益生菌對2型糖尿病小鼠的調節作用

白 璐,張 喆,梁 曦,呂優優,周 慧,張峻雪,易華西,劉同杰,公丕民,馮麗榮,冷友斌,*,張蘭威,*

(1.中國海洋大學食品科學與工程學院,山東青島 266000;2.中國飛鶴有限公司,北京 100015)

糖尿病是一種常見的內分泌代謝性疾病,其中2型糖尿病占糖尿病病例的90%～95%[1]。此外,2型糖尿病還會引發許多并發癥,例如糖尿病腎病、心血管疾病、動脈硬化和高血壓等,甚至引起死亡。目前,全球成年人群中2型糖尿病的患病率已達到8.3%。人口老齡化以及飲食結構變化加劇糖尿病人數量增加,在我國每年有130萬人死于糖尿病及其并發癥[2]。

越來越多的證據表明,2型糖尿病的病因除了肥胖、遺傳、胰島素自身功能不全外,還與宿主的腸道菌群密切相關[3]。與正常人群相比,2型糖尿病患者表現出中度微生物菌群失調現象[4],擬桿菌豐度下降,機會致病菌豐度增加,引起葡萄糖糖耐量、血糖等指標的改變,加快2型糖尿病的進程[5]。因此,保持體內微生物平衡,有利于機體保持正常的代謝、維持良好的免疫功能預防疾病的發生發展[6]。乳桿菌和雙歧桿菌、丁酸芽孢桿菌等是腸道微生物內一類具有活性的特殊的益生菌群[7],研究發現補充這些有益菌,可增加腸道內有益菌、減少有害菌、改變腸道微生物結構,從而展示出預防和治療糖尿病潛力[8],益生菌可以通過增加粘蛋白水平改善腸道屏障功能[9]、增加抗炎癥因子調節免疫炎癥反應[10],通過降低膽固醇水平改善胰島素抵抗,通過減輕氧化應激水平減輕組織損傷[11]等途徑改善糖尿病。然而,不同菌株作用效果有差異,菌株間相互作用效果也不同,菌株如何發揮益生作用及其作用靶點等相關機制都有待于進一步揭示。

本文首先以α-葡萄糖苷酶活性、疏水性和自聚性為指標,從34株益生菌中篩選出具有潛在降糖功效和黏附能力的菌株;通過高脂飲食結合鏈脲佐菌素(streptozocin,STZ)構建2型糖尿病小鼠模型,研究膳食補充益生菌對抗糖尿病的作用效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試益生菌 中國海洋大學功能性乳品與益生菌工程實驗室保藏的34株益生菌[12];鼠李糖乳桿菌LGG(ATCC 53103) ATCC公司;SPF級C57BL/6J雄性6周齡小鼠 濟南朋悅實驗動物有限公司,許可證號為SCXK(魯)20140007;STZ 西格瑪奧德里奇貿易有限公司;α-葡萄糖苷酶(50 U/mg prot)、對硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷(PNPG) 上海源葉生物科技有限公司;阿卡波糖 拜爾醫藥保健有限公司;葡萄糖試劑盒(京食藥監械(準)字2014第2401130號) 中生北控生物科技股份有限公司;糖化血紅蛋白試劑盒(A056-1-1)、胰島素ELISA試劑盒(H203)、腫瘤壞死因子-αELISA試劑盒(H052)、白介素-6 ELISA試劑盒(H007) 南京建成生物工程研究所;碳酸鈉、二甲苯、乙醚、檸檬酸鈉、葡萄糖 國藥集團化學試劑有限公司;Man Rogosa Sharp(MRS)培養基 青島海博生物技術有限公司;普通飼料、高脂飼料 均由本實驗室自制，普通飼料脂肪含量10%,高脂飼料脂肪含量40%;二乙基丁酸 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;乙酸、丁酸、丙酸標準品 德國Dr.Ehrensorfer標準品公司。

LRH-250生化培養箱 上海一恒儀器有限公司;Multiskan FC酶標儀 賽默飛世爾科技公司;TG20KR-D高速冷凍離心機 長沙東旺實驗儀器有限公司;YP202N電子天平 上海精科儀器有限公司;DK-98-ⅡA恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司;GC6890氣相色譜儀 安捷倫科技有限公司;GA-3血糖儀 三諾生物傳感有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗菌株 實驗菌株接種于MRS培養基,于37 ℃培養18 h,離心(8000 r/min,10 min,4 ℃)收集菌體,并用PBS(pH7.4)緩沖液洗滌3次,最終重懸于PBS(pH7.4)中,調節菌液濃度為1×109CFU/mL。其中鼠李糖乳桿菌LGG為商業菌株,已證實其在體內具有降糖作用[13],本研究以其作為陽性對照菌株。

1.2.2 降糖益生菌的體外篩選

1.2.2.1 益生菌對α-葡萄糖苷酶抑制率的測定 通過α-葡萄糖苷酶抑制率進行益生菌降糖功能篩選。按王芬等[14]方法測定益生菌對α-葡萄糖苷酶的抑制率。α-葡萄糖苷酶(50 μL,0.1 U/mL)與25 μL益生菌菌懸液(在0.1 mmol/L的PBS(pH6.8)中配制),并在37 ℃下孵育10 min。再加入0.1 mmol/L的PBS中配制的PNPG(25 μL,20 mmol/L)以引發反應,并將混合物在37 ℃下水浴20 min,最后加入Na2CO3(100 μL,20 mmol/L)終止反應,OD405 nm下測定反應吸光值。鼠李糖乳桿菌LGG為陽性對照組,按式(1)進行計算。

式(1)

式中:A1為只含有酶的吸光度;A2為PBS吸光度;A3為含有酶和樣品的吸光度;A4為只含有樣品的吸光度。

1.2.2.2 益生菌疏水性、自聚性測定 通過疏水性能和自聚性能對具有良好α-葡萄糖苷酶抑制率的菌株進行自身特性評價。鼠李糖乳桿菌LGG為陽性對照組。根據Amany等[15]MATH法測定菌株的表面疏水性。將培養好的菌株離心(4000 r/min,5 min,4 ℃)收集菌體,用PBS(pH7.4)緩沖液洗滌2次。將收集好的菌體重懸于PBS(pH7.4)中,OD400 nm下調節菌懸液吸光度至0.4左右,記為A0。取3 mL菌液與1 mL二甲苯混合,將混合液渦旋30 s后室溫靜置30 min,在OD600 nm下測定混合溶液中水相的吸光值,記錄為Ax。按式(2)計算菌株的表面疏水性。

式(2)

根據Ruth等[16]的方法進行自聚性測定。將過夜培養的菌株離心(4000 r/min,5 min,4 ℃)并收集菌體沉淀物。將沉淀物用PBS(pH7.4)緩沖液洗滌兩次并重懸,記錄OD600 nm下的吸光值為At0。取菌液4 mL渦旋10 s后在室溫下靜置3 h。3 h后,將0.1 mL的上層懸浮液加至3.9 mL的PBS(pH7.4)中,在OD600 nm下測定吸光度,記錄吸光值為At1。按式(3)計算菌株自聚性。

式(3)

1.2.3 體內探究降糖益生菌的效果及作用機制

1.2.3.1 實驗動物造模及分組設計 60只雄性C57BL/6J小鼠,采用Manaer等[17]的方法建立2型糖尿病小鼠模型。在整個實驗過程中,小鼠飼養于((22±2) ℃,濕度55%±5%,12 h光照/暗循環)的籠子里。所有小鼠適應性喂養一周后,實驗設計為:正常組(N):普通飼料喂養小鼠,在第5周的第1 d,正常組小鼠用0.1 mmol/L檸檬酸鹽緩沖液(pH4.4)進行腹腔注射。糖尿病組(DM)、阿卡波糖藥物治療組(Acarbose)、LGG治療組(菌株LGG)、J5治療組(菌株J5)和K11治療組(菌株K11)小鼠前4周以高脂飼料喂養,并在第5周的第1 d,按照100 mg/kg·bw的劑量腹腔注射STZ(冰上避光,現配現用,溶解于0.1 mmol/L pH4.2的檸檬酸鹽緩沖液中)。在STZ注射的7 d后,測量所有小鼠血糖,小鼠空腹血糖≥7.0 mmol/L或餐后血糖≥11.1 mmol/L認定糖尿病造模成功[18]。從第6～13周開始,小鼠接受普通飼料。從第6周開始至實驗結束,所有小鼠每天灌胃一次,阿卡波糖藥物治療組(Acarbose)灌胃100 mg/kg·bw阿卡波糖溶液;益生菌組灌胃10 mL/kg·bw濃度為1×109CFU/mL的菌液;N組與DM組灌胃10 mL/kg·bw的PBS緩沖液(pH7.4)。

1.2.3.2 小鼠血清及組織的處理 第13周(實驗結束時),小鼠禁食不禁水12 h后,腹腔注射100 mg/kg·bw的氯胺酮麻醉后,眼球取血,然后脫臼處死。血液在4 ℃下3000 r/min條件下離心10 min,然后用小量程移液槍小心吸取上層液體即為血清,儲存在-80 ℃備用。在實驗的第13周(實驗結束時),收集小鼠糞便,冰上放置,然后迅速轉移至-80 ℃冷凍保藏備用。

1.2.3.3 小鼠血糖、口服葡萄糖耐量的測定 小鼠尾尖取血,利用血糖儀每周測定所有小鼠空腹血糖值和餐后2 h血糖值。在實驗結束前(第13周),小鼠禁食12 h,測定小鼠灌胃葡萄糖溶液(2 g/kg·bw)后0、30、60、90和120 min的血糖變化[19]。根據血糖值繪制曲線,軟件計算葡萄糖曲線下面積(AUCglucose)。

1.2.3.4 指標檢測 用ELISA法按照試劑盒說明書檢測小鼠血清中糖化血紅蛋白、血清胰島素、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1,GLP-1),并通過酶標儀測定其含量。并按照式(4)計算胰島素抵抗指標HOMA-IR水平。

式(4)

1.2.3.5 短鏈脂肪酸的分析 參照Tao等[20]所述方法進行樣品前處理。稱取0.1 g糞便并加入1200 μL超純水。攪碎混勻后,加入50 μL的50%的濃硫酸酸化,室溫靜置5 min,每分鐘渦旋一次。隨后,4875 r/min離心10 min。收集上清,加入內標二乙基丁酸50 μL和無水乙醚300 μL,充分混勻30 s,5000 r/min離心10 min。最后,取乙醚層5 μL用于氣相色譜檢測。參照王琳琳[21]等所述方法進行短鏈脂肪酸分析。采用安捷倫GC6890氣相色譜儀檢測小鼠糞便中短鏈脂肪酸含量,所用氣相色譜柱為DB-FFAP彈性石英毛細管柱(30 m×0.25 nm×0.2 μm),所用檢測器為火焰離子化檢測器(FID),上樣量為5 μL,不分流,載氣為氮氣,流速恒定為1 mL/min,設定程序溫度和保持時間分別為:初始溫度100 ℃,0.5 min;以8℃/min升到180 ℃,1 min;20 ℃/min升至220 ℃,5 min;進樣口和檢測器均為250 ℃。通過內標法分別計算出乙酸、丙酸、丁酸含量,內標物為二乙基丁酸。

1.3 數據處理

數據結果均用平均值±標準差形式表示,統計分析均使用SPSS 20.0軟件進行組間比較,數據采用單因素方差分析(ANOVA)進行組間比較,組間差異檢驗采用Duncan檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。所有實驗均重復3次。

2 結果與分析

2.1 降糖益生菌的體外篩選

2.1.1 益生菌對α-葡萄糖苷酶活性的抑制效果 抑制α-葡萄糖苷酶的活性可延緩或阻礙碳水化合物的代謝,預防餐后高血糖的發生,該酶抑制率通常作為體外篩選降糖物質的指標[22]。通過α-葡萄糖苷酶抑制率評估菌株的降糖功能,實驗結果如表1所示,在35株益生菌中,9株菌株可以有效抑制α-葡萄糖苷酶活性,抑制率在5.66%～17.14%之間,其中K11、J5、G15和K14這4株乳桿菌抑制率較高(分別為15.92%±3.40%、13.05%±3.17%、10.78%±2.68%和9.54%±6.61%),該4株菌株對α-葡萄糖苷酶的抑制活性均可達到陽性對照菌株LGG抑制活性的50%[13];其余菌株未檢測到對α-葡萄糖苷酶的抑制作用。

表1 益生菌對α-葡萄糖苷酶的抑制率

2.1.2 益生菌疏水性能和自聚性能 益生菌只有黏附并定殖于腸上皮才能發揮功效,菌株的定殖黏附能力越好,其發揮功效的可能性越大。疏水性和自聚性常用于衡量菌株體外黏附能力。在通過α-葡萄糖苷酶抑制率篩選出9株具有潛在降糖功能益生菌的基礎上,測定其疏水性和自聚性能,一般認為,益生菌表面疏水性在20%以上,則具有黏附能力;自聚性小于10%,則認為沒有自聚性能[23-24]。實驗結果如圖1所示,G15、J5、K11、YRL45和J23這5株乳桿菌的疏水性均大于20%;在這5株表面疏水性能良好的菌株中G15沒有檢測到自聚性能。結合益生菌對α-葡萄糖苷酶的抑制率,菌株J5、K11和G15具有良好的α-葡萄糖苷酶抑制活性。體外篩選出具有良好降糖能力與益生特性的菌株為:副干酪乳桿菌J5和干酪乳桿菌K11。

圖1 菌株表面疏水性和自聚能力的比較

2.2 體內探究降糖益生菌的效果及作用機制

2.2.1 補充益生菌對空腹血糖和餐后血糖的影響 空腹血糖≥7.0 mmol/L是糖尿病檢測最常用的指標[18]?？崭寡墙Y果如圖2A所示,注射STZ后,造模組小鼠的空腹血糖值≥7.0 mmol/L,造模成功。在第5周到第13周期間,DM組空腹血糖水平顯著高于N組(P<0.05)。在實驗的第13周末,與DM組相比,所有組均顯著降低了小鼠的空腹血糖水平(P<0.05),補充干酪乳桿菌K11和副干酪乳桿菌J5將小鼠空腹血糖降低了37.62%和31.38%(P<0.05),與LGG組不存在顯著性差異。餐后血糖代表葡萄糖負荷后的血糖水平,餐后血糖≥11.1 mmol/L是早期診斷糖尿病的重要指標[18]。餐后血糖結果如圖2B所示,在實驗的第13周末,與DM組相比,所有組均能顯著降低小鼠的餐后血糖水平(P<0.05),其中效果最好的為K11組,補充干酪乳桿菌K11將餐后血糖降低了36.36%(P<0.05),與Acarbose組和LGG組不存在顯著性差異(P>0.05)。這些結果表明,干酪乳桿菌K11能緩解糖尿病小鼠的高血糖狀態。

圖2 實驗期間小鼠血糖水平變化

2.2.2 補充益生菌對小鼠口服葡萄糖耐量的影響 口服葡萄糖耐量實驗(OGTT)是一種葡萄糖負荷實驗,以衡量胰島β細胞功能狀況以及機體對于血糖的調節能力[25]。在實驗的第13周末進行OGTT實驗,結果如圖3A所示,糖尿病小鼠在口服葡萄糖溶液30 min內血糖迅速上升,并在接下來的90 min內緩慢下降,所有時間點內DM組的血糖值均高于N組(P<0.05)。根據口服葡萄糖耐量曲線,利用軟件計算葡萄糖曲線下的面積(AUCglucose)并繪制柱狀圖。AUCglucose數值越大,證明機體糖耐量受損越嚴重。實驗結果如圖3B所示,與DM組相比,K11組AUCglucose顯著下降了22.72%(P<0.05)。這些結果表明,補充干酪乳桿菌K11能夠有效緩解2型糖尿病小鼠的糖耐量受損癥狀。

圖3 益生菌對小鼠OGTT(A)和AUCglucose(B)的影響

2.2.3 補充益生菌對小鼠糖化血紅蛋白、胰島素水平以及胰島素抵抗的影響 血紅蛋白與葡萄糖經過緩慢不可逆的結合生成糖化血紅蛋白,與血糖高低密切相關。結果如圖4A所示,與DM組相比,干酪乳桿菌K11緩解由糖尿病帶來的糖化血紅蛋白升高效果最好(P<0.05),可將糖化血紅蛋白水平降低18.84%,顯著優于LGG組(P<0.05)。在2型糖尿病患者體內,胰島素水平增高卻無法發揮有效作用,即胰島素抵抗。如圖4B所示,DM組小鼠胰島素分泌水平顯著高于N組(69.83%)(P<0.05);K11、LGG、J5組均能夠顯著降低胰島素水平,但各組間不存在顯著性差異(P>0.05);HOMA-IR指數是衡量機體胰島素抵抗水平的指標,如圖4C所示,DM組小鼠HOMA-IR指數顯著增高(P<0.05);其中補充干酪乳桿菌K11可將HOMA-IR指數顯著降低37.57%(P<0.05),效果與LGG組不存在顯著性差異,但不及Acarbose組(P<0.05)。這一結果表明,補充干酪乳桿菌K11能夠較好的緩解由2型糖尿病帶來的胰島素抵抗(P<0.05)。

圖4 益生菌對小鼠糖化血紅蛋白(A)、血清胰島素水平(B)和胰島素抵抗(C)的影響

2.2.4 補充益生菌對小鼠炎癥因子的影響 炎癥因子狀態在2型糖尿病的發病過程中也起著非常重要的作用,TNF-α引起胰島素抵抗,而IL-6會對胰島細胞產生毒害作用,進而加快糖尿病的進程[26]。如圖5所示,2型糖尿病顯著增加了小鼠血清內TNF-α水平(47.15%)(P<0.05),其中補充干酪乳桿菌K11可將小鼠血清內TNF-α水平顯著降低9.70%(P<0.05),但效果不及LGG組和Acarbose組;與此同時,DM組小鼠體內IL-6水平顯著升高(73.36%)(P<0.05),補充干酪乳桿菌K11能夠顯著降低由2型糖尿病帶來的IL-6水平升高(P<0.05),K11組可將小鼠血清內的IL-6水平降低18.54%(P<0.05),效果與LGG組和Acarbose組不存在顯著性差異(P>0.05)。這一結果表明,干酪乳桿菌K11對降低TNF-α和IL-6含量效果最為顯著(P<0.05)。

圖5 益生菌對小鼠促炎因子水平的影響

2.2.5 補充益生菌對小鼠GLP-1分泌的影響 腸道菌群產生的關鍵信號分子短鏈脂肪酸與G蛋白偶聯受體GRP43(也被稱為FFAR2)結合,隨后誘導GLP-1的分泌,GLP-1對胰島素的合成和釋放以及β細胞增殖具有實質性影響,并能改善胰島素敏感性[27]。如圖6所示,與N組相比,DM組GLP-1水平顯著降低(P<0.05);補充干酪乳桿菌K11將GLP-1水平顯著增加了38.48%(P<0.05),與LGG組(38.80%)不存在顯著差異(P>0.05)。綜合上述全部生化指標,K11組展示出了較強的作用,因此,確定K11組為研究對象測定其糞便中短鏈脂肪酸含量。

圖6 益生菌對小鼠血清GLP-1的影響

2.2.6 補充益生菌對小鼠糞便中短鏈脂肪酸水平的影響 短鏈脂肪酸是腸道菌群的主要產物,主要由乙酸、丙酸和丁酸組成。短鏈脂肪酸除了可以為宿主提供能量外,還具有調節機體葡萄糖穩態的作用[28]。2型糖尿病會導致機體糞便短鏈脂肪酸含量降低,引起腸道微生物代謝活性的改變和腸道菌群生態失調[29]。實驗結果如圖7所示,與N組相比,糖尿病小鼠糞便中乙酸、丙酸以及丁酸含量顯著降低(P<0.05)。K11組能夠顯著改善由2型糖尿病帶來的短鏈脂肪酸降低,與DM組相比,補充干酪乳桿菌K11可分別將乙酸、丙酸、丁酸水平提升69.61%、16.07%以及52.69%,與LGG組不存在顯著性差異(P>0.05)。由以上結果可知,干酪乳桿菌K11對提升糖尿病小鼠糞便中短鏈脂肪酸含量效果顯著(P<0.05)。短鏈脂肪酸可與FFAR2和FFAR3受體結合,促進GLP-1的釋放,最終發揮調控血糖的作用[30]。

圖7 益生菌對小鼠糞便中短鏈脂肪酸的影響

3 討論

2型糖尿病及其并發癥的發病率不斷增高,嚴重影響著人們的生活質量[31]。2型糖尿病的典型特征就是血糖異常和胰島素抵抗。胰島素抵抗引起的血糖異常往往會導致一系列的健康問題。因此,穩定血糖和改善胰島素抵抗是糖尿病治療和預防中最重要的環節。近來研究表明腸道微生物,特別是益生菌對防治糖尿病起到重要作用,但其機制尚不完全明確[32]。因此,本研究通過體外篩選出功能性益生菌,并在體內評價益生菌對2型糖尿病小鼠模型的降糖作用及緩解胰島素抵抗的效果。

α-葡萄糖苷酶抑制劑作為治療糖尿病的一大類藥物,可以有效地減少餐后高血糖的發生[33]。已有研究表明,鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌、保加利亞乳桿菌以及雙歧桿菌等對α-葡萄糖苷酶有著良好的抑制效果[14]。本文采用以α-葡萄糖苷酶為指標衡量菌株的功能特性,以菌株的黏附能力衡量其自身特性,從多株益生菌中篩選與降低血糖相關的菌株。本研究確定,在34株供試菌中K11、J5和G15這3株乳桿菌表現出了與鼠李糖乳桿菌LGG相同的良好抑制α-葡萄糖苷酶的能力。菌株的黏附能力是益生菌發揮其功效的重要前提,菌株的疏水性和自聚性與細胞黏附特性密切相關,是衡量其體外黏附能力的常用指標[22]。目前,以疏水性和自聚性作為篩選指標衡量益生菌的性能已得到普遍認可。本研究發現,干酪乳桿菌K11有著良好的疏水性和自聚性能,副干酪乳桿菌J5有著良好的疏水性,但自聚性較弱。陽性對照菌株LGG表面疏水能力較弱,這會阻礙其在腸道中定殖及持續發揮作用,這可能也是每天需要補充益生菌一次甚至更多次才有效的原因。另外,已有研究報道益生菌發揮作用與其菌體成分有關,不是活菌也會產生功能性[34]。杜蘭蘭等在研究益生菌黏附特性時發現,類植物乳桿菌L-ZS9疏水性和黏附性均優于LGG,這與本研究研究相一致[35]。結合對α-葡萄糖苷酶的抑制作用,選取干酪乳桿菌K11和副干酪乳桿菌J5作為目標降糖菌株,選取鼠李糖乳桿菌LGG為陽性對照菌株進行后續降糖作用機制的研究。

2型糖尿病是一種以血糖升高、胰島素抵抗為特征的慢性代謝疾病[36],補充益生菌可以抑制患者或小鼠的血糖升高。在本研究中補充干酪乳桿菌K11和副干酪乳桿菌J5能夠顯著降低2型糖尿病小鼠的空腹血糖和餐后血糖,這可能是菌株能夠增加葡萄糖的利用,從而抑制了餐后高血糖的發展[19]。糖化血紅蛋白是用來反應一定時間內血糖水平的重要指標,因為它與葡萄糖分子和紅細胞中的血紅蛋白的緩慢、不可逆的結合有關[37]。補充干酪乳桿菌K11和副干酪乳桿菌J5可以有效降低糖化血紅蛋白含量,證明其對血糖的調節能力是較為持久的。以上這些研究表明,補充益生菌可以通過降低空腹血糖、餐后血糖水平以及糖化血紅蛋白含量來改善2型糖尿病血糖控制情況,其中干酪乳桿菌K11的功效強于副干酪乳桿菌 J5。2型糖尿病患者體內胰島素水平增高,但由于無法發揮正常功效而產生胰島素抵抗狀態,常用HOMA-IR指數衡量胰島素抵抗水平。Hu等[38]研究發現,補充益生菌可以降低糖尿病患者胰島素水平以及HOMA-IR指數,減輕胰島素抵抗狀態。這些研究結果表明,益生菌對于血糖調節的有益功效,可能是基于改善胰島素抵抗狀態來實現的;本研究發現,補充干酪乳桿菌K11對改善糖尿病小鼠的糖耐量受損有著良好的功效。2型糖尿病小鼠的空腹胰島素水平以及HOMA-IR指數綜合衡量了機體的胰島素抵抗狀態,干酪乳桿菌K11可以恢復糖尿病帶來的胰島素水平升高和胰島素抵抗狀態。

短鏈脂肪酸是腸道內微生物重要代謝產物之一,在2型糖尿病小鼠體內短鏈脂肪酸含量的降低會導致葡萄糖代謝紊亂并加劇胰島素抵抗狀態[39]。本研究發現,補充干酪乳桿菌K11顯著增加了糖尿病小鼠糞便中乙酸、丙酸以及丁酸含量。益生菌可以通過促進短鏈脂肪酸的產生,進而對L細胞上G蛋白偶聯受體FFAR2和FFAR3進行激活,促進GLP-1的釋放[40],降低炎癥因子最終改善胰島素抵抗和高血糖狀態[41]。GLP-1是一種參與葡萄糖穩態的腸促胰島素激素,干酪乳桿菌K11作為一種新型的α-葡萄糖苷酶抑制劑能夠顯著增加小鼠血清內GLP-1的含量。同時,短鏈脂肪酸還可以降低炎癥因子的水平,最終改善胰島素抵抗[42],已有研究表明短鏈脂肪酸含量的增加可以通過激活FFAR2和FFAR3受體,進而刺激GLP-1的分泌,基于短鏈脂肪酸-G蛋白偶聯受體-GLP-1這一途徑,改善了糖尿病小鼠的炎癥狀態,最終達到降低糖尿病小鼠的血糖、改善胰島素抵抗的功效。

4 結論

本研究通過α-葡萄糖苷酶抑制率、表面疏水性和自聚能力指標篩選出具有潛在降糖功效和良好腸道黏附能力的干酪乳桿菌K11和副干酪乳桿菌J5。通過動物實驗研究發現,補充干酪乳桿菌K11可以維持血糖穩定、改善胰島素分泌、減輕胰島素抵抗,并可以有效降低糖尿病小鼠血清中炎癥因子TNF-α及IL-6水平,最終改善了糖尿病小鼠的糖代謝紊亂,其作用機制可能是通過調節短鏈脂肪酸含量刺激血糖代謝靶向通路來實現的。未來需進一步研究益生菌是如何調控短鏈脂肪酸參與改善機體血糖代謝,緩解2型糖尿病的發生發展。