全麥粉對糖尿病大鼠糖脂代謝影響的研究

李曉月，郭玉秋，陳利容，孫琳琳，劉開昌，龔魁杰

（山東省農業科學院作物研究所，山東 濟南 250100）

糖尿病是由葡萄糖代謝紊亂造成的，機體處于糖代謝和脂代謝受胰島素不適當調節的狀態。 據國際糖尿病聯合會（International Diabetes Federation，IDF）數據顯示，全球現有糖尿病患者4.63 億。 糖尿病已成為繼腫瘤和心血管疾病后影響人類健康的第三大非傳染性疾病。 糖尿病患者臨床用藥副作用大，禁忌多，飲食結構單一[1-2]。

人群流行病學研究表明， 全谷物能夠降低體重、降低心腦血管疾病和糖尿病的發病風險。Huang 等[3]通過長達14 年對367 442 名參與者的隨訪發現，全谷物的消費與糖尿病、心血管疾病和癌癥等疾病的死亡率呈負相關。 Liu 等[4]通過記錄6 486 例糖尿病患者的飲食， 發現全谷物的攝入量與糖尿病的風險呈負相關。Riccardi 等[5]通過系統回顧和薈萃分析（Meta-analysis）表明，經常食用富含全谷物食物的人心血管疾病、2 型糖尿病和結直腸癌的發病率甚至死亡率都較低。

我國北方以小麥粉原料加工制品為主食，約占谷物籽粒重量17%的胚芽與麩皮被用作飼料[6]，天然谷物中的膳食纖維、不飽和脂肪酸[7]和酚類[8]制粉過程中被損失掉。

全麥粉（whole wheat flour，WWF）口感粗糙，適口性差，極大限制了其推廣利用。 本課題組采用新技術組研制了無添加、高品質的全麥粉，最大程度保留了全麥粉的營養物質，為進一步考察全麥粉對于糖尿病人群的糖脂代謝調節作用，課題組測定了全麥粉制成饅頭的血糖生成指數（glycemic index，GI），進一步通過高糖高脂飲食及腹腔注射鏈脲佐菌素（streptozocin，STZ）建立糖尿病大鼠模型，然后對其進行12 周的全麥粉飼料干預，探討全麥粉對大鼠糖脂代謝功效和抗氧化能力影響。 通過研究獲得一款GI 值低的饅頭，豐富糖尿病患者的飲食結構。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

全麥粉：山東省農業科學院作物研究所谷物營養與質量安全團隊自制。 小麥磨粉后，取次粉和麩皮進行處理，獲得預處理粉。 按照小麥粉∶預處理粉=75∶25（質量比）比例混合均勻，即為全麥粉。

健康雄性Wistar 大鼠[體重（200±20）g，清潔級，合格證號：1108291911000031]：山東大學實驗動物中心；STZ、伊紅：美國sigma 公司；蘇木素：西格瑪奧德里奇中國有限公司。 基礎飼料：碳水化合物占53%，脂肪占5%，蛋白質占23%；高脂飼料：基礎飼料67.5%、食鹽0.5%、白糖10%、豬油10%、蛋黃粉10%、膽固醇1%、豬膽鹽0.5%、香油0.5%；全麥粉飼料：玉米粉41%、全麥粉35%、大豆粕20%、魚粉2%、骨粉2%。

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、總膽固醇（total cholesterol，TC）試劑盒、甘油三酯（triglyceride，TG）試劑盒、總超氧化物歧化酶（total superoxide dismutase，T-SOD）試劑盒、過氧化氫酶（catalase，CAT）試劑盒、丙二醛（malondialdehyde，MDA）試劑盒、游離脂肪酸（free fat acid，FFA） 試劑盒和超敏C-反應蛋白（high sensitivity C-reactive protein，hs-CRP）試劑盒：南京建成生物工程研究所。

1.2 儀器與設備

Tecan Infinite 200Pro 序列多功能酶標儀： 瑞士Tecan 公司；BSA224S 型電子天平：賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；TG16W 臺式高速冷凍離心機：上海安亭科學儀器廠；血糖儀和血糖試紙：北京怡成生物電子技術有限公司；S16091472 型切片機：賽默飛世爾科技（中國）有限公司；Tec2500 型病理組織漂烘儀：常州市郝思琳儀器設備有限公司；DCA Vantage 型糖化血紅蛋白檢測儀： 西門子（中國） 有限公司；GZX-9240MBE 型電熱鼓風干燥箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；SHA-B 型數顯恒溫振蕩水浴器： 天津塞得利斯實驗分析儀器制造廠。

1.3 方法

1.3.1 全麥粉營養成分檢測方法

該全麥粉營養成分的檢測方法如表1 所示。

表1 全麥粉營養成分檢測方法Table 1 Determination of nutritional components in WWF

1.3.2 全麥粉饅頭GI 測定

將全麥粉加水65%（質量分數） 按GB/T 21118—2007 制作成饅頭，測定饅頭GI[9]。GI 計算公式：GI=（進食相當于50 g 碳水化合物的全麥粉饅頭后2 h 內血糖應答曲線下的增值面積）/（進食50 g 葡萄糖后2 h 內血糖應答曲線下的增值面積）×100。

1.3.3 大鼠造模及血糖測定

造模前將大鼠適應性喂養一周，隨機分為3 組：空白對照組（control group）、 模型對照組（model control group）和實驗組（test group）。 喂養4 周后，禁食8 h～10 h， 對模型對照組和實驗組大鼠分2 次腹腔注射濃度為1%的STZ 45 mg/kg。 造模72 h 后，所有大鼠禁食8 h～10 h，鼠尾取血，測空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）。以FBG≥11.1 mmol/L 為大鼠成模標準。第4周～8 周，每2 周測1 次FBG 值；第8 周～12 周，每周測1次FBG 值。

1.3.4 口服糖耐量實驗（oralglucosetolerancetest，OGTT）

造模第12 周，大鼠禁食8 h～10 h 后，檢測各組大鼠的FBG。經口給予葡萄糖2.0 g/kg bw，測定各組大鼠在30、60、90 min 和120 min 時的血糖值， 分析各時間點的血糖水平及曲線下面積。

1.3.5 樣品采集及檢測

12 周結束后，采用3%的戊巴比妥鈉麻醉動物，腹主動脈取血， 取2 mL 全血加入提前放好抗凝劑的試管中， 采用糖化血紅蛋白檢測儀測定糖化血紅蛋白（glycosylated hemoglobin，HbA1c）。其余血液3 000 r/min離心15 min 后分離血清， 測定血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、T-SOD、CAT、FFA 和hs-CRP 含量。

取血結束后，迅速取各組大鼠肝臟，先用生理鹽水漂洗，然后一部分制備肝臟勻漿，測定MDA 含量；另一部分進行蘇木精-伊紅（Hematoxylin-eosin staining，HE）染色，肝臟經固定、脫水、透明及石蠟包埋后，制成5 μm 厚的切片，經HE 染色處理后采用高分辨率數碼成像系統觀察切片并拍照，觀察肝組織病理學變化。

1.4 數據處理

利用Excel 2007 和SPSS 19.0 軟件進行數據處理和分析； 每個試驗重復3 次。 其中， 方差分析采用Anova 分析， 顯著性分析采用Duncan 檢驗，p<0.05 為差異顯著，試驗數據采用平均值±標準偏差（x±s）表示。

2 結果與分析

2.1 全麥粉營養成分檢測結果

全麥粉營養成分見表2。

表2 全麥粉營養成分Table 2 Nutrient composition of WWF

該全麥粉經過特殊工藝處理，口感優良，富含膳食纖維、維生素和礦物質，適合加工成饅頭等產品長期食用。

2.2 全麥粉GI 值測定

進食食物2 h 后血糖變化見圖1。

圖1 進食食物2 h 后血糖變化Fig.1 Blood glucose response curve of 2 hours after meal

受試人群進食葡萄糖后血糖濃度在15 min～30 min內達到峰值，此時血糖濃度為（8.6±0.3）mmol/L；而進食全麥粉饅頭后血糖濃度在30 min～45 min 達到峰值，此時的血糖濃度為（7.6±0.2）mmol/L（圖1）。 表明食用全麥粉饅頭可以延遲血液中血糖濃度達到峰值的時間，并降低峰值濃度。經計算，全麥粉饅頭的GI 值為61.1，相比于普通饅頭的88.7 左右[10]，降低了31.1%，屬于中等GI 食品，可以作為糖尿病患者的主食適量食用。

2.3 試驗動物血糖變化情況

2.3.1 飼養過程中各組大鼠FBG 變化情況

各組大鼠FBG 變化情況見圖2。

圖2 各組大鼠FBG 變化情況Fig.2 FBG changes of rats in each group

由圖2 可知， 造模前各組大鼠的FBG 值基本一致，在5.1 mmol/L～5.7 mmol/L 之間。 造模成功后，模型對照組和實驗組大鼠FBG 值均高于11.1 mmol/L，提示造模成功。飼養4 周時，實驗組的FBG 值開始下降，為15.3 mmol/L；4 周～12 周間，模型對照組的FBG 值持續升高，實驗組的FBG 值持續降低。 12 周時，實驗組的FBG 值降到7.6 mmol/L 左右，顯著低于模型對照組（p<0.05），與空白對照組相當（p＞0.05）。說明長期飼喂全麥粉飼料有助于降低糖尿病大鼠的FBG 值。其原因可能是全麥粉中膳食纖維含量豐富，吸水膨脹，延緩胃排空時間，縮短食物在胃腸道內轉運時間，從而抑制營養物質向胃腸道擴散，使葡萄糖進入小腸上皮細胞的速度下降，延緩葡萄糖吸收速率，從而降低FBG 水平[11]。

2.3.2 各組大鼠OGTT 實驗結果

造模第12 周時， 各組大鼠的OGTT 測定結果如表3 所示。

表3 各組大鼠OGTT 實驗結果Table 3 OGTT results of rats in each group mmol/L

由表3 可知，各組大鼠經口給予葡萄糖后，30 min血糖值達到最高， 隨后血糖值逐漸下降。 模型對照組大鼠的血糖在各時間點均顯著高于空白對照組（p<0.05）。 與模型對照組相比，實驗組各個時間點的血糖水平均有顯著下降（p<0.05），表明全麥粉對糖尿病大鼠的糖耐受能力有較好調節作用。

2.3.3 各組大鼠HbA1c 測定結果

各組大鼠HbA1c 測定結果見表4。

表4 各組大鼠HbA1c 測定結果Table 4 HbA1c level of rats in each group

HbA1c 值通常用于實驗室評估長期糖尿病的控制效果，2002 年美國糖尿病協會已將其作為監測糖尿病血糖控制的金指標[12]。 由表4 可知，實驗組大鼠的HbA1c 水平顯著低于模型對照組（p<0.05），與空白對照組相當（p＞0.05）。 說明全麥粉對糖尿病大鼠的血糖控制確有一定作用。

2.4 實驗動物血脂變化情況

TC 和TG 是研究機體膽固醇代謝的重要指標；HDL-C 的主要作用是將肝臟外的膽固醇逆向轉運回肝臟，LDL-C 的主要作用是將肝臟中合成的膽固醇轉運到全身各組織。

各組大鼠血脂實驗結果見表5。

2.4.1 TC 和TG 含量的變化

由表5 可知，與空白對照組相比，模型對照組大鼠血清TC 和TG 含量顯著升高（p<0.05），實驗組大鼠血清TC 和TG 含量顯著低于模型對照組（p<0.05），而與空白對照組無顯著差異（p＞0.05），說明全麥粉可以有效改善糖尿病大鼠的脂代謝。 這是因為全麥粉中含有大量的膳食纖維，膳食纖維可吸附或結合小腸中的膽固醇，加快其從腸道排出，抑制膽固醇的腸肝循環，降低血漿中的TC 及TG 含量[13]。

表5 各組大鼠血脂實驗結果Table 5 Serum lipid level of rats in each group

2.4.2 HDL-C 和LDL-C 含量的變化

由表5 可知，與空白對照組相比，模型對照組大鼠血清LDL-C 含量顯著升高，HDL-C 含量顯著降低（p<0.05）。 實驗組大鼠血清LDL-C 含量顯著低于模型對照組， 而HDL-C 含量顯著增加， 差異有統計學意義（p<0.05）， 表明全麥粉飼喂改善了糖尿病大鼠的脂代謝水平。 LDL-C 通過低密度脂蛋白受體介導的胞吞作用將膽固醇轉運至外周組織溶酶體中降解或將其返回肝臟，在膽固醇7α-羥化酶的作用下轉化為膽汁酸。HDL-C 在肝臟和小腸中合成，可攝取外周細胞的膽固醇， 并在血漿膽固醇脂酰轉移酶催化下將游離膽固醇酯化生成膽固醇酯，進入HDL-C 內核，從而降低血漿中游離膽固醇的比例[14-15]。 所以，LDL-C 含量的降低和HDL-C 水平的升高將有利于組織和血液膽固醇的清除。

2.5 實驗動物抗氧化能力變化情況

2.5.1 氧化應激水平變化

氧化應激是機體在遭受各種有害刺激時，體內活性氧自由基和活性氮自由基產生過多，氧化程度超過氧化物的清除能力， 氧化系統和抗氧化系統失衡，從而導致組織損傷。 正常機體組織有多種抗氧化酶，如SOD 和CAT，可以清除自由基，阻止或限制活性氧相關損傷，維持細胞正常的代謝活動。

氧化應激和自由基的形成可能導致一系列的病理變化，如糖尿病、癌癥、心血管疾病等，而膳食天然抗氧化劑可以加強內源性抗氧化系統，從而減少氧化應激[16]。 各組大鼠抗氧化能力變化情況見表6。

由表6 可知， 模型對照組的SOD 和CAT 水平顯著低于空白對照組（p<0.05），肝臟MDA 含量顯著高于空白對照組（p<0.05），說明長期糖尿病會降低機體的氧化應激水平。 而實驗組的SOD 和CAT 活力顯著高于模型對照組（p<0.05），肝臟MDA 水平顯著降低（p<0.05）， 說明全麥粉可以提高機體的抗氧化防御系統，保護機體免受氧化應激損傷，這是由于全麥粉中含有膳食纖維和酚類化合物， 能夠清除體內積累的自由基，減輕自由基對機體的損傷[17-18]。

表6 各組大鼠抗氧化能力變化情況Table 6 Serum oxidative stress of rats in each group

FFA 升高會導致組織中氧化應激水平增加， 并導致胰島素抵抗[19]。 實驗組的FFA 水平顯著低于模型對照組（p<0.05），與空白對照組相當（p＞0.05）。 說明全麥粉能改善機體抗氧化能力， 保護機體免受氧化應激。hs-CRP 是一種與胰島素抵抗相關的全身性、非特異性炎癥標志物[20]。實驗組的hs-CRP 水平略低于模型對照組，但差異不顯著（p＞0.05）。

2.5.2 肝臟組織學觀察

圖3a～圖3c 分別表示空白對照組、模型對照組和實驗組的肝臟HE 染色結果。

圖3 各組大鼠肝臟組織圖（×400）Fig.3 Hepatic sections of rats in each group（×400）

由圖3 可以發現， 空白對照組大鼠肝臟無病理改變（圖3a），而模型對照組大鼠肝細胞中度水腫，出現少數氣球樣變肝細胞， 肝細胞脂肪變性及點灶狀壞死，匯管區膽管增生，細小動脈輕度玻璃樣變性（圖3b）。全麥粉飼養12 周后，糖尿病大鼠細胞凋亡和炎癥細胞浸潤情況則明顯減少（圖3c），表明全麥粉能有效保護肝臟免受氧化應激所致損傷。 這是因為全麥粉中含有大量酚類物質，多酚類物質可以減少自由基的積累，增強機體抗氧化水平，增強抵抗力[21]。

3 結論

本課題組研制的全麥粉制作的饅頭GI 值為61.1，為中升糖指數產品。 采用全麥粉制作大鼠飼料，對大鼠進行12 周飲食干預，可顯著降低糖尿病模型大鼠的血糖水平；同時降低大鼠的TC、TG 和LDL-C 水平，升高HDL-C 水平，有效改善糖尿病大鼠的高血脂癥狀。全麥粉飼喂12 周可降低氧化應激水平，提升大鼠的抗氧化能力， 糖尿病大鼠血液SOD 和CAT 含量顯著上升，血液FFA 含量和肝臟MDA 含量顯著降低，預防肝臟水腫，減少細胞凋亡。 因此，可以采用全麥粉制作饅頭作為糖尿病患者的主食適量食用。