燕麥麩皮對糖脂代謝紊亂大鼠血糖血脂的作用

張宗峰，買熱排提·哈力木拉提，蘇米亞·艾合買提江，王若愚，葉 晨，黃曉婕，張 敏，張召鋒

(北京大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院營養(yǎng)與食品衛(wèi)生學(xué)系/北京市食品安全毒理學(xué)研究與評價(jià)實(shí)驗(yàn)室,北京 100191)

流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示，我國2型糖尿病患病率上升至11.2%[1]，其中42%的中國2型糖尿病患者合并有血脂異常[2-3]，血脂異常可進(jìn)一步增加糖尿病大血管和微血管并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)[4]，是糖尿病并發(fā)癥(特別是心血管并發(fā)癥)發(fā)生發(fā)展的重要危險(xiǎn)因素[5]。臨床上，除了藥物治療以外，糖脂代謝紊亂的綜合管理應(yīng)以生活方式干預(yù)為基礎(chǔ)，貫穿于2型糖尿病的治療全過程[1]。近年來,隨著人們對飲食健康的日益關(guān)注，燕麥因其膳食纖維含量高、營養(yǎng)豐富成為熱點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)適合現(xiàn)代人經(jīng)常食用的高營養(yǎng)價(jià)值谷物。燕麥麩皮是燕麥加工過程中的副產(chǎn)物，是燕麥中主要功能成分β-葡聚糖(oat β-Glucan，OG)最為集中的部分，研究表明，燕麥β-葡聚糖具有降低血糖、調(diào)節(jié)腸道菌群的作用[6-10]。而燕麥麩皮廉價(jià)易得，因加工過程中只是進(jìn)行粉碎、篩分等物理方式處理，不接觸溶媒，安全性也更高，如能充分利用，不僅能改善2型糖尿病患者糖脂代謝紊亂等情況，也可以緩解中國人群膳食纖維攝入不足、種類單一的現(xiàn)狀[11]，本研究擬在動物水平對燕麥麩皮的降糖降脂功效進(jìn)行驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物

50只體重為180～220 g的SPF級雄性SD大鼠[生產(chǎn)許可證號：SCXK(京)20l6-00l3]，購自北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動物科學(xué)部，飼養(yǎng)于屏障環(huán)境內(nèi)[使用許可證號：SYXK(京)2021-0064]，相對濕度50%～60%，明暗每12 h交替，大鼠自由飲水、攝食，室溫(25±1)℃。動物喂養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)按照《北京市實(shí)驗(yàn)動物管理?xiàng)l例》執(zhí)行，并經(jīng)北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)倫理委員會審核通過。

1.2 主要試劑及儀器

鏈脲佐菌素，購自西格瑪·奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司；檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，購自寶如億(北京)生物技術(shù)有限公司；鹽酸二甲雙胍片，購自中美上海施貴寶制藥有限公司。血糖試紙及血糖儀，購自三諾生物傳感股份有限公司；AU480全自動生化儀，購自美國貝克曼庫爾特有限公司。

1.3 糖脂代謝紊亂大鼠模型建立

大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)3 d，以高脂飼料喂養(yǎng)30 d后，分2次腹腔注射30 mg/kg BW鏈脲佐菌素(STZ)(0.01 mol/L pH 4.5檸檬酸鈉-檸檬酸緩沖液配制)誘導(dǎo)糖脂代謝紊亂模型，對大鼠進(jìn)行尾靜脈采血以檢測血糖水平，待7 d后空腹血糖達(dá)到11.1 mmol/L以上并穩(wěn)定3 d，確定為模型合理。實(shí)驗(yàn)期間動物自由進(jìn)食及飲水，必要時(shí)腹腔注射長效胰島素，以使血糖穩(wěn)定在25 mmol/L以下，維持實(shí)驗(yàn)大鼠的生存。

1.4 動物分組與飼養(yǎng)

建模成功的大鼠按血糖水平隨機(jī)分為4組，分別為模型對照組、二甲雙胍對照組、高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組，每組10只，另外10只正常大鼠作為空白對照組。空白組對照組大鼠喂食基礎(chǔ)飼料AIN-93M，模型對照組喂食高脂飼料HD001，二甲雙胍及高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組分別喂食MET和OB添加飼料。連續(xù)喂飼6周。動物基礎(chǔ)飼料參考美國營養(yǎng)學(xué)會推薦的AIN-93M配方。燕麥麩皮購自內(nèi)蒙古燕谷坊全谷物產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司，將燕麥麩皮添加入飼料中進(jìn)行干預(yù) ，確定燕麥麩皮干預(yù)劑量分別為15%、30%。保證單位飼料熱量不變，燕麥麩皮按相應(yīng)比例添加到基礎(chǔ)飼料中，飼料各組熱量分配比如表1。分別于第0、2、4、6周采集大鼠尾靜脈血進(jìn)行血糖測定。實(shí)驗(yàn)?zāi)┐笫罂崭惯^夜，經(jīng)CO2麻醉后，股動脈采血后處死全部大鼠，分離大鼠血清并于-20℃儲存待血清學(xué)指標(biāo)檢測，同時(shí)迅速取出臟器，稱重，速凍于液氮中，凍透后轉(zhuǎn)入-70℃冰箱中待測。

表1 飼料配方

1.5 指標(biāo)

1.5.1 一般情況觀察 實(shí)驗(yàn)期間每周觀察各組大鼠的一般情況，包括精神狀態(tài)、毛色、飲水量、尿量、進(jìn)食量、排便量、體重及日常活動情況等。

1.5.2 血糖指標(biāo)檢測 空腹血糖(FBG)：大鼠禁食6 h，尾靜脈采血，使用血糖儀測定FBG。血糖曲線下面積(GAUC)：血糖儀測定0 h血糖值后，經(jīng)口給予2.0 g/kg葡萄糖(濃度50%)后，測定0.5、1、2 h血糖值并計(jì)算GAUC，計(jì)算 GAUC，GAUC=(0 h血糖+0.5 h血糖×2+1 h血糖×3+2 h血糖×2)/4，每2周1次。

1.5.3 血脂指標(biāo)檢測 采用全自動生化分析儀測定血清總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)。

1.5.4 脂肪、臟器體重比 稱重，計(jì)算腎臟/體重、肝臟/體重、內(nèi)臟脂肪(腎周睪周脂肪)/體重、棕色脂肪/體重。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差描述正態(tài)分布數(shù)據(jù)，通過t檢驗(yàn)比較模型對照組與空白對照組的組間差異，采用單因素方差分析ANOVA比較模型對照組與各干預(yù)組的差異，以P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 一般狀況

實(shí)驗(yàn)過程中，空白對照組大鼠精神狀態(tài)良好，毛發(fā)順滑有光澤，反應(yīng)敏捷，進(jìn)食及活動情況未見異常；模型對照組大鼠精神狀態(tài)稍差，反應(yīng)相對遲鈍，毛發(fā)臟亂，光澤度差，進(jìn)食未見異常，但活動減少；二甲雙胍干預(yù)組大鼠精神狀態(tài)，反應(yīng)靈敏度，毛發(fā)光澤介于空白和模型對照組之間；干預(yù)組大鼠在干預(yù)后上述狀況稍有緩解。

2.2 OB對糖脂代謝紊亂大鼠體重的影響

如圖1所示，實(shí)驗(yàn)開始第0周，空白對照組體重(413.29±9.94)g顯著低于模型對照組(451.23±34.84)g(P<0.05)，模型對照組與二甲雙胍、高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組相比，體重沒有顯著差異(P>0.05)；實(shí)驗(yàn)第6周，空白對照組體重(602.18±35.29)g顯著高于模型對照組(528.58±41.59)g(P<0.05)；與模型對照組(528.58±41.59)g相比，二甲雙胍(375.67±105.91)g、高(434.11±91.33)g、低(371.68±88.44)g劑量燕麥麩皮干預(yù)組大鼠體重下降明顯(P<0.05)。實(shí)驗(yàn)第6周與第0周相比，空白對照組體重明顯增加(P<0.05)，高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組相比，體重明顯下降(P<0.05)。

圖1 各組大鼠進(jìn)體重隨時(shí)間變化

2.3 OB對糖脂代謝紊亂大鼠單位體重進(jìn)食量的影響

如圖2所示，干預(yù)第0周，模型對照組的大鼠單位體重每周進(jìn)食量[(0.488±0.08)g/(kg·kg·w)]顯著高于空白對照組[(0.391±0.05)g/(kg·kg·w)](P<0.05)，與模型對照組相比，二甲雙胍、高、低燕麥麩皮干預(yù)組無明顯差異(P>0.05)。 第6周，模型對照組[(0.531±0.18)g/(kg·kg·w)]依然顯著高于空白對照組[(0.352±0.07)g/(kg·kg·w)](P<0.05)。低劑量燕麥麩皮干預(yù)組[(0.488±0.08)g/(kg·kg·w)]顯著低于模型對照組(P<0.05)。

圖2 各組大鼠進(jìn)食量隨時(shí)間變化

2.4 OB對糖脂代謝紊亂大鼠臟器系數(shù)和內(nèi)臟脂肪體重比的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，與空白對照組相比，模型對照組的內(nèi)臟體重比顯著升高(P<0.05)，內(nèi)臟脂肪、棕色脂肪體重比顯著下降(P<0.05)。與模型對照組相比,二甲雙胍、高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組的腎臟體重比顯著升高(P<0.05)；高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組的肝臟體重比顯著降低(P<0.05)；二甲雙胍、高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組的內(nèi)臟脂肪體重比顯著降低(P<0.05)；二甲雙胍干預(yù)組的棕色脂肪體重比顯著降低(P<0.05)。與二甲雙胍干預(yù)組相比較，高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組的肝臟體重比、腎周睪周脂肪體重比明顯下降(P<0.05);高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組的棕色脂肪體重比明顯升高(P<0.05)(表2)。

表2 臟器、脂肪體重比(%)

2.5 OB對糖脂代謝紊亂大鼠空腹血糖(FBG)的影響

各組大鼠空腹血糖的變化見圖3。實(shí)驗(yàn)第0周，空白對照組大鼠空腹血糖(5.28±1.48)mmol/L明顯低于模型對照組(18.43±5.40)mmol/L(P<0.05)。與模型對照組大鼠相比，二甲雙胍和高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組空腹血糖沒有顯著差異(P>0.05)；實(shí)驗(yàn)第6周，與模型對照組大鼠相比，二甲雙胍干預(yù)組(6.37±1.05)mmol/L顯著下降(P<0.05)；而高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組差異不顯著(P>0.05)。

圖3 各組大鼠空腹血糖隨時(shí)間變化

2.6 OB對糖脂代謝紊亂大鼠GAUC值的影響

如圖4所示 ,實(shí)驗(yàn)第0周至第6周 ,模型對照組大鼠的GAUC值均顯著高于空白對照組(P<0.05)；第6周，二甲雙胍GAUC[(36.37±7.41)mmol/(L·h)]值 、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組大鼠GAUC[(42.48±10.38)mmol/(L·h)]值均具有顯著低于模型對照組GAUC[(53.65±8.32)mmol/(L·h)]值(P<0.05)；低劑量燕麥麩皮干預(yù)組GAUC值由第0周的[(55.38±6.72)mmol/(L·h)]顯著下降到第6周的[(47.21±9.85)mmol/(L·h)](P<0.05)。

圖4 各組大鼠GAUC隨時(shí)間變化

2.7 OB對糖脂代謝紊亂大鼠血脂的影響

與空白對照組相比，模型對照組的甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇顯著升高(P<0.05)。 與模型對照組相比,二甲雙胍、高、低劑量燕麥干預(yù)組的血清總膽固醇顯著降低(P<0.05)；二甲雙胍、高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組的甘油三酯顯著降低(P<0.05)；高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組的高密度脂蛋白膽固醇顯著升高(P<0.05)；二甲雙胍、高、低劑量燕麥干預(yù)組的低密度脂蛋白膽固醇顯著降低(P<0.05)。與二甲雙胍干預(yù)組相比，高、低劑量燕麥麩皮干預(yù)組血清總膽固醇明顯下降(P<0.05)；低劑量燕麥麩皮干預(yù)組甘油三酯明顯下降(P<0.05)；低劑量燕麥麩皮干預(yù)組血清低密度脂蛋白膽固醇明顯下降(P<0.05)(表3)。

表3 血脂生化指標(biāo)

3 討論

糖脂代謝紊亂的患者，因血脂、血糖互相影響從而加重病情的進(jìn)展，因而相比于單純的血糖異常和血脂異常發(fā)病機(jī)理和干預(yù)手段更加復(fù)雜[12]。本研究利用高脂飲食和鏈脲佐菌素注射聯(lián)合手段構(gòu)建的大鼠模型，鏈脲佐菌素的作用為誘導(dǎo)DNA分裂和甲基化來抑制DNA合成，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞死亡，胰島素釋放的減少，血糖水平升高。本研究中OB顯著降低了大鼠的GAUC，但卻沒有降低大鼠的空腹血糖(FBG)，由此推斷OB對于模型大鼠的降糖作用主要體現(xiàn)在延緩食物的消化及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)吸收方面。既往有研究顯示，燕麥麩皮中的主要功能成分之一的β-葡聚糖是減重作用的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，其能使胃排空速率減慢，減少胃腸道消化酶對碳水化合物的水解作用，并且維持飽腹感；其粘度特性對葡萄糖在小腸上皮細(xì)胞的吸收和擴(kuò)散起到抑制作用，通過下調(diào)小腸上皮細(xì)胞中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，抑制葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)過程[13]，使得胰島素釋放延遲、平穩(wěn)[14]。此外，燕麥麩皮中富含的膳食纖維被腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸(SCFA)通過與相應(yīng)的G蛋白偶聯(lián)受體的偶聯(lián)作用，促進(jìn)小腸上皮細(xì)胞分泌胰高血糖素樣肽(GLP-1)。GLP-1增強(qiáng)了β細(xì)胞胰島素釋放，抑制胰高血糖素分泌，保護(hù)β細(xì)胞免于凋亡的同時(shí)促進(jìn)β細(xì)胞增殖并延長腸轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間[15]，從而整體上減少了經(jīng)由腸道的能量攝入。燕麥麩皮中含有的燕麥生物堿(AVAs)通過調(diào)節(jié)腸道菌群來減輕氧化應(yīng)激和炎癥從而改變體重[16-17]。本實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)顯示，燕麥麩皮能顯著降低血漿總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇的含量，可以升高血漿高密度脂蛋白膽固醇；實(shí)驗(yàn)觀察到相比于模型對照組大鼠，OB干預(yù)的大鼠整體體重是降低的，單位體重進(jìn)食量也是降低的，說明OB對于大鼠整體能量攝入水平有抑制作用；實(shí)驗(yàn)也觀察到OB干預(yù)組大鼠內(nèi)臟脂肪的含量更低。燕麥麩皮中富含的膳食纖維可以附著到腸道上皮細(xì)胞上，增加了腸粘膜的粘性和厚度，延緩了膽固醇和甘油三酯的吸收[18]；也有研究顯示，燕麥麩皮中的β-葡聚糖通過上調(diào)膽固醇7-α羥化酶，激活膽汁酸合成途徑，最終降低血液中的低密度脂蛋白膽固醇水平[19]，并能結(jié)合腸道內(nèi)膽汁酸隨著糞便排出體外，從而起到降低膽固醇的功效。燕麥麩皮中殘存的酚類物質(zhì)也能夠抑制α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶活性，殘存的極性脂質(zhì)也能降低餐后甘油三酯和游離脂肪酸的生成[20]。

OB沒有燕麥片的高熱量，卻聚集了它的各種營養(yǎng)成分。其中含有豐富的鈣、磷、鐵、鋅、錳、鉻等礦物質(zhì)和微量元素，豐富的維生素B1、B2、維生素E及葉酸、多酚類物質(zhì)等；富含燕麥β-葡聚糖等水溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維，其血糖生成指數(shù)為55，屬于低GI食物[21]。作為燕麥?zhǔn)称芳庸ぶ械母碑a(chǎn)品，OB產(chǎn)量巨大，但目前絕大部分僅用于飼料加工。本實(shí)驗(yàn)在動物實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上證明了其控制體重、能量攝入，降糖、降脂方面的功效，加之其安全性和性價(jià)比高等特點(diǎn)，具有良好的進(jìn)一步開發(fā)價(jià)值。