甘薯和薯蕷塊莖水提物對(duì)糖尿病小鼠的降血糖作用

謝鵬飛， 簡(jiǎn)暾昱， 陳 閩， 孫小芹， 劉 佳

〔江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所(南京中山植物園)， 江蘇 南京 210014〕

近年來(lái)，全球糖尿病發(fā)病率增長(zhǎng)迅速，糖尿病并發(fā)癥也日趨嚴(yán)重，成為威脅人類(lèi)健康的慢性疾病之一[1]。臨床上治療糖尿病主要采用胰島素、雙胍類(lèi)和磺脲類(lèi)等降糖類(lèi)藥物[2]，但這些藥物價(jià)格昂貴且長(zhǎng)期服用還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用。因此，從植物中尋求具有降糖作用的天然成分具有重大的開(kāi)發(fā)價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。

薯蕷(DioscoreapolystachyaTurcz.)為薯蕷屬(DioscoreaLinn.)多年生草質(zhì)藤本植物，其塊莖是藥食兼用佳品。研究表明：新鮮薯蕷或薯蕷原粉提取物具有增強(qiáng)機(jī)體免疫、降血糖和降血脂等作用[3-5]。與薯蕷同屬的甘薯〔D.esculenta(Lour.) Burkill〕塊莖是中國(guó)南方部分地區(qū)民眾較常食用的蔬菜之一，廣泛種植，近年來(lái)也被引種至浙江和江蘇等省。黎丹等[6]對(duì)80份毛薯(甘薯)樣本的研究結(jié)果表明：大多數(shù)甘薯樣本的營(yíng)養(yǎng)成分(如蛋白質(zhì)和可溶性糖)的含量高于薯蕷品種‘鐵棍山藥’(D.polystachya‘Tiegun’)，而粗多糖和淀粉的含量略低于‘鐵棍山藥’。鑒于薯蕷塊莖具降血糖作用，甘薯塊莖是否具有降血糖效果尚不明確。作者以鹽酸二甲雙胍和消渴丸為陽(yáng)性對(duì)照，對(duì)甘薯品種‘甜蕷1號(hào)’(D.esculenta‘Tianyu No. 1’)和薯蕷品種‘鐵棍山藥’塊莖水提物對(duì)鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的Ⅱ型糖尿病小鼠的降血糖作用進(jìn)行研究，以期明確甘薯塊莖的藥理活性，為甘薯保健食品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

甘薯品種‘甜蕷1號(hào)’來(lái)源于海南農(nóng)家品種甜薯系統(tǒng)選育，經(jīng)江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所系統(tǒng)選育而成，種植于本所薯蕷種質(zhì)圃，于2016年10月至11月收獲塊莖供試；薯蕷品種‘鐵棍山藥’塊莖于2016年10月至11月分批購(gòu)買(mǎi)自河南省焦作市溫縣農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。新鮮的‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’塊莖依次經(jīng)過(guò)清洗、去皮和切片，于60 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，冷卻后研磨成粉并過(guò)100目篩，備用。

供試6周齡雄性ICR小鼠，SPF級(jí)，體質(zhì)量18～22 g，購(gòu)自上海西普爾-必凱實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司，動(dòng)物合格證編號(hào)為2008001670082。小鼠飼養(yǎng)于南京中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，動(dòng)物許可證號(hào)為SYXK(蘇)2014-0001；小鼠維持飼料及玉米芯墊料購(gòu)自南京沐途醫(yī)療科技有限公司。小鼠飼養(yǎng)條件為：空氣相對(duì)濕度(60±10)%，溫度(22±3)℃，每天給予12 h光照；小鼠自由攝食和飲水(純凈無(wú)菌水)，每日清洗、消毒籠具及水瓶。

鏈脲佐菌素(批號(hào)101834145)購(gòu)自美國(guó)Sigma公司，鹽酸二甲雙胍片(批號(hào)1604188)由深圳中聯(lián)制藥有限公司生產(chǎn)，消渴丸(批號(hào)20160601)由廣州白云山中一藥業(yè)有限公司生產(chǎn)，血糖試紙(批號(hào)DW6BM3E32F)購(gòu)自德國(guó)Bayer公司；其他試劑均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 甜薯和薯蕷塊莖水提物的制備 分別稱(chēng)取100 g‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’樣品粉末，加入1 L雙蒸水，各煎煮2次，每次1 h；過(guò)濾，將濾液在75 ℃水浴中蒸發(fā)濃縮至膏狀，水提物得率約30%。用質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)0.5%羧甲基纖維素鈉配置成1.0 g·mL-1高劑量?jī)?chǔ)備液和0.5 g·mL-1低劑量?jī)?chǔ)備液[5]、備用。

1.2.2 糖尿病小鼠模型的復(fù)制 取80只生長(zhǎng)狀況基本一致的小鼠，經(jīng)適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，隨機(jī)抽取10只小鼠作為正常組，其余70只小鼠用于復(fù)制糖尿病模型。以0.1 mol·L-1檸檬酸緩沖液(pH 4.3)為溶劑配制33.3 mg·mL-1鏈脲佐菌素溶液，在小鼠禁食但不禁水12 h后，按照50 mg·kg-1·d-1的劑量連續(xù)5 d進(jìn)行腹腔注射；自由飲食3 d后禁食12 h，測(cè)定空腹血糖，血糖值高于11 mmol·L-1即判定為糖尿病造模成功，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 分組和給藥過(guò)程及體質(zhì)量和血糖測(cè)定 將70只造模成功的糖尿病小鼠隨機(jī)等分成7組，其中1組作為糖尿病模型組，另6組作為給藥組：鹽酸二甲雙胍組(灌胃給藥劑量0.2 g·kg-1·d-1)、消渴丸組(灌胃給藥劑量0.6 g·kg-1·d-1)、‘甜蕷1號(hào)’低劑量組(灌胃給藥劑量10 g·kg-1·d-1)、‘甜蕷1號(hào)’高劑量組(灌胃給藥劑量20 g·kg-1·d-1)、‘鐵棍山藥’低劑量組(灌胃給藥劑量10 g·kg-1·d-1)和‘鐵棍山藥’高劑量組(灌胃給藥劑量20 g·kg-1·d-1)；其中，鹽酸二甲雙胍組和消渴丸組為陽(yáng)性對(duì)照。

每天按劑量用受試樣品給小鼠灌胃1次，每只每次0.4 mL，正常組和糖尿病模型組分別灌胃同體積質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)0.5%羧甲基纖維素鈉溶液，期間小鼠自由攝食，連續(xù)3周。

給藥3周后禁食12 h，于次日清晨取小鼠眼眶血，用Contour TS1816血糖儀(德國(guó)Bayer公司)和血糖試紙測(cè)定小鼠空腹血糖。各組小鼠體質(zhì)量分別在灌胃給藥前和給藥3周后測(cè)量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

利用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著差數(shù)法(LSD)進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果和分析

‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’塊莖水提物灌胃給藥3周后小鼠體質(zhì)量和血糖值見(jiàn)表1。由表1可以看出：與正常組小鼠相比，糖尿病模型組小鼠的平均體質(zhì)量顯著(P<0.05)降低，其他給藥組的小鼠平均體質(zhì)量也顯著降低，但均顯著高于糖尿病模型組。其中，20 g·kg-1·d-1‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’塊莖水提物組的小鼠平均體質(zhì)量較糖尿病模型組分別提高17.6%和18.1%，與0.2 g·kg-1·d-1鹽酸二甲雙胍組和0.6 g·kg-1·d-1消渴丸組均無(wú)顯著差異，而10 g·kg-1·d-1‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’塊莖水提物組的小鼠平均體質(zhì)量則顯著低于0.6 g·kg-1·d-1消渴丸組。

表1 ‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’塊莖水提物灌胃給藥3周后糖尿病小鼠的體質(zhì)量和血糖值的比較

正常組小鼠的平均血糖值維持在5.77 mmol·L-1；造模結(jié)束后(給藥前)，小鼠的平均血糖值升高至26.00 mmol·L-1。經(jīng)過(guò)3周的灌胃給藥，糖尿病模型組和6個(gè)給藥組小鼠的平均血糖值顯著高于正常組；其中，糖尿病模型組小鼠的平均血糖值最高，達(dá)到32.10 mmol·L-1，較給藥前增加了23.5%，說(shuō)明糖尿病模型小鼠在不接受治療的情況下，糖尿病癥狀加劇，血糖持續(xù)升高。10 g·kg-1·d-1‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’塊莖水提物組間的小鼠平均血糖值無(wú)顯著差異，但均顯著高于另4個(gè)給藥組；20 g·kg-1·d-1‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’塊莖水提物組的小鼠平均血糖值均與0.2 g·kg-1·d-1鹽酸二甲雙胍組和0.6 g·kg-1·d-1消渴丸組無(wú)顯著差異，且與糖尿病模型組相比，這4個(gè)給藥組小鼠的平均血糖值分別降低了23.0%、22.3%、25.8%和20.8%，說(shuō)明高劑量‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’塊莖水提物具有較好的降血糖作用。

3 討論和結(jié)論

甘薯和薯蕷塊莖的降血糖功能與其活性成分密切相關(guān)，包括多糖、薯蕷皂苷和黃酮類(lèi)等水溶性成分[4-5，8]。多糖類(lèi)可促進(jìn)肝糖原合成代謝和糖降解，其作用機(jī)制類(lèi)似于胰島素，同時(shí)可以改善胰島素抵抗，增加胰島素的敏感性[9]；薯蕷皂苷可顯著增加單位細(xì)胞的葡萄糖消耗，并具有劑量依賴(lài)性[10]；黃酮類(lèi)成分可提高機(jī)體的抗氧化性，清除體內(nèi)過(guò)量的自由基，對(duì)受自由基侵害的胰島β細(xì)胞起到一定的保護(hù)作用，使機(jī)體的胰島素分泌趨于正常[11]。有研究證明：甘薯塊莖中的水溶性粗多糖能夠促進(jìn)結(jié)腸產(chǎn)生有益短鏈脂肪酸，增強(qiáng)胰島素敏感性，從而降低機(jī)體的血糖水平[8]，此外，甘薯塊莖原粉能誘導(dǎo)肌肉類(lèi)固醇激素增加，有助于降低Ⅱ型糖尿病小鼠對(duì)胰島素的抗性[12]；也有研究者發(fā)現(xiàn)，薯蕷塊莖原粉的降血糖效果明顯優(yōu)于單一有效成分[11]。

本研究結(jié)果表明：用10和20 g·kg-1·d-1‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’塊莖水提物對(duì)糖尿病模型小鼠灌胃給藥3周可不同程度緩解小鼠肌體消瘦的狀況，降低小鼠的血糖值，且高劑量組的緩解效果強(qiáng)于低劑量組，特別是高劑量組的緩解效應(yīng)接近0.2 g·kg-1·d-1鹽酸二甲雙胍組和0.6 g·kg-1·d-1消渴丸組。從給藥劑量上看，‘甜蕷1號(hào)’和‘鐵棍山藥’塊莖水提物的有效劑量大幅度高于鹽酸二甲雙胍和消渴丸，但考慮到甘薯和薯蕷的藥食兩用性質(zhì)，其水提物幾無(wú)副作用，因而，對(duì)糖尿病可起到輔助降糖的作用。