魔芋重組米對2型糖尿病大鼠糖脂代謝的影響

莊新棟，鐘靜，鄧婕，孫光谷，王達，諶國蓮，李美英，*，孫遠明，*

（1.華南農業大學食品學院廣東省食品質量安全重點實驗室，廣東廣州510642；2.四川省農科院作物研究所，四川成都610066）

2型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）是一種以血糖升高為主要特征，因胰島素分泌或作用缺陷導致的慢性代謝性疾病，患者常伴有口渴、尿頻、疲勞、傷口愈合慢、反復感染及手腳刺痛麻痹等癥狀[1-2]。2型糖尿病患者以老年人居多，但由于飲食不當及缺乏運動，在年輕人、青少年及兒童中也越來越常見[3-5]，該病已成為影響全球居民健康的主要慢性疾病之一[6]。2型糖尿病的發病率在全球范圍內正逐步上升，據國際糖尿病聯盟（The International Diabetes Federation，IDF）最新數據顯示，2017年全球約有4.25億的糖尿病患者，預計到2045年，全球將有近7億的糖尿病患者[7]，其中2型糖尿病患者約占90%[8-9]。我國是全球第一大糖尿病國，患病人數約占全球三分之一，預防和治療工作迫在眉睫。

健康的生活方式是2型糖尿病治療的基石，包括健康飲食、加強體育鍛煉及維持健康的體重等[10]，其中飲食治療起著重要作用[11-12]，被視為糖尿病治療的基礎環節。我國人民千百年來以米飯作為主要的主食形式，而米飯具有高碳水化合物占比、高血糖生成指數等特征，不適宜糖尿病人長期食用。因此，開發血糖生成指數較低、有利于長期血糖控制的主食，是糖尿病食療的關鍵之一。

魔芋重組米是以魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）及谷物等為原料，利用高溫擠壓技術生產的新型食品，具有可自由調控組分的優勢[13]。KGM是一種可溶性膳食纖維[14-15]，不被腸道吸收[16-17]，不產生能量[18]，其對糖尿病機體糖脂代謝的顯著改善作用已被多篇研究證明?？掠懈Φ韧ㄟ^臨床手段觀察KGM對糖尿病患者的血糖、血脂、體重指數等的影響，對52例糖尿病患者在不改變原有治療的基礎上給予KGM口服，治療12周后發現KGM可使糖尿病人空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）、糖化血紅蛋白（glycated hemoglobin，GHb）、總膽固醇（total cholesterol，TC）、甘油三酯（triglyceride，TG）、低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL-C）、血壓、體重指數降低（P＜0.01），高密度脂蛋白升高（P＜0.01）[19]。李春美等利用動物實驗證明了KGM能降低糖尿病老鼠的血糖值，當補充劑量為1.5g/kg時，KGM可使糖尿病小鼠血糖下降80.60%[20]。然而，以KGM為原料制備的魔芋重組米對糖脂代謝的調節作用鮮見研究報道。本研究以2型糖尿病大鼠為對象，開展魔芋重組米對糖脂代謝的調節作用的研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

魔芋葡甘聚糖：湖北十堰花仙子魔芋制品有限公司，純度 99%，黏度約為 30 000 mPa·s；谷物（大米、燕麥復合粉）：紅河金澤泰農業發展有限公司；鏈脲佐菌素：美國Sigma公司；胰島素、糖化血紅蛋白、甘油三酯、總膽固醇、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白測定試劑盒：武漢酶免生物科技有限公司；大鼠飼料：南通特洛菲飼料科技有限公司；FMHE36-21型雙螺桿擠壓機：湖南富馬科食品工程技術有限公司；Multiskan Mk3型多功能酶標儀：美國Thermo Fisher公司；血糖試紙、逸動型血糖儀：德國羅氏診斷公司。

1.2 試驗動物

雄性SD大鼠SPF級（初始體重為150 g～180 g），90只，由廣東省醫學實驗動物中心提供，生產許可證號SCXK（粵）2013-0002。所有試驗動物均飼養于華南農業大學實驗動物中心，光/暗周期為12 h/12 h（光照時間07 ∶00～19 ∶00），室溫（25±2）℃，相對濕度（55±5）%，實驗動物使用許可證號SYXK（粵）2014-0136。

1.3 實驗方法

1.3.1 2型糖尿病大鼠模型的建立

基礎飼料適應性喂養7 d后，按體重隨機分為正常對照組（20只）、模型組（70只）。其中正常對照組給予基礎飼料，模型組給予高脂純化飼料，連續喂養4周后，檢測大鼠血糖和血清胰島素，確認模型大鼠產生胰島素抵抗。禁食12 h后模型組大鼠腹腔注射40 mg/kg鏈尿佐菌素（溶劑為pH4.5的0.1 mol/L檸檬酸鈉緩沖液），正常對照組腹腔注射同體積檸檬酸緩沖液。72 h后用血糖測試儀測定空腹血糖，以空腹血糖高于11.1 mmol/L，并伴隨多飲多尿等現象作為模型建立成功的標準[21]。

1.3.2 分組與劑量設計

將造模成功的大鼠按空腹血糖水平隨機分為5組，每組10只，分別為模型對照組（MOD）、天然大米干預組（NR）、魔芋重組米低劑量組（KGM-L）、魔芋重組米中劑量組（KGM-M）、魔芋重組米高劑量組（KGM-H），各干預組大鼠魔芋重組米（或天然大米）攝食劑量為30 g/kg體重。動物分組及各干預組飼料中魔芋重組米添加量見表1。

表1 動物分組及飼料劑量Table 1 Animal grouping and feed dosage

對各組大鼠進行飲食干預，正常對照組與模型對照組自由攝食，天然大米干預組及3個魔芋米劑量組按表1每日攝食劑量進行喂食，食用完畢后補充高脂純化飼料自由攝食。高脂純化飼料組成：酪蛋白24.4%、玉米淀粉7.4%、糊精12.2%、蔗糖20.7%、豆油3.1%、豬油19.9%、纖維素6.1%、礦物質4.3%、維生素1.6%、L-胱氨酸0.3%。干預組高脂純化飼料組成：加入60%干預物后，根據正常對照組高脂純化飼料營養結構補足營養素。

1.3.3 空腹血糖的測定

大鼠禁食不禁水12 h，用羅氏血糖儀測定尾靜脈血糖濃度。

1.3.4 口服葡萄糖耐量測定方法

在飲食干預實驗第30天末次測定空腹血糖后，立即經口給予葡萄糖2.0 g/kg BW，用羅氏血糖儀測定灌胃葡萄糖后各組大鼠30、60、90、120 min的血糖值，并計算口服葡萄糖耐量曲線下積分面積（area under the curve，AUC）。

1.3.5 血清指標的測定

飲食干預30 d后，采用摘眼球取血法獲取各試驗組大鼠血液，靜置，待其分層后，于4 000 r/min，4℃條件下離心15 min，分離血清。按試劑盒說明測定血清胰島素（serum insulin，INS）、糖化血紅蛋白（GHb）、總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白（LDL-C）和高密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL-C）含量。

1.4 數據處理

采用SPSS Statistics 20.0軟件對實驗數據進行統計分析，各組間差異比較采用單因素方差分析。以P＜0.05表示數據具有顯著性差異，P＜0.01表示數據具有極顯著差異。

2 結果與分析

2.1 魔芋重組米對大鼠體重的影響

飲食干預期間，各組大鼠體重變化如表2所示。

造模期間除CON組外，其余各組大鼠均經高脂純化飼料喂養4周，因此CON組大鼠干預期初始體重顯著低于其它組（P＜0.05）。飲食干預期間，CON組大鼠平均體重逐漸上升，干預結束后平均體重增加（109.1±10.6）g；MOD組大鼠平均體重呈下降趨勢，干預結束后平均體重下降（45.1±30.4）g，是2型糖尿病初期典型的“消瘦”現象。與MOD組相比，NR組大鼠平均體重變化無顯著性差異（P>0.05）；而KGM-M、KGM-H組大鼠平均體重在干預第10 d～第30 d期間呈上升趨勢，說明進食魔芋重組米有助于緩解2型糖尿病大鼠的“消瘦”現象。

表2 魔芋重組米對大鼠體重的影響Table 2 Effect of konjac rice on weight of rats

2.2 魔芋重組米對大鼠空腹血糖、口服葡萄糖耐量的影響

空腹血糖（FGB）和口服糖耐量（oral glucose tolerance，OGTT）為現行降血糖功能評價的關鍵判斷指標。魔芋重組米對2型糖尿病大鼠FBG的影響如表3所示。

干預期間，MOD組大鼠FBG極顯著高于CON組大鼠（P＜0.01），說明2型糖尿病大鼠造模成功。與MOD組相比，NR組大鼠FBG水平無顯著性差異（P>0.05）；而KGM-L、KGM-M、KGM-H組大鼠FBG水平均極顯著降低（P＜0.01），干預到第30 d時，下降幅度分別為（63.3±8.1）%、（67.9±11.2）%、（70.1±9.6）%，恢復至接近CON組水平。魔芋重組米對2型糖尿病大鼠OGTT的影響如表4所示。

表3 魔芋重組米對大鼠空腹血糖的影響Table 3 Effects of konjac rice on fasting blood glucose in rats

表4 魔芋重組米對大鼠口服糖耐量的影響Table 4 Effects of konjac rice on oral glucose tolerance in rats

在灌胃葡萄糖后，MOD組OGTT血糖曲線下面積AUC較CON組極顯著增高（P＜0.01）；與MOD組相比，NR組AUC無顯著性差異（P>0.05），而 KGM-L、KGMM、KGM-H組AUC均極顯著減?。≒＜0.05），下降幅度分別為（35.4±4.9）%、（39.6±6.9）%、（48.8±5.8）%。上述結果表明，進食魔芋重組米可有效調控2型糖尿病大鼠FBG及OGTT水平，具有一定降血糖作用，并與魔芋重組米中KGM的含量呈劑量依賴關系。

2.3 魔芋重組米對大鼠胰島素水平的影響

血清胰島素（INS）是機體唯一能發揮降血糖作用的激素，對維持機體血糖穩態有重要意義。魔芋重組米對2型糖尿病大鼠INS水平的影響如圖1所示。

圖1 魔芋重組米對大鼠胰島素水平的影響Fig.1 Effect of konjac rice on insulin level in rats

MOD組INS較CON組極顯著增高（P＜0.01），說明本實驗模型動物的造模機理可能是破壞大鼠的INS生物功能，降低機體INS的敏感性，導致INS分泌顯著增加；與MOD組相比，NR組INS顯著降低（P＜0.05），而KGM-L、KGM-M、KGM-H組INS均極顯著降低（P＜0.01），呈劑量依賴性，且KGM-H組INS水平與CON組無顯著性差異（P>0.05），說明魔芋重組米發揮降糖功效的機理之一是提高糖尿病大鼠的胰島素敏感性，減少機體代償性分泌。

2.4 魔芋重組米對大鼠糖化血紅蛋白水平的影響

糖化血紅蛋白（GHb）是由紅細胞中血紅蛋白與血清中糖類相結合產生。該結合過程緩慢、持續、不可逆，因此GHb可有效反映機體過去1～2個月內血糖的整體控制水平。魔芋重組米對2型糖尿病大鼠GHb水平的影響如圖2所示。

圖2 魔芋重組米對大鼠糖化血紅蛋白水平的影響Fig.1 Effect of konjac rice on glycosyl hemoglobin level in rats

MOD組GHb含量極顯著高于CON組（P＜0.01），說明在造模及干預期間，MOD組大鼠整體血糖水平極顯著高于CON組大鼠。與MOD組相比，NR組大鼠血清GHb含量無顯著差異（P＞0.05）；KGM-L組大鼠血清GHb水平顯著低于MOD組（P＜0.05），KGM-M與KGM-H組大鼠血清GHb含量極顯著低于MOD組（P＜0.01），說明進食魔芋重組米可有效改善2型糖尿病機體的長期血糖控制水平。

2.5 魔芋重組米對大鼠血脂指標的影響

魔芋重組米對2型糖尿病大鼠血脂指標的影響如表5所示。

表5 魔芋重組米對大鼠血脂代謝的影響Table 5 Effects of konjac rice on lipid metabolism in rats

與CON組相比，MOD組大鼠血清中的TG、LDLC極顯著增加（P＜0.01），TC顯著增加（P＜0.05），HDL-C無統計學差異（P＞0.05），說明MOD組大鼠有明顯的脂代謝紊亂癥狀。與MOD組相比，NR組大鼠血清中HDL-C、LDL-C、TC、TG 含量均降低，但 HDL-C、LDLC組間差異不顯著（P＞0.05）；而魔芋重組米干預組中除KGM-L組對糖尿病大鼠TC、HDL-C及LDL-C含量的影響無統計學意義外，其余魔芋重組米劑量組均能顯著降低糖尿病大鼠血清中TC、TG、LDL-C含量（P＜0.05或 P＜0.01），顯著提高 HDL-C 含量（P＜0.05或P＜0.01），說明進食魔芋重組米能夠緩解2型糖尿病大鼠的脂代謝紊亂癥狀。

3 討論

米飯是國人最主要的主食模式，是膳食中碳水化合物的主要來源，屬于高血糖生成指數食物，長期食用可能會增加糖尿病人的身體負擔[22]，但如果完全不食用淀粉類主食，則易出現低血糖、反應性高血糖、酮癥酸中毒、惡性糖異生等不良后果[23]?？梢?，在糖尿病人的膳食治療中，主食的選擇至關重要，是較難把控的因素。

KGM不被腸道所吸收，不產生能量，并有良好的降血糖、降血脂功效，對糖尿病人群來說，是一種理想的功能性物質。魔芋重組米是以KGM、谷物粉為原料，利用擠壓熟化技術加工得到的形似天然大米的新型產品，本文采用2型糖尿病大鼠模型比較了魔芋重組米及天然大米對糖尿病大鼠的飲食干預效果，發現各劑量組魔芋重組米對2型糖尿病大鼠糖脂代謝的改善效果均顯著優于天然大米。推測KGM起作用的主要途徑可能為以下兩點：

首先，KGM是自然界分子量最大的天然多糖，溶脹后會釋放較大的黏度，有良好的增稠性，因此在胃部消化時，隨著魔芋重組米中KGM的溶脹，消化物的黏度會持續上升，從而降低胃排空的速率、減弱小腸蠕動產生的消化物推進力[24]，這會使得淀粉在體內的血糖反應、胰島素反應趨于平穩。

其次，在較高的復配比例下，KGM會與溶出的淀粉分子相互作用形成緊密的空間網絡結構，體系自由水含量變低，游離的淀粉碎片減少，酶與淀粉結合的空間位阻增大，淀粉酶難以接近淀粉分子鏈[24]，最終導致較低的水解速率和酶解程度，從而降低整個KGM-淀粉混合體系的消化性和血糖反應[25]。

2型糖尿病發病率逐年遞增，已經成為危險國人乃至全人類健康的重大慢性疾病之一，其發生和發展同日常飲食存在著密不可分的關系。我國針對二型糖尿病這一特殊群體的食品研發相對薄弱，供發病人群所選擇食品存在品種單一、功能不明確、質量較差等問題。魔芋重組米的研發是基于二型糖尿病功能性食品發展現狀和發病者的生理特點，在滿足基本營養需求的前提下，而設計的有利于調節糖脂代謝的新型食品，是2型糖尿病人群健康主食的新選擇，應用前景廣闊。