蕎麥、燕麥、豌豆復(fù)配對糖尿病大鼠血糖的影響

尹雪倩，張曉玄，文 婧，劉思奇，劉欣然，周若宇，王軍波

(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 100191)

糖尿病是世界重要的公共衛(wèi)生問題，據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟估計(jì)，2019年全球20～79歲成人中，約4.63億患有糖尿病，患病率達(dá)9.3%，而中國是糖尿病患病人數(shù)最多的國家[1]。目前糖尿病的治療方式主要包括飲食、藥物、運(yùn)動(dòng)、健康教育和血糖監(jiān)測，其中飲食治療是糖尿病治療的基石。谷物是碳水化合物的主要來源，以谷物進(jìn)行飲食干預(yù)，是一種具有較高成本效益，幾乎無副作用的治療和預(yù)防糖尿病的方法。

研究發(fā)現(xiàn)，許多雜糧具有改善高血糖的效果，如蕎麥和燕麥在糖尿病動(dòng)物及人群中具有降血糖作用[2-4]，也有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)提示豌豆也具有類似作用[5]。然而，中國人均雜糧攝入量不足15 g，且種類較為單一[6]，適口性及烹飪困難可能是限制雜糧攝入的重要原因[7-8]。多種雜糧復(fù)配可減少雜糧感官性狀的缺陷，提高適口性及可加工性，有利于提高人群的雜糧攝入。本實(shí)驗(yàn)室前期將蕎麥、燕麥及豌豆經(jīng)體外模擬口腔及胃腸消化后，得到三種雜糧的體外消化產(chǎn)物，之后利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究三種雜糧體外消化產(chǎn)物的不同復(fù)配方案對胰島素抵抗HepG2細(xì)胞葡萄糖利用的影響，得到蕎麥∶燕麥∶豌豆質(zhì)量比為6∶1∶1的復(fù)配方案。本研究擬在動(dòng)物水平對該復(fù)配方案進(jìn)行驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 雜糧復(fù)配方案

燕麥為壩莜1號(河北)，蕎麥為大三棱(內(nèi)蒙古)，豌豆為中豌系列(河北)，均購自山西東方亮生命科技有限公司。將三種雜糧干燥、磨粉后制成相應(yīng)的雜糧粉，將蕎麥粉、燕麥粉、豌豆粉以質(zhì)量比為6∶1∶1混合后制成復(fù)配式雜糧粉(buckwheat-oat-pea composite flour,BOP)。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

健康SPF級雄性SD大鼠，體質(zhì)量(180±20) g，由北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)部提供[生產(chǎn)許可證號：SCXK(京)2016-0010]，飼養(yǎng)于屏障環(huán)境內(nèi)[使用許可證號：SYXK(京)2016-0041]，大鼠自由飲水、攝食，室溫(25±1)℃，相對濕度50%～60%，明暗每12 h交替。動(dòng)物喂養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)按照《北京市實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(huì)審核通過(批準(zhǔn)號:LA2019362)。

1.3 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，血糖試劑盒購自北京百奧泰康生物技術(shù)有限公司，胰島素放射免疫分析試劑盒購自北京北方生物技術(shù)研究所，其余試劑均為分析純。

血糖試紙及血糖儀購自艾康生物技術(shù)有限公司，AU480全自動(dòng)生化儀購自美國貝克曼庫爾特有限公司，XH-6080 γ放射免疫計(jì)數(shù)器購自西安核儀器廠。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將雜糧添加入飼料中進(jìn)行干預(yù)，通過查閱文獻(xiàn)，換算后得到蕎麥及燕麥降血糖的有效劑量約為大鼠飼料添加量的10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))[4,9-13]，因而確定BOP干預(yù)低、中、高劑量組的雜糧添加劑量分別為3.3%、10%、30%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

64只大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)7 d后，按空腹血糖和體質(zhì)量隨機(jī)分為8組，每組8只，即：空白對照組，模型對照組，二甲雙胍組，蕎麥組，燕麥組和低劑量(BOP-L)、中劑量(BOP-M)、高劑量(BOP-H)三個(gè)BOP組。空白對照組飼喂AIN-93M配方飼料，其他組飼喂高脂飼料(供能比為：碳水化合物35%，蛋白質(zhì)20%，脂肪45%)，其中，蕎麥組、燕麥組、BOP-L組、BOP-M組、BOP-H組飼料中分別含10%蕎麥粉、10%燕麥粉、3.3%的BOP、10%的BOP和30%的BOP，雜糧在添加時(shí)調(diào)整了飼料中營養(yǎng)素的比例，使各組高脂飼料中三大供能營養(yǎng)素的含量和比例均保持一致。飼料由北京博泰宏達(dá)生物技術(shù)有限公司提供。

分組后按對應(yīng)飼料飼喂30 d，然后除空白對照組外，其余各組大鼠分兩次腹腔注射30 mg/kg鏈脲佐菌素(溶解于pH=4.5的檸檬酸鈉緩沖液中)誘導(dǎo)糖尿病，兩次注射間隔7 d，以末次注射后第5天模型對照組血糖曲線下面積(glucose area under curve,GAUC)顯著高于空白對照組視為造模成功[14]。造模成功后，二甲雙胍組每天以鹽酸二甲雙胍灌胃(按照藥品說明書確定劑量，灌胃周期為4周，第1周劑量為每天100 mg/kg，第2周劑量為每天150 mg/kg，第3周和第4周劑量為每天200 mg/kg)，其余各組灌胃等劑量蒸餾水，然后繼續(xù)喂養(yǎng)28 d。

1.5 檢測指標(biāo)及方法

1.5.1一般指標(biāo) 每日觀察大鼠毛色、精神狀態(tài)、日常活動(dòng)等一般狀態(tài)。每周稱量體質(zhì)量，分籠記錄進(jìn)食量和飲水量，并計(jì)算單位體質(zhì)量進(jìn)食量、單位體質(zhì)量飲水量及食物利用率。第10周時(shí)，每組隨機(jī)選取6只大鼠，置于獨(dú)立代謝籠內(nèi)測量24 h尿量。

1.5.2空腹血糖及葡萄糖耐量 每周測定空腹血糖：大鼠禁食5 h(8:00～13:00)，尾靜脈采血，使用血糖儀測定。每兩周進(jìn)行葡萄糖耐量實(shí)驗(yàn)：大鼠禁食5 h(8:00～13:00)，尾靜脈采血，使用血糖儀測定空腹血糖值(0 h)，經(jīng)口給予2.0 g/kg葡萄糖后于0.5、1、2 h測定血糖值，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。

1.5.3胰島素及胰島素抵抗指數(shù) 喂養(yǎng)結(jié)束后，隔夜禁食12 h，股動(dòng)脈采血，3 000 r/min離心10 min獲得血清，檢測空腹血清血糖、胰島素，并計(jì)算穩(wěn)態(tài)模型胰島素抵抗指數(shù)(homeostasis model assessment of insulin resistance,HOMA-IR)，HOMA-IR=20×空腹血清血糖(mmol/L)×胰島素(mIU/L)/22.5。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 BOP對糖尿病大鼠體質(zhì)量的影響

如圖1所示，第5周注射鏈脲佐菌素后，造模大鼠出現(xiàn)體質(zhì)量下降，第7～10周，模型對照組大鼠的體質(zhì)量顯著低于空白對照組(P<0.05)。實(shí)驗(yàn)過程中，與模型對照組相比，二甲雙胍組大鼠的體質(zhì)量沒有顯著變化(P>0.05)，但其他干預(yù)組大鼠的體質(zhì)量均顯著增加(P<0.05)。注射鏈脲佐菌素前，BOP-L及BOP-H組大鼠的體質(zhì)量高于燕麥組(P<0.05)，但注射鏈脲佐菌素后，三個(gè)BOP組的體質(zhì)量與蕎麥組或燕麥組相比差異均沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2 BOP對糖尿病大鼠單位體質(zhì)量進(jìn)食量及飲水量、食物利用率、尿量的影響

為排除體質(zhì)量對大鼠進(jìn)食及飲水的影響，以單位體質(zhì)量進(jìn)食量和單位體質(zhì)量飲水量評估各組大鼠進(jìn)食及飲水狀況。表1結(jié)果顯示，注射鏈脲佐菌素前(1～4周)，除空白對照組大鼠的單位體質(zhì)量進(jìn)食量更高外(P<0.01)，其他組與模型對照組大鼠的單位體質(zhì)量進(jìn)食量和飲水量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，這可能與空白對照組飼料能量密度較低有關(guān)。

表1 BOP對糖尿病大鼠單位體質(zhì)量進(jìn)食量、食物利用率、單位體質(zhì)量飲水量及24 h尿量的影響Table 1 Effects of the BOP on the food intake/body weight,food utilization rate,water intake/body weight and 24 h urine volume of diabetic rats

* P<0.05,compared with the MC group;# P<0.05,compared with the OA group.Abbreviations as in Table 1.圖1 BOP對糖尿病大鼠體質(zhì)量的影響Figure 1 Effect of the BOP on the body weight

注射鏈脲佐菌素后(5～10周)，模型對照組大鼠的單位體質(zhì)量進(jìn)食量及飲水量增加，顯著高于空白對照組(P<0.01)。此外，模型對照組大鼠的食物利用率及24 h尿量也高于空白對照組(P<0.001)。

與模型對照組大鼠相比，二甲雙胍組、蕎麥組、燕麥組及三個(gè)BOP組大鼠的單位體質(zhì)量飲水量均顯著降低，食物利用率顯著提高(P<0.05)，除BOP-H組外的其他干預(yù)組大鼠的單位體質(zhì)量進(jìn)食量及24 h尿量也顯著降低(P<0.05)。未發(fā)現(xiàn)三個(gè)BOP組大鼠的單位體質(zhì)量進(jìn)食量和飲水量、食物利用率、24 h尿量與蕎麥組或燕麥組的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.3 BOP對糖尿病大鼠空腹血糖的影響

各組大鼠空腹血糖的變化見圖2。第5周注射鏈脲佐菌素后，模型對照組的空腹血糖顯著高于空白對照組(P<0.001)，且一直維持高血糖至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。與模型對照組相比，第9周時(shí)，二甲雙胍組和燕麥組大鼠的空腹血糖降低(P<0.05)；第10周干預(yù)結(jié)束時(shí)，二甲雙胍組、蕎麥組、燕麥組、BOP-L、BOP-M、BOP-H組大鼠的空腹血糖分別降低了 30.2%(P<0.05)、27.1%(P<0.05)、29.8%(P<0.05)、24.4%(P<0.05)、23.4%(P<0.05)和 16.1%(P=0.08)，但BOP-H組與模型對照組大鼠空腹血糖的差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。三個(gè)BOP組大鼠的空腹血糖與蕎麥組或燕麥組的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

* P<0.05,compared with the MC group.Abbreviations as in Table 1.圖2 BOP對糖尿病大鼠空腹血糖的影響Figure 2 Effect of the BOP on the fasting blood glucose of diabetic rats n=8)

2.4 BOP對糖尿病大鼠GAUC的影響

如圖3所示，第6周造模結(jié)束后，模型對照組大鼠的GAUC顯著高于空白對照組(P<0.001)；第8周時(shí)，二甲雙胍組大鼠的GAUC顯著低于模型對照組(P<0.05)；第10周時(shí)，二甲雙胍組、蕎麥組、燕麥組、BOP-M組大鼠的GAUC顯著低于模型對照組(P<0.05)。三個(gè)BOP組大鼠的GAUC與蕎麥組或燕麥組之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

* P<0.05,compared with the MC group.GAUC,glucose area under curve;Other abbreviations as in Table 1.圖3 BOP對于糖尿病大鼠GAUC的影響Figure 3 Effect of the BOP on the GAUC of

2.5 BOP對糖尿病大鼠胰島素及HOMA-IR的影響

模型對照組與空白對照組之間、各干預(yù)組與模型對照組之間的血清胰島素水平差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表2)。

表2 BOP對糖尿病大鼠血清胰島素的影響Table 2 Effect of the BOP on the insulin of

各組之間HOMA-IR的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義：模型對照組大鼠的HOMA-IR顯著高于空白對照組(P<0.001)，二甲雙胍組、蕎麥組、燕麥組、BOP-L、BOP-M、BOP-H組大鼠的HOMA-IR顯著低于模型對照組(P<0.05),未發(fā)現(xiàn)三個(gè)BOP組大鼠的HOMA-IR與蕎麥組或燕麥組的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，如圖4所示。

* P<0.05,compared with the MC group.HOMA-IR,homeostasis model assessment of insulin resistance;Other abbreviations as in Table 1.圖4 BOP對糖尿病大鼠HOMA-IR的影響Figure 4 Effect of the BOP on the HOMA-IR

3 討論

目前已有許多研究表明，單一雜糧對于改善糖代謝具有積極影響，但雜糧復(fù)配后對血糖干預(yù)的研究較少。Perez-Ramirez等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，與普通燕麥-小麥餅干相比，燕麥-豆粉餅干可以提高糖尿病大鼠的胰島素水平，但兩種餅干對血糖均無明顯影響。方海濱等[13]發(fā)現(xiàn)，薏米-燕麥膨化食品可以降低高糖高脂喂養(yǎng)大鼠的血糖水平，且具有良好的風(fēng)味。本研究在前期的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行，采用飲食干預(yù)的方法研究蕎麥、燕麥及豌豆復(fù)配后對糖尿病大鼠的影響，發(fā)現(xiàn)低、中劑量的BOP可以降低糖尿病大鼠的血糖和HOMA-IR，中劑量BOP還可以降低糖尿病大鼠的GAUC，具有輔助降血糖作用。

雖然與蕎麥或燕麥相比，BOP對糖尿病大鼠并沒有起到更好的血糖干預(yù)效果，但雜糧復(fù)配后有著單一雜糧沒有的優(yōu)勢，如燕麥中含有較高的鈣、鋅及多不飽和脂肪酸，豌豆中含有豐富的蛋白質(zhì)和賴氨酸[16]，它們與蕎麥復(fù)配后有更高的營養(yǎng)價(jià)值。同時(shí)，雜糧復(fù)配后還有利于提升加工性能和感官特性，如Beitane等[17]發(fā)現(xiàn)，豌豆與蕎麥復(fù)配可以顯著改善蕎麥粉的亮度、顏色、黏度和形成時(shí)間；Angioloni等[18]發(fā)現(xiàn)，燕麥、黑麥、蕎麥和小麥復(fù)配后可以改善單一雜糧面團(tuán)粘結(jié)性差和過于堅(jiān)硬的問題，提高了適口性和可加工性。齊婧等[19]利用蕎麥、黃豆、小米進(jìn)行谷物面條的研究，發(fā)現(xiàn)同時(shí)包含三種雜糧粉的面條感官品質(zhì)最高，因而，雜糧復(fù)配后比單一雜糧具有更高的生產(chǎn)利用空間。

復(fù)配式雜糧降血糖的機(jī)制尚不明確。本研究中，蕎麥、燕麥及BOP干預(yù)均降低了糖尿病大鼠的胰島素抵抗水平，但對空腹血清胰島素沒有明顯影響，表明BOP的降血糖效果并不是通過促進(jìn)胰島素分泌實(shí)現(xiàn)的，這與之前蕎麥干預(yù)研究的結(jié)果相似[20-21]。也有研究表明燕麥可能具有促進(jìn)胰島素分泌的作用，糖尿病鼠的胰島素水平明顯降低[22-24]，而本研究中模型對照組和空白對照組大鼠的胰島素水平?jīng)]有明顯差異，這可能與糖尿病模型中胰島素分泌受損傷的程度有關(guān)。以往研究發(fā)現(xiàn)，蕎麥、燕麥還可能通過調(diào)節(jié)血脂、降低炎癥及氧化應(yīng)激水平等作用改善糖代謝[4,11,25-26]，同時(shí)，蕎麥和豌豆還可能通過PIK3/AKT等胰島素作用通路發(fā)揮作用[26-27]，故BOP降血糖的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，BOP可以降低糖尿病大鼠的空腹血糖，改善糖耐量及胰島素抵抗，減輕糖尿病癥狀，具有進(jìn)一步開發(fā)利用的價(jià)值。