菊粉对反式脂肪酸致小鼠胰岛素抵抗的影响

李晓月，张晶晶，张红建，周 聪，肖安红,2,*

（1.武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北 武汉 430023；2.湖北省农产品加工与转化重点实验室，湖北 武汉 430023）

菊粉对反式脂肪酸致小鼠胰岛素抵抗的影响

李晓月1，张晶晶1，张红建1，周 聪1，肖安红1,2,*

（1.武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北 武汉 430023；2.湖北省农产品加工与转化重点实验室，湖北 武汉 430023）

目的：研究菊粉对反式脂肪酸所致小鼠胰岛素抵抗的影响。方法：采用反式脂肪酸饲料诱导建立小鼠高脂血症模型，分别给予低、中、高3 种剂量的菊粉，测定小鼠胰岛素抵抗相关指标。结果：反式脂肪酸的摄入导致小鼠血糖、血清胰岛素水平和胰岛素抵抗指数极显著增加（P＜0.01），胰岛素敏感指数、胰岛β细胞功能指数和总超氧化物歧化酶活性极显著降低（P＜0.01）。菊粉干预能够降低小鼠血糖水平和胰岛素抵抗指数，提高胰岛素敏感指数和增强胰岛β细胞功能，且菊粉高剂量干预组与反式脂肪酸组相比，差异均极显著（P＜0.01），效果最好。结论：反式脂肪酸能够导致小鼠胰岛素抵抗，菊粉干预能够改善小鼠的胰岛素抵抗状况，且高剂量组效果最好。

反式脂肪酸；菊粉；小鼠；胰岛素抵抗；高脂血症

胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）是指胰岛素靶器官如脂肪组织、肝脏、肌肉对胰岛素的敏感性降低[1]。“共同土壤学说”[2-4]认为IR普遍存在于糖尿病、高血压、血脂紊乱及肥胖等疾病中[2-5]，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速度，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]。

菊粉又称菊糖，主要来源于菊芋块根，是D-呋喃果糖经β-1,2-糖苷键聚合而成的一种果聚糖。菊粉是自然界中天然存在的可溶性膳食纤维之一，广泛存在于约3.6万 种植物中[9]。研究表明，每日摄食2 g菊粉对控制人的体质量，改善肠道功能，控制血糖水平及防止机体失调有很大帮助[10]，因此，研究菊粉对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，探讨菊粉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，按人体推荐量[11]的5、10、20 倍设计菊粉低、中、高3 个剂量组对高脂血症模型小鼠进行灌胃，研究菊粉对反式脂肪酸诱导小鼠IR的影响。

1 材料与方法

1.1 动物、材料与试剂

昆明种雄性小鼠90 只，体质量（20±2）g，湖北省疾病预防控制中心提供，动物合格许可证编号：SCXK（鄂）2008-0005。

菊粉（纯度94.46%）基本成分（质量分数，下同）：水分4.37%、蛋白质0.02%、脂肪1.1%、灰分0.13%、总糖98.24%、还原糖3.78%。

高密度脂蛋白胆固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）试剂盒、低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）试剂盒、甘油三酯（triglyceride，TG）试剂盒、总胆固醇（total cholesterol，TC）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；胰岛素酶联免疫吸附试剂盒 上海博古生物科技有限公司。

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[12]。饲料配方见表1。

表1 饲料配方及成分Table 1 Formula and ingredients of feeds %

1.2 仪器与设备

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

1.3 方法

1.3.1 高脂血症小鼠模型建立

实验采用普通高脂模型[13]和10% TFA高脂模型两种方法[14]。造模成功的标志为：血清TC含量＞5.72 mmol/L，或血清TG含量＞1.70 mmol/L，或TC含量＞5.72 mmol/L且TG含量＞1.70 mmol/L，或HDL-C含量＜0.9 mmol/L[12]。

1.3.2 分组及喂养方法

实验初期小鼠适应性喂养，1 周后随机分为9 组，每组10 只（分组及饲养方法见表2）。4 周后，小鼠空腹24 h后取血测TG、TC、HDL-C、LDL-C水平，T-SOD活性、空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）含量和空腹胰岛素（fasting insulin，FIN）水平。实验过程中小鼠自由饮水摄食，每日上午灌胃。饲养环境：温度18～22 ℃，相对湿度45%～60%、明暗12 h/12 h。

表2 实验小鼠分组Table 2 Experimental groups

1.3.3 各项指标的测定及计算方法

1.3.3.1 血清学指标的测定

禁食24 h后，小鼠眼眶取血，离心取上清液，测TC、TG、HDL-C、LDL-C水平，T-SOD活性及FIN水平。

1.3.3.2 FBG含量的测定

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。

1.3.3.3 胰岛素抵抗指数（homeostasis model assessmentinsulin resistance， HOMA-IR）测定

根据已测定的FBG和FIN水平，由公式（1）计算HOMA-IR。

1.3.3.4 胰岛β细胞功能指数（homeostasis model assessment-β，HOMA-β）测定

根据已测定的FBG和FIN水平，由公式（2）计算HOMA-β。

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

根据已测定的FBG和FIN水平，由公式（3）计算ISI。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 高脂血症小鼠造模结果

表3 高脂血症小鼠造模结果Table 3 Successful establishment of hyperlipidemia mouse model

由表3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。因造模成功的标志为：血清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HDL-C＜0.9 mmol/L[12]。由以上结果可知，HF组和TFA组高脂血症小鼠造模成功。且TFA组各项指标与HF组相比差异极显著（P＜0.01），说明TFA与HF相比对高脂血症有加剧作用。

2.2 TFA对高脂血症小鼠IR的影响

正常血糖钳夹技术是目前国际公认的检测胰岛素敏感性的方法，被认为是检测胰岛素抵抗的金标准[15]。但由于其操作过程复杂、费用昂贵而使得其应用受限。稳态模型和胰岛素敏感指数[16-17]由于操作和测定过程简单、准确性高而成为临床上评价IR的主要标准。稳态模型的两个主要指标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。

人体代谢活动可以产生少量ROS，当机体受到损伤时，ROS产生过多或清除减少，导致机体抗氧化防御系统失衡，造成机体氧化应激。高脂饮食能诱导机体处于氧化应激状态，导致机体氧化损伤，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。因此可以利用T-SOD活力高低间接反映机体抗氧化系统的功能水平[22]。

表4 TFA对高脂血症小鼠IR的影响Table 4 Effects of transtrans fatty acids on insulin resistance in mice

由表4可知，HF、TFA两组与C组相比，FBG、FIN水平和HOMA-IR显著升高（P＜0.01），ISI、HOMA-β和T-SOD活力显著降低（P＜0.01）。说明高脂血症小鼠产生了IR。TFA组与HF组相比，FBG水平，HOMA-IR、ISI和T-SOD活力差异均极显著（P＜0.01），HOMA-β显著降低（P＜0.05），FIN水平升高但差异并不显著（P＞0.05）。可能是由于喂养时间过短，在FBG水平极显著升高的情况下，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]。以上结果说明TFA更易导致高脂血症小鼠IR。

2.3 菊粉对高脂血症小鼠IR影响的结果及分析

2.3.1 菊粉对小鼠血糖水平的影响

表5 菊粉对反式脂肪酸致高脂血症小鼠IR的影响Table 5 Effect of inulin on insulin resistance in trans fatty acids-fed mice

由表5可知，采用低、中、高3 种剂量的菊粉对高脂血症小鼠进行干预，均能不同程度地降低小鼠的FBG水平。其中，高剂量组的效果最好（P＜0.01）。Kim等[24]使用含10 mmol/L葡萄糖和10 g/L菊粉的等渗电解质溶液（pH 7.4）对大鼠进行灌肠实验，结果表明灌注液中的菊粉能明显抑制空肠对葡萄糖的吸收（P＜0.05），研究人员指出可能是菊粉提高了黏度，导致肠黏膜厚度增加，从而降低葡萄糖吸收的程度。

2.3.2 菊粉对小鼠血清胰岛素水平的影响

由表5可知，菊粉干预能够降低小鼠的FIN水平，但是差异并不显著（P＞0.05）。Causey等[25]证明菊粉可以降低血糖水平（P＜0.05），但是对胰岛素水平没有显著影响（P＞0.05），其原因可能是菊粉添加量低且喂养时间短，不足以改善严重受损的胰岛β细胞的功能。

2.3.3 菊粉对小鼠ISI、HOMA-IR和HOMA-β的影响

由表5可知，菊粉干预增强了小鼠的ISI和HOMA-β，降低了小鼠的HOMA-IR。其中高剂量组效果最佳。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。

2.3.4 菊粉对小鼠抗氧化能力的影响

由表5可知，菊粉干预使小鼠的T-SOD活力极显著升高（P＜0.01），增强了小鼠的抗氧化能力，且高剂量组的效果最好。原因可能是菊粉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。

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产生IR。菊粉能够改善小鼠的IR状况，且高剂量组效果优于中、低剂量组。菊粉可使高脂血症小鼠的抗氧化能力提高，从而缓解IR程度。

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Effect of Inulin on Insulin Resistance Prevention in Trans Fatty Acids-Fed Mice

LI Xiaoyue1, ZHANG Jingjing1, ZHANG Hongjian1, ZHOU Cong1, XIAO Anhong1,2,*
(1. College of Food Science and Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China; 2. Hubei Key Laboratory for Agro-processing and Transformation, Wuhan 430023, China)

Objective: To evaluate the effect of inulin on insulin resistance in trans fatty acids-fed mice. Methods: Inulin was given at low, medium and high doses. Results: The intake of trans fatty acids elevated fasting blood glucose, fasting serum insulin, insulin resistance index signifi cantly (P < 0.01), and reduced insulin sensitivity index, islet β-cell function and T-SOD signifi cantly (P < 0.01). Inulin reduced fasting blood glucose and insulin resistance index, and increased insulin sensitivity index and islet β-cell function, especially at the high dose, showing signifi cant differences (P < 0.01) when compared with the trans fatty acid group. Conclusion: Trans fatty acids can lead to insulin resistance in mice, and the intervention of inulin can improve the symptoms, in particular at the high dose.

trans fatty acids; inulin; mice; insulin resistance; hyperlipidemia

TS202.3；TS201.4

A

1002-6630（2015）01-0201-04

10.7506/spkx1002-6630-201501038

2014-03-04

国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2010AA023003-01）；武汉市科技计划项目（201220837298-5）；武汉工业学院研究生创新基金项目（2012cx016）

李晓月（1989—），女，硕士研究生，研究方向为食品科学。E-mail：lixiaoyue-540@163.com

*通信作者：肖安红（1963—），女，教授，博士，研究方向为粮食油脂及植物蛋白。E-mail：1090106395@qq.com