玉米皮膳食纖維對(duì)反式脂肪酸致小鼠胰島素抵抗的影響

李曉月，楚素平，張晶晶，張紅建，周 聰，肖安紅,3,*

（1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023；2.濟(jì)南欣昌食品有限公司，山東 濟(jì)南 250200；3.湖北省農(nóng)產(chǎn)品加工與轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430023）

胰島素抵抗（insulin resistance，IR）是指胰島素靶器官如脂肪組織、肝臟、肌肉對(duì)胰島素敏感性降低[1]。眾多研究表明，IR與糖尿病、高血壓、脂代謝異常、中心性肥胖等均有密切聯(lián)系[2-4]?！肮餐寥缹W(xué)說”（Common Soil Hypothesis）[5]認(rèn)為IR是多種代謝性疾病的共同危險(xiǎn)因素，是代謝紊亂的重要表現(xiàn)。氧化應(yīng)激是指機(jī)體在遭受各種有害刺激時(shí)，體內(nèi)高活性分子如活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）和活性氮自由基（reactive nitrogen species，RNS）產(chǎn)生過多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡，從而導(dǎo)致組織損傷[6]。氧化應(yīng)激與IR關(guān)系密切，是IR的病理學(xué)基礎(chǔ)之一[7]。反式脂肪酸（trans fatty acids，TFA）是具有反式構(gòu)象碳-碳雙鍵的所有非共軛不飽和脂肪酸的總稱。研究表明，TFA的過多攝入會(huì)導(dǎo)致機(jī)體血脂異常及糖尿病等疾病[8]。TFA主要產(chǎn)生于油脂的氫化和精煉過程[9]，一些焙烤和油炸食品如面包、餅干、炸雞、炸土豆條、油餅和餡餅，以及人造奶油、起酥油、冰淇淋和糖果等TFA含量較高。

我國(guó)玉米種植面積廣，綜合利用程度低，已有研究證明膳食纖維對(duì)糖尿病、高脂血癥、冠心病以及高血壓均有良好的預(yù)防和治療作用[10]，所以研究玉米皮膳食纖維對(duì)IR的改善作用具有重要意義。

本實(shí)驗(yàn)以高脂血癥-IR-氧化應(yīng)激為主線，探討玉米皮膳食纖維對(duì)反式脂肪酸致高脂血癥小鼠IR的影響。首先用反式脂肪酸飼料喂養(yǎng)小鼠，建立小鼠高脂血癥模型，并從玉米皮中獲取水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF），并按m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的比例混合，按人體推薦量[11]的5、10、20倍，設(shè)計(jì)低、中、高3個(gè)劑量對(duì)高脂血癥模型小鼠進(jìn)行灌胃，研究玉米皮膳食纖維對(duì)反式脂肪酸誘導(dǎo)的小鼠IR的影響，以期對(duì)于充分利用我國(guó)豐富的玉米皮膳食纖維資源改善反式脂肪酸導(dǎo)致的IR具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物

昆明種雄性小鼠120 只，體質(zhì)量（20±2） g，湖北省疾病預(yù)防控制中心提供。

1.2 材料與試劑

高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoproteincholesterol，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（triglycerides，TG）試劑盒、總超氧化物歧化酶（total superoxide dismutase，T-SOD）試劑盒 南京建成生物工程研究所；胰島素ELISA試劑盒 上海博古生物科技有限公司。

水溶性玉米皮膳食纖維（SDF）、水不溶性玉米皮膳食纖維（IDF）和m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的膳食纖維均為本實(shí)驗(yàn)室自制[12]?；境煞忠姳?。小鼠飼料：普通基礎(chǔ)飼料由湖北省疾病預(yù)防控制中心提供，高脂飼料和10% TFA飼料均為本實(shí)驗(yàn)自制。配方見表2。

表1 SDF、IDF和m（SSDDFF）∶m（IDDFF）==11∶3玉米皮膳食纖維的基本成分Table1 Basic chemical composition of SDF, IDF and SDF:IDF at a ratio of 11::33

表2 飼料配方及成分Table2 Formulation and ingredients of feeds g

1.3 儀器與設(shè)備

ELX800型酶標(biāo)儀 Bio-Tek公司；血糖試紙及便攜式血糖儀 北京怡成生物電子技術(shù)有限公司。

1.4 方法

1.4.1 高脂血癥小鼠造模方法

高脂血癥小鼠造模采用高脂模型[13]和添加10% TFA高脂模型的方法[14]。當(dāng)血清總膽固醇TC＞5.72 mmol/L或血清TG＞1.70 mmol/L或TC＞5.72 mmol/L且TG＞1.70 mmol/L或高密度脂蛋白膽固醇HDL-C＜0.9 mmol/L時(shí)，即造模成功。

1.4.2 分組及喂養(yǎng)方法

表3 實(shí)驗(yàn)小鼠分組Table3 Experimental grouping

小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1 周后，隨機(jī)分為12 組，每組10 只（分組見表3）。4 周后，小鼠空腹24 h，鼠尾取血測(cè)空腹血糖；眼眶取血測(cè)血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、T-SOD和空腹血清胰島素（fasting serum lisulin，F(xiàn)IN）水平。實(shí)驗(yàn)過程中小鼠自由飲水?dāng)z食，每日上午灌胃。低、中、高劑量組的灌胃劑量（以體質(zhì)量計(jì)）分別為：2.5、5 g/（kg?d）和 10 g/（kg?d）。飼養(yǎng)環(huán)境：溫度18～22℃、相對(duì)濕度：45%～60%、光照12 h/12 h。

1.4.3 各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定及計(jì)算方法

1.4.3.1 血清學(xué)指標(biāo)的測(cè)定

禁食24 h后，小鼠眼眶取血，離心，取上清，按照南京建成生物工程研究所試劑盒要求[15]測(cè)血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、T-SOD及空腹血清FIN水平。

1.4.3.2 空腹血糖（fasting blood glucose，F(xiàn)BG）

小鼠空腹24 h后，鼠尾取血，采用怡成血糖儀和血糖試紙進(jìn)行測(cè)定。

1.4.3.3 小鼠胰島素敏感指數(shù)（insulin sensitivity index，ISI）

根據(jù)FBG和FIN結(jié)果按公式（1）計(jì)算ISI。

1.4.3.4 胰島素抵抗（homeostasis model assessmentinsulin resistance，HOMA-IR）指數(shù)

根據(jù)FBG和FIN結(jié)果按公式（2）計(jì)算HOMA-IR指數(shù)。

1.4.3.5 胰島β細(xì)胞功能（homeostasis model assessment-β，HOMA-β）

根據(jù)FBG和FIN結(jié)果按公式（3）計(jì)算HOMA-β。

1.5 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 高脂血癥小鼠造模實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表4 高脂血癥小鼠造模實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table4 Serum lipid parameters of hyperlipidemia model

由表4可知，HF組TC＞5.72 mmol/L，TG＞1.70 mmol/L；TFA組TC＞5.72 mmol/L，TG＞1.70 mmol/L，HDL-C＜0.9 mmol/L。HF和TFA組高脂血癥小鼠造模成功。但TFA組各項(xiàng)指標(biāo)與HF組相比差異非常顯著（P＜0.01），說明TFA更容易引起高脂血癥。

2.2 反式脂肪酸對(duì)高脂血癥小鼠IR的影響

目前評(píng)價(jià)IR較為普遍的方法主要是胰島素敏感指數(shù)ISI和穩(wěn)態(tài)模型[16-17]。HOMA-IR和HOMA-β分別與機(jī)體IR程度和胰島β細(xì)胞功能存在良好的相關(guān)性[18]，HOMA-IR升高說明IR程度增強(qiáng)，HOMA-β降低表明胰島β細(xì)胞功能減弱。

正常人體氧代謝可以產(chǎn)生少量活性氧（reactive oxygen species，ROS），但可被抗氧化系統(tǒng)清除，兩者之間保持著動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)機(jī)體遭受外界有害刺激時(shí)，ROS產(chǎn)生過多或清除減少，造成體內(nèi)ROS的生成和抗氧化防御系統(tǒng)失衡，導(dǎo)致機(jī)體氧化應(yīng)激。而高脂飲食能誘導(dǎo)機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，造成骨骼肌細(xì)胞組織氧化損傷，干擾骨骼肌組織對(duì)葡萄糖的攝取而誘導(dǎo)IR[19-21]。T-SOD是機(jī)體內(nèi)酶類主要自由基清除劑之一，可減輕自由基對(duì)生物膜和其他組織造成的損傷，T-SOD活力的高低間接反映機(jī)體抗氧化系統(tǒng)的功能水平[22]。

表5 反式脂肪酸對(duì)高脂血癥小鼠IR的影響Table5 Trans fatty acids induce insulin resistance in hyperlipidemia mice

由表5可知，HF組和TFA組與C組相比，F(xiàn)BG、FIN和HOMA-IR顯著升高（P＜0.01），ISI、HOMA-β和T-SOD等各項(xiàng)指標(biāo)顯著降低（P＜0.01）。說明高脂血癥小鼠產(chǎn)生了IR。

TFA組與HF組相比，F(xiàn)BG、HOMA-IR、ISI和T-SOD差異均非常顯著（P＜0.01），HOMA-β差異顯著（P＜0.05），F(xiàn)IN升高但差異不顯著（P＞0.05）。原因可能是喂養(yǎng)時(shí)間過短，F(xiàn)BG顯著升高的情況下，胰島β細(xì)胞無須分泌大量的胰島素來滿足機(jī)體代謝的需要[23]。說明TFA更易導(dǎo)致高脂血癥小鼠IR。

2.3 玉米皮膳食纖維對(duì)高脂血癥小鼠IR的影響

2.3.1 玉米皮膳食纖維對(duì)小鼠血糖的影響

由表6可知，采用低、中、高劑量SDF、IDF和m（SDF）∶m（IDF）=1∶3玉米皮膳食纖維對(duì)高脂血癥小鼠進(jìn)行干預(yù)，均能不同程度上降低小鼠的FBG。其中，IDF干預(yù)組效果不明顯；SDF-M、SDF-H和S∶I-L組與TFA組相比，差異顯著（P＜0.05）；S∶I-M組和S∶I-H組與TFA組相比，差異非常顯著（P＜0.01）。不同干預(yù)組之間相比，m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的玉米皮膳食纖維干預(yù)優(yōu)于單純的SDF和單純IDF，但各劑量組之間沒有明顯差異（P＞0.05）。袁爾東等[24]發(fā)現(xiàn)MSF、果膠或瓜兒豆膠（SDF為主）可以降低小鼠血糖水平，而同劑量的纖維素和小麥纖維（IDF為主）的效果不如前者。原因可能為：與IDF相比，黏性SDF能夠在小腸內(nèi)形成葡萄糖吸收的“屏障”。而m（SDF）∶m（IDF）=1∶3效果最好是因?yàn)槠渲械腎DF可干擾碳水化合物與消化酶的結(jié)合，同時(shí)促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，影響小腸對(duì)葡萄糖的吸收；而SDF可增加腸道內(nèi)容物的黏度，在腸黏膜表面形成膠質(zhì)，降低葡萄糖進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞的速度，延緩葡萄糖吸收速率，m（SDF）∶m（IDF）=1∶3混合兼具SDF和IDF的優(yōu)點(diǎn)，其比值接近植物中天然存在的膳食纖維[14]。

表6 玉米皮膳食纖維對(duì)反式脂肪酸致高脂血癥小鼠IR的影響Table6 Effect of corn husk dietary fibers on insulin resistance in hyperlipidemia mice

2.3.2 玉米皮膳食纖維對(duì)小鼠血清胰島素水平的影響

由表6可知，玉米皮膳食纖維干預(yù)能夠降低小鼠的FIN，但是差異不顯著（P＞0.05）。Hannan等[25]證明葫蘆巴SDF可以降低血糖水平（P＜0.05）但是對(duì)胰島素水平?jīng)]有顯著影響（P＞0.05）。原因可能是膳食纖維添加量低且喂養(yǎng)時(shí)間短，不足以改善嚴(yán)重受損的胰島β細(xì)胞功能。

2.3.3 玉米皮膳食纖維對(duì)小鼠胰島素敏感指數(shù)、IR指數(shù)和胰島β細(xì)胞功能的影響

由表6可知，玉米皮膳食纖維干預(yù)增強(qiáng)了小鼠的ISI，降低了小鼠的HOMA-IR。其中SDF-H、S∶I-M和S∶I-H組與TFA組相比，差異非常顯著（P＜0.01）。m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的玉米皮膳食纖維干預(yù)組優(yōu)于單純的SDF或者IDF，但各劑量組之間沒有明顯差異，且SDF和IDF各劑量組之間沒有顯著差異（P＞0.05）。Kumar等[26]發(fā)現(xiàn)麥麩和瓜爾膠能增強(qiáng)糖尿病大鼠的ISI，降低HOMA-IR，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。且玉米皮膳食纖維干預(yù)增強(qiáng)了小鼠的胰島β細(xì)胞功能。其中S∶I-M組與TFA組相比，差異顯著（P＜0.05），S∶I-H組與TFA組相比，差異非常顯著（P＜0.01）。S∶I-H組顯著優(yōu)于其他干預(yù)組，其中與S∶I-L、IDF-H和SDF-H組相比差異均非常顯著（P＜0.01）。Li Jue等[27]研究發(fā)現(xiàn)大麥膳食纖維可以降低2型糖尿病小鼠的胰島β細(xì)胞功能。

此外，臨床實(shí)驗(yàn)也表明，添加SDF可以顯著降低老年2型糖尿病患者的空腹血糖值、以及餐后2 h血糖值（P＜0.01），改善機(jī)體IR狀況[28]。

2.3.4 玉米皮膳食纖維對(duì)小鼠抗氧化能力的影響

由表6可知，玉米皮膳食纖維干預(yù)增強(qiáng)了小鼠的抗氧化能力，原因可能是玉米皮膳食纖維能夠清除體內(nèi)積累的自由基，減輕了過多自由基對(duì)機(jī)體的損傷。不同干預(yù)組之間差異非常顯著（P＜0.01），且S∶I-H組效果最好。

3 結(jié) 論

添加10% TFA的高脂飼料可致小鼠高脂血癥并能夠誘導(dǎo)小鼠IR。玉米皮膳食纖維能夠改善小鼠的IR狀況。不同玉米皮膳食纖維相比，效果依次為：m（SDF）∶m（IDF）=1∶3＞單純SDF＞單純IDF。各劑量相比：高劑量＞中劑量＞低劑量。綜合比較，高劑量m（SDF）∶m（IDF）=1∶3玉米皮膳食纖維效果最好。玉米皮膳食纖維可提高高脂血癥小鼠的抗氧化能力，從而緩解IR。

[1]石梅蘭, 李強(qiáng)翔.大黃素在糖尿病胰島素抵抗中的作用[J].中國(guó)老年學(xué)雜志, 2012(19): 4351-4352.

[2]ZEYDA M, STULNIG T M.Obesity, inflammation, and insulin resistance-amini-review[J].Gerontology, 2009, 55(4): 379-386.

[3]CHEUNG O, SANYAL A J.Recent advances in nonalcoholic fatty liver disease[J].Current Opinion in Gastroenterology, 2009, 25(3):230-232.

[4]YANG H, LI Y, CHENG L, et al.Effect of electroacupuncture and diet adjusting on insulin resistance in rats with nutrition obesity[J].Journal of Chinese Integrative Medicine, 2007, 5(5): 546-549.

[5]STERN M P.Diabetes and cardiovascular disease.The“common soil”hypothesis[J].Diabetes, 1995, 44(4): 369-374.

[6]趙麗.Nrf2/HO-1途徑對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的大鼠[D].西安: 第四軍醫(yī)大學(xué), 2012: 25-26.

[7]NEGREAN S I V, SAMPELEAN D.The oxidative stress in the development of diabetes chronic complications in the elderly[J].Romanian Journal of Internal Medicine, 2004, 42(2): 395-406.

[8]李璇, 鄭建仙.脂肪與心血管疾病相互關(guān)系最新進(jìn)展及對(duì)食品工業(yè)的指導(dǎo)意義[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 1997(1): 74-76.

[9]劉東敏.食品中TFA異構(gòu)體的分析及我國(guó)居民TFA攝入量的調(diào)查[D].南昌: 南昌大學(xué), 2008: 11-12.

[10]BURKITT D P.Effect of dietary fiber on stools and transittimes, and its role in the causation of disease[J].Lancet, 1972, 30: 1408-1411.

[11]AMINE E, BABA N, BELHADJ M, et al.Diet, nutrition and the prevention of chronic diseases: report of a joint WHO/FAO expert consultation[R].Geneva, Switzerland: World Health Organization, 2002.

[12]胡葉碧, 王璋.不同生物制備方法對(duì)玉米皮膳食纖維組成和功能特性的影響[J].食品科學(xué), 2006, 27(10): 96-99.

[13]張世卿, 佟麗.胰島素抵抗作用發(fā)生機(jī)制及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯窟M(jìn)展[J].中藥新藥與臨床藥理, 2012, 23(3): 365-366.

[14]席路.玉米皮膳食纖維對(duì)反式脂肪酸致高脂血癥小鼠血脂及抗氧化能力的研究[D].武漢: 武漢工業(yè)學(xué)院, 2011: 51-58.

[15]葉應(yīng)嫵, 王毓三.全國(guó)臨床試驗(yàn)操作規(guī)程[M].2版.南京: 東南大學(xué)出版社, 1997: 275.

[16]李光偉.檢測(cè)人群胰島素敏感性的一項(xiàng)新指數(shù)[J].中華內(nèi)科雜志,1993, 32(10): 656-660.

[17]DUNCAN M H, SINGH B M, WISE P H, et al.A simple measure of insulin resistance[J].Lancet, 1995, 346: 120-121.

[18]崔慶榮, 安小平, 康學(xué)東, 等.黃金膠囊改善2型糖尿病胰島素抵抗大鼠胰島素敏感性研究[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志, 2010, 16(5):150-152.

[19]MATSUZAWA-NAGATA N, TAKAMURA T, ANDO H, et al.Increased oxidative stress precedes the onset of high-fat diet-induced insulin resistance and obesity[J].Metabolism, 2008, 57(8): 1071-1077.

[20]REBOLLEDO O R, MARRA C A, RASCHIA A, et al.Abdominal adipose tissue: early metabolic dysfunction associated to insulin resistance and oxidative stress induced by an unbalanced diet[J].Hormone and Metabolic Research, 2008, 40(11): 794-800.

[21]LI L F, LI J.Link between oxidative stress and insulin resistance[J].Chinese Academy of Medical Sciences, 2007, 22(4): 254-259.

[22]高丹紅.葉黃素改善高脂飼料喂養(yǎng)大鼠動(dòng)脈硬化危險(xiǎn)因素的初步研究[D].武漢: 華中科技大學(xué), 2012: 36-38.

[23]MUNIYAPPA R, LEE S, CHEN H, et al.Current approaches for assessing insulin sensitivity and resistance in vivo: advantages,limitations, and appropriate usage[J].American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism, 2008, 294(1): E15-E26.

[24]袁爾東, 鄭建仙.不同品種膳食纖維影響小鼠糖耐量結(jié)果的比較[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào), 2002, 17(2): 9-11.

[25]HANNAN J M A, ROKEYA B, FARUQUE O, et al.Effect of soluble dietary fibre fraction of Trigonella foenum graecum on glycemic,insulinemic, lipidemic and platelet aggregation status of Type 2 diabetic model rats[J].Journal of Ethnopharmacology, 2003, 88: 73-77.

[26]KUMAR C M, RACHAPPAJI K S, NANDINI C D, et al.Modulatory effect of butyric acid-a product of dietary fiber fermentation in experimentally induced diabetic rats[J].The Journal of Nutritional Biochemistry, 2002, 13(9): 522-527.

[27]LI Jue, TAKASHI K, QIN Liqiang, et al.Long-term effects of high dietary fiber intake on glucose tolerance and lipid metabolism in gk rats:comparison among barley, rice, and cornstarch[J].Metabolism,2003, 52(9): 1206-1210.

[28]肖桂珍, 羅海吉, 邱小文, 等.食物中添加水溶性膳食纖維對(duì)老年2型糖尿病的影響[J].實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志, 2005, 21(23): 2664-2665.