血糖水平及防止機體失調有很大幫助[10]，因此，研究菊粉對IR的改善作用具有重要意義。

本實驗以高脂血癥-IR-氧化應激為主線，探討菊粉對反式脂肪酸致高脂血癥小鼠IR的影響。首先用反式脂肪酸飼料喂養小鼠，建立小鼠高脂血癥模型，按人體推薦量[11]的5、10、20 倍設計菊粉低、中、高3 個劑量組對高脂血癥模型小鼠進行灌胃，研究菊粉對反式脂肪酸誘導小鼠IR的影響。

1 材料與方法

1.1 動物、材料與試劑

昆明種雄性小鼠90 只，體質量（20±2）g，湖北省疾病預防控制中心提供，動物合格許可證編號：SCXK（鄂）2008-0005。

菊粉（純度94.46%）基本成分（質量分數，下同）：水分4.37%、蛋白質0.02%、脂肪1.1%、灰分0.13%、總糖98.24%、還原糖3.78%。

高密度脂蛋白膽固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）試劑盒、低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）試劑盒、甘油三酯（triglyceride，TG）試劑盒、總膽固醇（total cholesterol，TC）試劑盒、總超氧化物歧化酶（total superoxide dismutase，T-SOD）試劑盒 南京建成生物工程研究所；胰島素酶聯免疫吸附試劑盒 上海博古生物科技有限公司。

小鼠飼料：普通基礎飼料由湖北省疾病預防控制中心提供，高脂飼料和10% TFA飼料均為本實驗自制[12]。飼料配方見表1。

表1 飼料配方及成分Table 1 Formula and ingredients of feeds %

1.2 儀器與設備

ELX800型酶標儀 美國Bio-Tek公司；血糖試紙、便攜式血糖儀 北京怡成生物電子技術有限公司。

1.3 方法

1.3.1 高脂血癥小鼠模型建立

實驗采用普通高脂模型[13]和10% TFA高脂模型兩種方法[14]。造模成功的標志為：血清TC含量＞5.72 mmol/L，或血清TG含量＞1.70 mmol/L，或TC含量＞5.72 mmol/L且TG含量＞1.70 mmol/L，或HDL-C含量＜0.9 mmol/L[12]。

1.3.2 分組及喂養方法

實驗初期小鼠適應性喂養，1 周后隨機分為9 組，每組10 只（分組及飼養方法見表2）。4 周后，小鼠空腹24 h后取血測TG、TC、HDL-C、LDL-C水平，T-SOD活性、空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）含量和空腹胰島素（fasting insulin，FIN）水平。實驗過程中小鼠自由飲水攝食，每日上午灌胃。飼養環境：溫度18～22 ℃，相對濕度45%～60%、明暗12 h/12 h。

表2 實驗小鼠分組Table 2 Experimental groups

1.3.3 各項指標的測定及計算方法

1.3.3.1 血清學指標的測定

禁食24 h后，小鼠眼眶取血，離心取上清液，測TC、TG、HDL-C、LDL-C水平，T-SOD活性及FIN水平。

1.3.3.2 FBG含量的測定

小鼠空腹24 h后，鼠尾取血，采用怡成血糖儀和血糖試紙進行測定。

1.3.3.3 胰島素抵抗指數（homeostasis model assessmentinsulin resistance， HOMA-IR）測定

根據已測定的FBG和FIN水平，由公式（1）計算HOMA-IR。

1.3.3.4 胰島β細胞功能指數（homeostasis model assessment-β，HOMA-β）測定

根據已測定的FBG和FIN水平，由公式（2）計算HOMA-β。

1.3.3.5 小鼠胰島素敏感指數（insulin sensitivity index，ISI）測定

根據已測定的FBG和FIN水平，由公式（3）計算ISI。

1.4 數據處理

2 結果與分析

2.1 高脂血癥小鼠造模結果

表3 高脂血癥小鼠造模結果Table 3 Successful establishment of hyperlipidemia mouse model

由表3可知，HF組TC＞5.72 mmol/L、TG＞1.70 mmol/L；TFA組TC＞5.72 mmol/L，TG＞1.70 mmol/L，HDL-C＜0.9 mmol/L。因造模成功的標志為：血清TC＞5.72 mmol/L，或血清TG＞1.70 mmol/L，或TC＞5.72 mmol/L且TG＞1.70 mmol/L，或HDL-C＜0.9 mmol/L[12]。由以上結果可知，HF組和TFA組高脂血癥小鼠造模成功。且TFA組各項指標與HF組相比差異極顯著（P＜0.01），說明TFA與HF相比對高脂血癥有加劇作用。

2.2 TFA對高脂血癥小鼠IR的影響

正常血糖鉗夾技術是目前國際公認的檢測胰島素敏感性的方法，被認為是檢測胰島素抵抗的金標準[15]。但由于其操作過程復雜、費用昂貴而使得其應用受限。穩態模型和胰島素敏感指數[16-17]由于操作和測定過程簡單、準確性高而成為臨床上評價IR的主要標準。穩態模型的兩個主要指標HOMA-IR和HOMA-β分別與機體IR程度和胰島β細胞功能存在良好的相關性[18]，HOMA-IR升高說明IR程度增強，HOMA-β降低表明胰島β細胞功能減弱。

人體代謝活動可以產生少量ROS，當機體受到損傷時，ROS產生過多或清除減少，導致機體抗氧化防御系統失衡，造成機體氧化應激。高脂飲食能誘導機體處于氧化應激狀態，導致機體氧化損傷，干擾骨骼肌組織對葡萄糖的攝取而誘導IR[19-21]。T-SOD是機體內酶類主要自由基清除劑之一，可減輕自由基對生物膜和其他組織造成的損傷。因此可以利用T-SOD活力高低間接反映機體抗氧化系統的功能水平[22]。

表4 TFA對高脂血癥小鼠IR的影響Table 4 Effects of transtrans fatty acids on insulin resistance in mice

由表4可知，HF、TFA兩組與C組相比，FBG、FIN水平和HOMA-IR顯著升高（P＜0.01），ISI、HOMA-β和T-SOD活力顯著降低（P＜0.01）。說明高脂血癥小鼠產生了IR。TFA組與HF組相比，FBG水平，HOMA-IR、ISI和T-SOD活力差異均極顯著（P＜0.01），HOMA-β顯著降低（P＜0.05），FIN水平升高但差異并不顯著（P＞0.05）?？赡苁怯捎谖桂B時間過短，在FBG水平極顯著升高的情況下，胰島β細胞無須分泌大量的胰島素來滿足機體代謝的需要[23]。以上結果說明TFA更易導致高脂血癥小鼠IR。

2.3 菊粉對高脂血癥小鼠IR影響的結果及分析

2.3.1 菊粉對小鼠血糖水平的影響

表5 菊粉對反式脂肪酸致高脂血癥小鼠IR的影響Table 5 Effect of inulin on insulin resistance in trans fatty acids-fed mice

由表5可知，采用低、中、高3 種劑量的菊粉對高脂血癥小鼠進行干預，均能不同程度地降低小鼠的FBG水平。其中，高劑量組的效果最好（P＜0.01）。Kim等[24]使用含10 mmol/L葡萄糖和10 g/L菊粉的等滲電解質溶液（pH 7.4）對大鼠進行灌腸實驗，結果表明灌注液中的菊粉能明顯抑制空腸對葡萄糖的吸收（P＜0.05），研究人員指出可能是菊粉提高了黏度，導致腸黏膜厚度增加，從而降低葡萄糖吸收的程度。

2.3.2 菊粉對小鼠血清胰島素水平的影響

由表5可知，菊粉干預能夠降低小鼠的FIN水平，但是差異并不顯著（P＞0.05）。Causey等[25]證明菊粉可以降低血糖水平（P＜0.05），但是對胰島素水平沒有顯著影響（P＞0.05），其原因可能是菊粉添加量低且喂養時間短，不足以改善嚴重受損的胰島β細胞的功能。

2.3.3 菊粉對小鼠ISI、HOMA-IR和HOMA-β的影響

由表5可知，菊粉干預增強了小鼠的ISI和HOMA-β，降低了小鼠的HOMA-IR。其中高劑量組效果最佳。Kumar等[26]發現麥麩和瓜爾膠能增強糖尿病大鼠的ISI，降低HOMA-IR，與本實驗結果基本一致。

2.3.4 菊粉對小鼠抗氧化能力的影響

由表5可知，菊粉干預使小鼠的T-SOD活力極顯著升高（P＜0.01），增強了小鼠的抗氧化能力，且高劑量組的效果最好。原因可能是菊粉能夠清除體內積累的自由基，減輕了過多自由基對機體的損傷。

3 結 論

添加10% TFA的高脂飼料可致小鼠高脂血癥并能夠誘導小鼠產生IR。菊粉能夠改善小鼠的IR狀況，且高劑量組效果優于中、低劑量組。菊粉可使高脂血癥小鼠的抗氧化能力提高，從而緩解IR程度。

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Effect of Inulin on Insulin Resistance Prevention in Trans Fatty Acids-Fed Mice

LI Xiaoyue1, ZHANG Jingjing1, ZHANG Hongjian1, ZHOU Cong1, XIAO Anhong1,2,*
(1. College of Food Science and Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China; 2. Hubei Key Laboratory for Agro-processing and Transformation, Wuhan 430023, China)

Objective: To evaluate the effect of inulin on insulin resistance in trans fatty acids-fed mice. Methods: Inulin was given at low, medium and high doses. Results: The intake of trans fatty acids elevated fasting blood glucose, fasting serum insulin, insulin resistance index signifi cantly (P < 0.01), and reduced insulin sensitivity index, islet β-cell function and T-SOD signifi cantly (P < 0.01). Inulin reduced fasting blood glucose and insulin resistance index, and increased insulin sensitivity index and islet β-cell function, especially at the high dose, showing signifi cant differences (P < 0.01) when compared with the trans fatty acid group. Conclusion: Trans fatty acids can lead to insulin resistance in mice, and the intervention of inulin can improve the symptoms, in particular at the high dose.

trans fatty acids; inulin; mice; insulin resistance; hyperlipidemia

TS202.3；TS201.4

A

1002-6630（2015）01-0201-04

10.7506/spkx1002-6630-201501038

2014-03-04

國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2010AA023003-01）；武漢市科技計劃項目（201220837298-5）；武漢工業學院研究生創新基金項目（2012cx016）

李曉月（1989—），女，碩士研究生，研究方向為食品科學。E-mail：lixiaoyue-540@163.com

*通信作者：肖安紅（1963—），女，教授，博士，研究方向為糧食油脂及植物蛋白。E-mail：1090106395@qq.com