玉米皮膳食纤维对反式脂肪酸致小鼠胰岛素抵抗的影响

李晓月，楚素平，张晶晶，张红建，周 聪，肖安红,3,*

（1.武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北 武汉 430023；2.济南欣昌食品有限公司，山东 济南 250200；3.湖北省农产品加工与转化重点实验室，湖北 武汉 430023）

胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）是指胰岛素靶器官如脂肪组织、肝脏、肌肉对胰岛素敏感性降低[1]。众多研究表明，IR与糖尿病、高血压、脂代谢异常、中心性肥胖等均有密切联系[2-4]。“共同土壤学说”（Common Soil Hypothesis）[5]认为IR是多种代谢性疾病的共同危险因素，是代谢紊乱的重要表现。氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，体内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）产生过多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤[6]。氧化应激与IR关系密切，是IR的病理学基础之一[7]。反式脂肪酸（trans fatty acids，TFA）是具有反式构象碳-碳双键的所有非共轭不饱和脂肪酸的总称。研究表明，TFA的过多摄入会导致机体血脂异常及糖尿病等疾病[8]。TFA主要产生于油脂的氢化和精炼过程[9]，一些焙烤和油炸食品如面包、饼干、炸鸡、炸土豆条、油饼和馅饼，以及人造奶油、起酥油、冰淇淋和糖果等TFA含量较高。

我国玉米种植面积广，综合利用程度低，已有研究证明膳食纤维对糖尿病、高脂血症、冠心病以及高血压均有良好的预防和治疗作用[10]，所以研究玉米皮膳食纤维对IR的改善作用具有重要意义。

本实验以高脂血症-IR-氧化应激为主线，探讨玉米皮膳食纤维对反式脂肪酸致高脂血症小鼠IR的影响。首先用反式脂肪酸饲料喂养小鼠，建立小鼠高脂血症模型，并从玉米皮中获取水溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF），并按m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的比例混合，按人体推荐量[11]的5、10、20倍，设计低、中、高3个剂量对高脂血症模型小鼠进行灌胃，研究玉米皮膳食纤维对反式脂肪酸诱导的小鼠IR的影响，以期对于充分利用我国丰富的玉米皮膳食纤维资源改善反式脂肪酸导致的IR具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 动物

昆明种雄性小鼠120 只，体质量（20±2） g，湖北省疾病预防控制中心提供。

1.2 材料与试剂

高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoproteincholesterol，HDL-C）试剂盒、低密度脂蛋白胆固醇（low-density lipoprotein-cholesterol，LDL-C）试剂盒、总胆固醇（total cholesterol，TC）试剂盒、甘油三酯（triglycerides，TG）试剂盒、总超氧化物歧化酶（total superoxide dismutase，T-SOD）试剂盒 南京建成生物工程研究所；胰岛素ELISA试剂盒 上海博古生物科技有限公司。

水溶性玉米皮膳食纤维（SDF）、水不溶性玉米皮膳食纤维（IDF）和m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的膳食纤维均为本实验室自制[12]。基本成分见表1。小鼠饲料：普通基础饲料由湖北省疾病预防控制中心提供，高脂饲料和10% TFA饲料均为本实验自制。配方见表2。

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

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

1.3 仪器与设备

ELX800型酶标仪 Bio-Tek公司；血糖试纸及便携式血糖仪 北京怡成生物电子技术有限公司。

1.4 方法

1.4.1 高脂血症小鼠造模方法

高脂血症小鼠造模采用高脂模型[13]和添加10% TFA高脂模型的方法[14]。当血清总胆固醇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或高密度脂蛋白胆固醇HDL-C＜0.9 mmol/L时，即造模成功。

1.4.2 分组及喂养方法

表3 实验小鼠分组Table3 Experimental grouping

小鼠适应性喂养1 周后，随机分为12 组，每组10 只（分组见表3）。4 周后，小鼠空腹24 h，鼠尾取血测空腹血糖；眼眶取血测血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、T-SOD和空腹血清胰岛素（fasting serum lisulin，FIN）水平。实验过程中小鼠自由饮水摄食，每日上午灌胃。低、中、高剂量组的灌胃剂量（以体质量计）分别为：2.5、5 g/（kg•d）和 10 g/（kg•d）。饲养环境：温度18～22℃、相对湿度：45%～60%、光照12 h/12 h。

1.4.3 各项指标的测定及计算方法

1.4.3.1 血清学指标的测定

禁食24 h后，小鼠眼眶取血，离心，取上清，按照南京建成生物工程研究所试剂盒要求[15]测血清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，FBG）

小鼠空腹24 h后，鼠尾取血，采用怡成血糖仪和血糖试纸进行测定。

1.4.3.3 小鼠胰岛素敏感指数（insulin sensitivity index，ISI）

根据FBG和FIN结果按公式（1）计算ISI。

1.4.3.4 胰岛素抵抗（homeostasis model assessmentinsulin resistance，HOMA-IR）指数

根据FBG和FIN结果按公式（2）计算HOMA-IR指数。

1.4.3.5 胰岛β细胞功能（homeostasis model assessment-β，HOMA-β）

根据FBG和FIN结果按公式（3）计算HOMA-β。

1.5 数据处理

2 结果与分析

2.1 高脂血症小鼠造模实验结果与分析

表4 高脂血症小鼠造模实验结果Table4 Serum lipid parameters of hyperlipidemia model

由表4可知，HF组TC＞5.72 mmol/L，TG＞1.70 mmol/L；TFA组TC＞5.72 mmol/L，TG＞1.70 mmol/L，HDL-C＜0.9 mmol/L。HF和TFA组高脂血症小鼠造模成功。但TFA组各项指标与HF组相比差异非常显著（P＜0.01），说明TFA更容易引起高脂血症。

2.2 反式脂肪酸对高脂血症小鼠IR的影响

目前评价IR较为普遍的方法主要是胰岛素敏感指数ISI和稳态模型[16-17]。HOMA-IR和HOMA-β分别与机体IR程度和胰岛β细胞功能存在良好的相关性[18]，HOMA-IR升高说明IR程度增强，HOMA-β降低表明胰岛β细胞功能减弱。

正常人体氧代谢可以产生少量活性氧（reactive oxygen species，ROS），但可被抗氧化系统清除，两者之间保持着动态平衡。当机体遭受外界有害刺激时，ROS产生过多或清除减少，造成体内ROS的生成和抗氧化防御系统失衡，导致机体氧化应激。而高脂饮食能诱导机体处于氧化应激状态，造成骨骼肌细胞组织氧化损伤，干扰骨骼肌组织对葡萄糖的摄取而诱导IR[19-21]。T-SOD是机体内酶类主要自由基清除剂之一，可减轻自由基对生物膜和其他组织造成的损伤，T-SOD活力的高低间接反映机体抗氧化系统的功能水平[22]。

表5 反式脂肪酸对高脂血症小鼠IR的影响Table5 Trans fatty acids induce insulin resistance in hyperlipidemia mice

由表5可知，HF组和TFA组与C组相比，FBG、FIN和HOMA-IR显著升高（P＜0.01），ISI、HOMA-β和T-SOD等各项指标显著降低（P＜0.01）。说明高脂血症小鼠产生了IR。

TFA组与HF组相比，FBG、HOMA-IR、ISI和T-SOD差异均非常显著（P＜0.01），HOMA-β差异显著（P＜0.05），FIN升高但差异不显著（P＞0.05）。原因可能是喂养时间过短，FBG显著升高的情况下，胰岛β细胞无须分泌大量的胰岛素来满足机体代谢的需要[23]。说明TFA更易导致高脂血症小鼠IR。

2.3 玉米皮膳食纤维对高脂血症小鼠IR的影响

2.3.1 玉米皮膳食纤维对小鼠血糖的影响

由表6可知，采用低、中、高剂量SDF、IDF和m（SDF）∶m（IDF）=1∶3玉米皮膳食纤维对高脂血症小鼠进行干预，均能不同程度上降低小鼠的FBG。其中，IDF干预组效果不明显；SDF-M、SDF-H和S∶I-L组与TFA组相比，差异显著（P＜0.05）；S∶I-M组和S∶I-H组与TFA组相比，差异非常显著（P＜0.01）。不同干预组之间相比，m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的玉米皮膳食纤维干预优于单纯的SDF和单纯IDF，但各剂量组之间没有明显差异（P＞0.05）。袁尔东等[24]发现MSF、果胶或瓜儿豆胶（SDF为主）可以降低小鼠血糖水平，而同剂量的纤维素和小麦纤维（IDF为主）的效果不如前者。原因可能为：与IDF相比，黏性SDF能够在小肠内形成葡萄糖吸收的“屏障”。而m（SDF）∶m（IDF）=1∶3效果最好是因为其中的IDF可干扰碳水化合物与消化酶的结合，同时促进肠道蠕动，影响小肠对葡萄糖的吸收；而SDF可增加肠道内容物的黏度，在肠黏膜表面形成胶质，降低葡萄糖进入小肠上皮细胞的速度，延缓葡萄糖吸收速率，m（SDF）∶m（IDF）=1∶3混合兼具SDF和IDF的优点，其比值接近植物中天然存在的膳食纤维[14]。

表6 玉米皮膳食纤维对反式脂肪酸致高脂血症小鼠IR的影响Table6 Effect of corn husk dietary fibers on insulin resistance in hyperlipidemia mice

2.3.2 玉米皮膳食纤维对小鼠血清胰岛素水平的影响

由表6可知，玉米皮膳食纤维干预能够降低小鼠的FIN，但是差异不显著（P＞0.05）。Hannan等[25]证明葫芦巴SDF可以降低血糖水平（P＜0.05）但是对胰岛素水平没有显著影响（P＞0.05）。原因可能是膳食纤维添加量低且喂养时间短，不足以改善严重受损的胰岛β细胞功能。

2.3.3 玉米皮膳食纤维对小鼠胰岛素敏感指数、IR指数和胰岛β细胞功能的影响

由表6可知，玉米皮膳食纤维干预增强了小鼠的ISI，降低了小鼠的HOMA-IR。其中SDF-H、S∶I-M和S∶I-H组与TFA组相比，差异非常显著（P＜0.01）。m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的玉米皮膳食纤维干预组优于单纯的SDF或者IDF，但各剂量组之间没有明显差异，且SDF和IDF各剂量组之间没有显著差异（P＞0.05）。Kumar等[26]发现麦麸和瓜尔胶能增强糖尿病大鼠的ISI，降低HOMA-IR，与本实验结果基本一致。且玉米皮膳食纤维干预增强了小鼠的胰岛β细胞功能。其中S∶I-M组与TFA组相比，差异显著（P＜0.05），S∶I-H组与TFA组相比，差异非常显著（P＜0.01）。S∶I-H组显著优于其他干预组，其中与S∶I-L、IDF-H和SDF-H组相比差异均非常显著（P＜0.01）。Li Jue等[27]研究发现大麦膳食纤维可以降低2型糖尿病小鼠的胰岛β细胞功能。

此外，临床实验也表明，添加SDF可以显著降低老年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），改善机体IR状况[28]。

2.3.4 玉米皮膳食纤维对小鼠抗氧化能力的影响

由表6可知，玉米皮膳食纤维干预增强了小鼠的抗氧化能力，原因可能是玉米皮膳食纤维能够清除体内积累的自由基，减轻了过多自由基对机体的损伤。不同干预组之间差异非常显著（P＜0.01），且S∶I-H组效果最好。

3 结 论

添加10% TFA的高脂饲料可致小鼠高脂血症并能够诱导小鼠IR。玉米皮膳食纤维能够改善小鼠的IR状况。不同玉米皮膳食纤维相比，效果依次为：m（SDF）∶m（IDF）=1∶3＞单纯SDF＞单纯IDF。各剂量相比：高剂量＞中剂量＞低剂量。综合比较，高剂量m（SDF）∶m（IDF）=1∶3玉米皮膳食纤维效果最好。玉米皮膳食纤维可提高高脂血症小鼠的抗氧化能力，从而缓解IR。

[1]石梅兰, 李强翔.大黄素在糖尿病胰岛素抵抗中的作用[J].中国老年学杂志, 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]赵丽.Nrf2/HO-1途径对高脂饮食诱导的大鼠[D].西安: 第四军医大学, 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, 郑建仙.脂肪与心血管疾病相互关系最新进展及对食品工业的指导意义[J].食品与发酵工业, 1997(1): 74-76.

[9]刘东敏.食品中TFA异构体的分析及我国居民TFA摄入量的调查[D].南昌: 南昌大学, 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]胡叶碧, 王璋.不同生物制备方法对玉米皮膳食纤维组成和功能特性的影响[J].食品科学, 2006, 27(10): 96-99.

[13]张世卿, 佟丽.胰岛素抵抗作用发生机制及实验模型的研究进展[J].中药新药与临床药理, 2012, 23(3): 365-366.

[14]席路.玉米皮膳食纤维对反式脂肪酸致高脂血症小鼠血脂及抗氧化能力的研究[D].武汉: 武汉工业学院, 2011: 51-58.

[15]叶应妩, 王毓三.全国临床试验操作规程[M].2版.南京: 东南大学出版社, 1997: 275.

[16]李光伟.检测人群胰岛素敏感性的一项新指数[J].中华内科杂志,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]崔庆荣, 安小平, 康学东, 等.黄金胶囊改善2型糖尿病胰岛素抵抗大鼠胰岛素敏感性研究[J].中国实验方剂学杂志, 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]高丹红.叶黄素改善高脂饲料喂养大鼠动脉硬化危险因素的初步研究[D].武汉: 华中科技大学, 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]袁尔东, 郑建仙.不同品种膳食纤维影响小鼠糖耐量结果的比较[J].中国粮油学报, 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, 罗海吉, 邱小文, 等.食物中添加水溶性膳食纤维对老年2型糖尿病的影响[J].实用医学杂志, 2005, 21(23): 2664-2665.