甜玉米芯多糖對(duì)糖尿病大鼠的降血糖作用

馬永強(qiáng)，張 凱,*，王 鑫，路雪純，林樅雨

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150076；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080）

糖尿病是人體葡萄糖的代謝紊亂造成的，是一種機(jī)體處于糖代謝和脂代謝受胰島素不適當(dāng)調(diào)節(jié)的狀態(tài)，可導(dǎo)致空腹及餐后血糖升高，主要臨床特點(diǎn)是長(zhǎng)期處于高血糖狀態(tài)，通常肥胖是糖尿病發(fā)展的一個(gè)常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)因素[1-2]。其中2型糖尿病更為常見(jiàn)，占所有糖尿病病例的75%～85%[3]。根據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟2017年發(fā)布的第八版全球糖尿病地圖顯示，全世界有4.25億 人患有糖尿病，預(yù)計(jì)到2045年，患有糖尿病的人數(shù)將達(dá)到6.29億 人[4]。目前，糖尿病已經(jīng)成為繼腫瘤、心血管疾病后在世界范圍內(nèi)的第三大嚴(yán)重危害人類健康的非傳染性疾病，若其不加以干預(yù)可引發(fā)多種并發(fā)癥[5-6]。

但目前治療糖尿病的藥物多具有一些副作用，例如會(huì)造成體質(zhì)量增加、心臟和腎臟功能受損、胃腸道疾病等[7]。所以開(kāi)發(fā)一種天然且副作用小的藥物已經(jīng)成為了研究糖尿病的重點(diǎn)。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)一些植物多糖具有很好的降糖作用，并能改善胰島素抵抗，且毒副作用小[8]。例如：Li Yougui等研究發(fā)現(xiàn)從板藍(lán)根提取的板藍(lán)根多糖能顯著改善胰島素抵抗以及糖代謝、脂代謝和氧化應(yīng)激[9]。Zeng Zhaohui等發(fā)現(xiàn)荷葉多糖可以提高糖尿病大鼠的抗氧化活性并降低胰島素抵抗作用[10]。

目前已經(jīng)有研究證明多糖具有良好的抗腫瘤、抗氧化、抗凝血、降血糖降血壓等作用[11-14]。甜玉米芯多糖是以甜玉米芯為原料，經(jīng)干燥、粉碎、過(guò)篩等前處理過(guò)程后，進(jìn)行脫脂、脫蛋白、脫色、乙醇醇沉得到的醇沉物進(jìn)行冷凍干燥后得到的具有生物活性的物質(zhì)，前期實(shí)驗(yàn)證明甜玉米芯多糖對(duì)α-葡萄糖苷酶起到一定的抑制效果，呈現(xiàn)出較好的體外降血糖及抗凝血作用[15-16]。但甜玉米芯多糖在大鼠體內(nèi)的降血糖、降血脂效果以及對(duì)胰腺組織的形態(tài)變化均未做深入研究。

本實(shí)驗(yàn)利用STZ誘導(dǎo)建立糖尿病大鼠模型，并灌胃不同劑量的甜玉米芯多糖來(lái)評(píng)估其降血糖作用，然后通過(guò)與糖尿病大鼠對(duì)比血糖水平、血脂水平、葡萄糖耐受量以及胰腺組織切片情況，揭示甜玉米芯多糖對(duì)糖尿病大鼠的降血糖影響。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物、材料與試劑

雄性SPF級(jí)Wistar大鼠，體質(zhì)量（180±20）g，購(gòu)自吉林省長(zhǎng)春市億斯實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限責(zé)任公司，生產(chǎn)許可證號(hào)：SCXK（吉）2016-0003。

甜玉米芯多糖（SCP-80-1）由哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院制備；鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ）美國(guó)Sigma公司；血糖試紙 羅氏診斷產(chǎn)品（上海）有限公司；胰島素、血清總膽固醇（total cholesterol，TC）、甘油三酯（triglyceride，TG）、高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）和低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）試劑盒 南京建成生物科技公司；鹽酸二甲雙胍片為市售；其他化學(xué)試劑均是分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

血糖儀 羅氏診斷產(chǎn)品（上海）有限公司；BSA224S電子分析天平 河北雙鑫試驗(yàn)儀器制造有限公司；ELx800酶標(biāo)儀 北京線上生物科技有限公司；TU-1900紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 深圳市億鑫儀器設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 甜玉米芯多糖的制備流程

甜玉米芯多糖制備：以甜玉米芯為原料，經(jīng)干燥→粉碎→過(guò)篩→脫脂→水提→濃縮→脫蛋白→脫色→體積分?jǐn)?shù)80%的乙醇醇沉→冷凍干燥→DEAE-52陰離子纖維素柱層析→冷凍干燥→葡聚糖凝膠Sephadex G-200柱層析→冷凍干燥→制得SCP-80-1[16]

1.3.2 高血糖模型的建立

SPF級(jí)Wistar雄性大鼠，在溫度為22～24 ℃、正常晝夜周期以及相對(duì)濕度（60±5）%的條件下適應(yīng)性飼喂3 d，并讓大鼠自由進(jìn)食及飲水[17-18]。大鼠高血糖模型的建立參照《保健食品檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[19]中的方法。給予高脂高糖飼料（20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）蔗糖、10%豬油、2.0%膽酸鈉、67.5%基礎(chǔ)飼料）喂養(yǎng)3 d后稱體質(zhì)量，按照65 mg/kg mb一次性腹腔注射STZ，高脂高糖飼料喂養(yǎng)7 d[20-21]。禁食3 h后進(jìn)行尾部取血，并用血糖儀檢測(cè)空腹血糖濃度，空腹血糖濃度，連續(xù)2 次測(cè)定空腹血糖濃度不小于11.1 mmol/L即認(rèn)為造模成功[22-24]。

1.3.3 動(dòng)物分組及處理

將STZ誘導(dǎo)的50 只糖尿病大鼠隨機(jī)均分為5 組：糖尿病模型組、陽(yáng)性藥物組（200 mg/kg mb二甲雙胍）、SCP-H組（400 mg/kg mbSCP）、SCP-M組（200 mg/kg mbSCP）、SCP-L組（100 mg/kg mbSCP）。并選擇10 只正常大鼠作為空白對(duì)照組，空白對(duì)照組和糖尿病模型組給予生理鹽水。飼喂期間每天進(jìn)行灌胃，持續(xù)4 周。大鼠每天自由飲水及進(jìn)食。每日觀察食物、水的消耗量以及毛發(fā)色澤和精神狀態(tài)，每3 d檢測(cè)大鼠體質(zhì)量，每7 d檢測(cè)各組大鼠空腹血糖濃度。治療28 d后，取禁食12 h的大鼠摘眼球進(jìn)行眼底靜脈取血后處死、解剖[25]。觀察肝臟、腎臟、胰腺以及心臟組織的狀態(tài)后稱質(zhì)量并收集備用。

1.3.4 葡萄糖耐受量的測(cè)定

大鼠禁食3 h后，經(jīng)口給予葡萄糖2.0 g/kgmb，測(cè)定給葡萄糖0、0.5 h以及2 h的血糖濃度，觀察給葡萄糖后各時(shí)間點(diǎn)血糖曲線下面積的變化[26]。

1.3.5 胰島素含量測(cè)定

使用胰島素試劑盒測(cè)定血清中胰島素含量。

1.3.6 血脂指標(biāo)測(cè)定

使用相應(yīng)試劑盒測(cè)定血清TC、TG、HDL-C和LDL-C濃度[27]。

1.3.7 組織切片觀察

大鼠處死解剖后取胰腺和肝臟用體積分?jǐn)?shù)10%甲醛溶液固定，進(jìn)行包埋、切片、蘇木精-伊紅染色、封片等處理，最后鏡檢照相[28]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 大鼠一般狀況

在實(shí)驗(yàn)期間觀察各組大鼠的狀況發(fā)現(xiàn)，空白組大鼠攝食、飲水及排尿量正常，健康活潑，毛色鮮亮，體質(zhì)量增長(zhǎng)較快；糖尿病模型組大鼠進(jìn)食、飲水及排尿量明顯增加，精神狀態(tài)不好，毛色暗淡，體質(zhì)量下降明顯；陽(yáng)性藥物組和各劑量SCP組大鼠與糖尿病組相比在進(jìn)食量、飲水量及排尿量上均減少，且精神狀態(tài)有不同程度的改善。

圖1 各組大鼠體質(zhì)量狀況Fig. 1 Body mass of rats in each group

如圖1所示，經(jīng)STZ造模后，模型組大鼠體質(zhì)量較空白組大鼠極顯著下降（P＜0.01）。灌胃二甲雙胍和甜玉米芯多糖4 周后，與模型組相比，SCP-L組大鼠體質(zhì)量顯著增加（P＜0.05），陽(yáng)性藥物組、SCP-H和SCP-M組大鼠體質(zhì)量極顯著增加（P＜0.01）。

2.2 SCP對(duì)大鼠血糖及葡萄糖耐受量的影響

圖2 SCP對(duì)大鼠血糖濃度的影響Fig. 2 Effect of SCP on blood glucose in rats

由圖2可知，空白組大鼠空腹血糖濃度基本無(wú)變化，處于6～7 mmol/L之間。飼喂期間模型組空腹血糖濃度均在22 mmol/L以上，與空白組比較差異顯著（P＜0.05），即認(rèn)為造模成功且糖尿病模型穩(wěn)定性良好。灌胃后，大鼠空腹血糖沒(méi)有降到空白組水平的原因推測(cè)是陽(yáng)性藥物劑量偏低或造模時(shí)血糖濃度太高造成的。各SCP劑量組均有不同程度的降血糖作用，且呈現(xiàn)一定的量效關(guān)系，隨著SCP藥物劑量的減少，降低血糖的能力也隨之下降。

圖3 SCP對(duì)大鼠葡萄糖耐受量的影響Fig. 3 Effect of SCP on glucose tolerance in rats

葡萄糖耐量實(shí)驗(yàn)可判斷大鼠耐受葡萄糖的能力，可以根據(jù)耐受葡萄糖的強(qiáng)弱判斷給藥后胰島β細(xì)胞對(duì)血液中血糖調(diào)節(jié)的能力[29]。由圖3可知，空白組大鼠血糖濃度隨時(shí)間變化趨勢(shì)平緩，糖尿病模型組大鼠血糖濃度在各時(shí)間段都較高，經(jīng)二甲雙胍以及高劑量SCP治療后，各時(shí)間段血糖濃度均顯著下降（P＜0.05），但SCP-M以及SCP-L組經(jīng)過(guò)治療后與模型組比較無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。根據(jù)各組大鼠經(jīng)口給予葡萄糖0、0.5、2 h的血糖濃度分別計(jì)算出血糖曲線下面積分別為：空白組為14.7，模型組為58.1，陽(yáng)性組為33.6，SCP-H組為35.8，SCP-M組為50.0，SCP-L組為53.9。模型組與空白組比較差異顯著（P＜0.05），陽(yáng)性藥物組與模型組比較差異顯著（P＜0.05），各SCP給藥組均具有降低血糖曲線下面積的趨勢(shì)，且呈一定的量效關(guān)系，其中SCP-H組與模型組比較差異顯著（P＜0.05）。

2.3 SCP對(duì)糖尿病大鼠血清中胰島素含量的影響

圖4 SCP對(duì)糖尿病大鼠血清中胰島素含量的影響Fig. 4 Effect of SCP on serum insulin content in diabetic rats

胰島素在調(diào)節(jié)血糖過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用，當(dāng)胰島素生物學(xué)效應(yīng)發(fā)揮不足時(shí)，胰島素的直接靶組織肌肉和脂肪會(huì)產(chǎn)生對(duì)血糖的利用、轉(zhuǎn)運(yùn)或儲(chǔ)存效率降低的現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)增加肝臟中葡萄糖的輸出，最終導(dǎo)致血糖濃度升高。由圖4可見(jiàn)，灌胃后，與模型組比較發(fā)現(xiàn)，各灌胃組大鼠血清中胰島素含量均有不同程度的升高，除SCP-L組差異顯著外（P＜0.05），陽(yáng)性藥物組和SCP-M、SCP-H組大鼠血清中胰島素含量均較模型組大鼠極顯著上升（P＜0.01）。

2.4 SCP對(duì)糖尿病大鼠血脂指標(biāo)的影響

圖5 SCP對(duì)糖尿病大鼠血脂的影響Fig. 5 Effect of SCP on blood lipids in diabetic rats

糖尿病與血脂水平密切相關(guān)，降低血脂水平有助于改善糖尿病[30]。由圖5可見(jiàn)，與空白組相比，模型組的TC、TG和LDL-C水平顯著增加，HDL-C水平顯著降低（P＜0.05），與張錦研究發(fā)現(xiàn)褪黑素可顯著降低血脂的結(jié)果一致[31]。與模型組比較，陽(yáng)性藥物組和SCP高、中、低劑量組降低了TC、TG和LDL-C水平，并提高了HDL-C水平。其中HDL-C和LDL-C的水平與SCP濃度呈量效關(guān)系，且SCP-H組效果最佳。

2.5 SCP對(duì)糖尿病大鼠臟器指數(shù)的影響

如圖6所示，與空白組比較，糖尿病模型組大鼠肝臟、腎臟的臟器指數(shù)極顯著升高（P＜0.01），表明高脂糖尿病大鼠呈現(xiàn)明顯的肝臟、腎臟腫脹現(xiàn)象[32]。陽(yáng)性藥物組以及SCP各劑量組治療后對(duì)臟器腫脹具有一定程度的減輕作用。

圖6 SCP對(duì)糖尿病大鼠臟器指數(shù)的影響Fig. 6 Effect of SCP on organ coefficients in diabetic rats

2.6 SCP對(duì)大鼠胰腺組織的影響

圖7 SCP對(duì)大鼠胰腺組織的影響（×400）Fig. 7 Effect of SCP on pancreatic tissues in rats（× 400）

胰島損傷是糖尿病發(fā)病的機(jī)理之一，而胰島損傷程度可根據(jù)胰島的完整性以及胰島B細(xì)胞的排列和數(shù)量來(lái)判斷[33]。蘇木精-伊紅染色后各組胰島形態(tài)如圖7所示?？瞻捉M大鼠胰島組織結(jié)構(gòu)完整，胰島細(xì)胞排列整齊，邊界清晰圓潤(rùn)；而模型組大鼠胰島破壞明顯，無(wú)明顯的邊界，胰島細(xì)胞排列不規(guī)則；陽(yáng)性藥物組胰島結(jié)構(gòu)恢復(fù)完整，邊界清晰，胰島細(xì)胞數(shù)增加[34]。各SCP給藥組對(duì)于胰島組織和胰島細(xì)胞起到一定的修復(fù)作用，與SCP劑量呈量效關(guān)系，且SCP-H組效果最佳。

3 討 論

在本研究中，STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠血糖水平明顯升高，體質(zhì)量降低。體質(zhì)量下降的原因可能是由于沒(méi)有碳水化合物作為能源從而導(dǎo)致的大鼠蛋白質(zhì)消耗[35]。模型組肝、腎的臟器指數(shù)均顯著高于空白組和藥物組，表明高脂糖尿病大鼠呈現(xiàn)明顯的肝臟、腎臟腫脹現(xiàn)象[36-37]，而SCP-80-I可以改善STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的臟器指數(shù)。此外，糖尿病的發(fā)現(xiàn)與血脂代謝異常密切有關(guān)，而且血液中脂質(zhì)水平的升高在某些情況下還可能導(dǎo)致心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)較高[38]。本實(shí)驗(yàn)中，與模型組比較，SCP-80-I組TC、TG、LDL-C、HDL-C水平均有顯著變化，與李新明等的研究結(jié)果[39]一致。表明SCP-80-I可顯著降低高脂血癥大鼠的血脂水平，原因可能是SCP-80-I升高了血清中HDL水平，使膽固醇向肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)、加速肝臟脂質(zhì)降解從而降低了血脂水平。表明SCP-80-I可以改善STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的脂質(zhì)代謝，降低心血管疾病的發(fā)生。通過(guò)分析胰腺組織中胰島細(xì)胞的排列、形狀以及分布，發(fā)現(xiàn)SCP-80-1對(duì)STZ誘導(dǎo)的型糖尿病大鼠胰腺組織細(xì)胞形態(tài)損傷有一定緩解作用，推測(cè)SCP可能具有修復(fù)糖尿病引起的胰腺臟器病變的功能。

綜上所述，SCP-80-1可改善STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠血糖以及血脂狀況，其作用機(jī)制可能與胰島細(xì)胞的修復(fù)及改善血脂水平過(guò)程有關(guān)，但降血糖以及降血脂的機(jī)制還需要進(jìn)一步研究來(lái)闡明。甜玉米芯多糖作為具有一定開(kāi)發(fā)潛力和研究?jī)r(jià)值的天然降糖物質(zhì)，在糖尿病治療中的應(yīng)用具有廣泛前景。