不同分子量的羧甲基壳聚糖对糖尿病小鼠血糖的影响

厉晓琳,王云慧,尹海波,贺　君

(烟台大学生命科学院,山东烟台 264000)



不同分子量的羧甲基壳聚糖对糖尿病小鼠血糖的影响

厉晓琳,王云慧,尹海波,贺君*

(烟台大学生命科学院,山东烟台 264000)

目的:研究不同分子量的水溶性羧甲基壳聚糖对糖尿病小鼠的降血糖作用。方法:通过腹腔注射链脲佐菌素160 mg/kg建立小鼠糖尿病模型,并将造模成功的小鼠随机分为模型组、阳性对照组、实验组(高分子量羧甲基壳聚糖组、中分子量羧甲基壳聚糖组、低分子量羧甲基壳聚糖组),设置空白对照组,每组12只。实验组小鼠每日按990 mg/kg·b·w分别灌胃不同分子量羧甲基壳聚糖,模型组和空白对照组按体质量灌胃相同体积的蒸馏水,阳性对照组按20 mg/kg·b·w灌胃拜唐苹阿卡波糖,连续灌胃28 d,于末次灌胃后测定小鼠空腹血糖值、糖耐量。结果:不同分子量的羧甲基壳聚糖对高血糖模型小鼠体重没有显著影响(p>0.05);与模型组比较,低分子量组能极显著的降低造模小鼠的血糖浓度(p<0.01),中分子量组能显著的降低造模小鼠的血糖浓度(p<0.05),而高分子量组未见显著效果;并且三者均可改善糖尿病小鼠的糖耐量。综上所述,低分子量羧甲基壳聚糖降血糖效果最好,中分子量羧甲基壳聚糖效果次之,高分子量羧甲基壳聚糖效果最弱。

糖尿病,羧甲基壳聚糖,分子量,空腹血糖,糖耐量

甲壳素又名甲壳质,是由N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以β-1,4糖苷键的形式连接而成的直链状多糖[1],结构如图1,它资源丰富,应用领域十分广泛[2-5]。壳聚糖是甲壳素在强碱条件下脱乙酰基所得到的产物,它的化学性质比甲壳素活泼很多[6-7]。羧甲基壳聚糖是壳聚糖经羧甲基化反应后的一类甲壳素衍生物,它既保留了壳聚糖的优点,又极大地改善了水溶性,具有更广泛的用途[8-10]。

糖尿病是一组由遗传和环境因素相互作用引起的一种临床综合症,可导致多组织慢性进行性病变、功能减退甚至器官衰竭[11]。糖尿病在我国是高发病,通过饮食治疗,达到降低血糖或者稳定病情的目的,是一种较好的治疗途径[12]。研究表明,壳聚糖具有调节血糖浓度的作用,它能够降低并延缓血糖峰值,调节内分泌系统的功能,将人体pH调到弱碱性,提高胰岛素利用率[13]。 壳聚糖在肠胃中可以形成胶状粘性纤维,延缓胃排空,降低糖吸收速度,增加周围组织对胰岛素的敏感性[14-15]。并且,羧甲基壳聚糖无毒副作用,安全健康,可作为糖尿病患者的理想保健品[16-18]。与壳聚糖相比,羧甲基壳聚糖具有良好的水溶性、生物相容性,因而近年来在医药方面的应用日益扩大[19]。有研究表明:不同分子量的水溶性壳聚糖,其成膜性、透气性、抗菌性等性质有所不同,壳聚糖理化性质和生物功能与分子量有关[20]。因此,本研究对高、中、低分子量羧甲基壳聚糖对糖尿病小鼠的血糖调节作用进行了研究,对开发具有降血糖功能的保健食品的研究提供了实验条件和依据。

图1　甲壳素的化学结构Fig.1　Chemical structure of chitin

1　材料与方法

1.1材料与仪器

清洁级雄性昆明种小鼠,体质量(22±2)g购自山东绿叶制药股份有限公司,许可证号:SCXK 20080017);高、中、低分子量羧甲基壳聚糖烟台大学生科院实验室制备;拜唐苹阿卡波糖片(药品规格:50 mgx30片,批准文号:国药准字H19990205)北京拜耳医药保有限公司;链脲佐菌素(Streptozocin-(STZ))美国Sigma公司;柠檬酸,柠檬酸钠,葡萄糖天津广成化学试剂有限公司。

稳豪型血糖仪、稳豪型血糖试纸中国强生器材医疗有限公司;ES-500HA动物称重天平长沙湘平科技发展有限公司;A2130型电子天平美国奥豪斯仪器有限公司;0.45um津腾聚醚砜针筒式滤膜过滤器天津市津腾实验设备有限公司。

1.2实验方法

1.2.1动物模型的建立小鼠适应性喂养一周,随机抽取12只为空白对照组,喂食正常饲料(玉米40%～43%、麸皮26%、豆饼29%、食盐1%、骨粉1%、赖氨酸1%、维生素、微量元素、水),其余小鼠禁食不禁水12 h,一次性给小鼠腹腔注射链脲佐菌素溶液160 mg/kg,空白对照组注射等体积的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液。注射6日后采用断尾取血测空腹血糖值,取血前小鼠禁食12 h,其中血糖浓度≥10 mmol/L的小鼠为糖尿病模型建立成功[21]。

1.2.2实验药物的配制分别称取5 g高、中、低分子量的羧甲基壳聚糖粉末,用100 mL去离子水充分溶解并定容,配制浓度为0.05 g/mL,离心取上清液(4000 r/min)。取拜唐苹药片,用研钵研成粉末,称取一定量的拜唐苹粉末,用去离子水充分溶解并定容,配制浓度为0.8 mg/mL,滤膜过滤取滤液。称取一定量的葡萄糖,用去离子水充分溶解并定容,配制浓度为0.1 g/mL的葡萄糖溶液。

1.2.3分组及给药将造模成功的60只小鼠随机分到模型组、阳性对照组、高、中、低分子量羧甲基壳聚糖组,每组12只,各组小鼠给予正常饲料。同时小鼠在造模成功后即开始灌胃给药,每天上午8:00灌胃给药,24 h/次,实验组分别以990 mg/kg·bw灌胃浓度为0.05 g/mL的高、中、低分子量的羧甲基壳聚糖溶液,阳性对照组以20 mg/kg·bw灌胃浓度为0.8 mg/mL阿卡波糖水溶液,模型组和空白对照组灌胃相同体积的蒸馏水。每两周称一次体重,根据体重调整灌胃剂量,连续灌胃28 d,禁食12 h,断尾取血,测小鼠空腹血糖值。

1.2.4糖耐量的实验小鼠给药28 d后禁食12 h,实验组以990 mg/kg·bw灌胃浓度为0.05 g/mL的高、中、低分子量的羧甲基壳聚糖溶液,阳性对照组以20 mg/kg·bw灌胃浓度为0.8 mg/mL阿卡波糖水溶液,模型组和空白对照组灌胃相同体积的蒸馏水。15 min后以2 g/kg·bw灌胃浓度为0.1 g/mL的葡萄糖溶液,在灌胃后0、0.5、1、2 h断尾取血,并测定0、0.5、1、2 h的血糖浓度。

2　结果与分析

2.1不同分子量的羧甲基壳聚糖对高血糖模型小鼠体质量的影响

与正常小鼠比较,糖尿病小鼠造模成功后出现多饮、多食、多尿症状,体毛松散,精神萎靡,活动量减少,体重明显下降(表1)。与模型组的体重相比较,阳性对照组及各分子量的羧甲基壳聚糖组未见显著性差异(p>0.05)。

表1　不同分子量的羧甲基壳聚糖对高血糖模型小鼠体重的影响(n=12,x±s)

表3　不同分子量的羧甲基壳聚糖对高血糖模型小鼠糖耐量的影响±s)

2.2不同分子量的羧甲基壳聚糖对高血糖模型小鼠血糖浓度的影响

给药28 d后,各组造模小鼠的血糖值均有不同程度的降低,与模型对照组比较,空白对照组、阳性对照组以及低分子量组都能极显著的降低造模小鼠的血糖浓度(p<0.01),中分子量组能显著的降低造模小鼠的血糖浓度(p<0.05),而高分子量组未见显著性(表2)。

组别给药前(mmol·L-1)给药28d(mmol·L-1)空白对照组4.64±0.766.36±0.91**模型对照组21.26±0.7632.07±1.47**阳性对照组21.29±0.7629.23±3.25**高分子量组21.51±0.7630.67±2.04中分子量组21.45±0.7629.93±2.97*低分子量组21.40±0.7629.61±2.43**

注:与模型对照组比较,**p<0.01,*p<0.05,表3同。

STZ对小鼠的胰岛细胞造成损伤,氧自由基堆积,影响了胰岛素的分泌。有研究表明,壳聚糖具有减轻自由基的损伤[22],显著提高大鼠胰岛细胞增殖和生存力的作用,并且可以促进胰岛素的释放,从而提高有效血中的生化参数,降低血清中的血糖含量[23]。实验结果说明,低分子量的羧甲基壳聚糖对糖尿病小鼠的降血糖效果最好,原因可能是低分子量的羧甲基壳聚糖能够更好的保护和修复胰岛细胞,清除自由基,从而达到降低血糖的效果。

2.3不同分子量的羧甲基壳聚糖对高血糖模型小鼠糖耐量的影响

在0 h,空白组与模型对照组进行比较,有极显著性差异(p<0.01),说明造模成功。高分子量组、中分子量组和低分子量组不具有显著性差异;在0.5 h,与模型对照组进行比较,正常空白组、阳性对照组、中分子量组和低分子量组均有极显著性差异(p<0.01),而高分子量组与模型组相比未见显著性;在1 h,与模型对照组进行比较,正常空白组、阳性对照组、高分子量组、中分子量组和低分子量组均具有极显著性差异(p<0.01);在2 h,与模型对照组进行比较,正常空白组、阳性对照组具有极显著性差异(p<0.01),高分子量组和低分子量组均具有显著性差异(p<0.05),而中分子量组与模型组相比未见显著性(表3)。

研究发现,壳聚糖带有阳离子氨基,具有碱性,可改善糖尿病小鼠体内酸性环境[24],从而有效提高胰岛素受体对胰岛素的灵敏度,提高机体的糖耐量[22]。实验结果发现,低分子量的羧甲基壳聚糖能明显并持续提高糖尿病小鼠的糖耐量,中分子量的羧甲基壳聚糖作用明显,但持续时间短,而高分子量的羧甲基壳聚糖作用效果和持续性较差。可能是由于低分子量羧甲基壳聚糖带有的正电荷相对于高、中分子量羧甲基壳聚糖更容易解离,可更好地改善小鼠体内酸性环境,具有持续有效地提高胰岛素灵敏度的作用,从而达到增强小鼠糖耐量的最佳效果,而中分子量和高分子量的羧甲基壳聚糖效果次之。

3　结论

由于羧甲基化的程度不同,羧甲基壳聚糖的分子量也有所不同,羧甲基壳聚糖的降血糖生物活性也存在差异。本实验设立三个实验组(高、中、低分子量的羧甲基壳聚糖),三个对照组(空白、阳性、模型),对糖尿病小鼠的血糖浓度和糖耐量的影响效果进行了探索和比较。研究结果发现,三者均可在短时间内显著改善糖尿病小鼠的糖耐量,低分子量羧甲基壳聚糖可以极显著的降低造模小鼠的血糖浓度,其降血糖效果最好,中分子量羧甲基壳聚糖降血糖效果次之,高分子量羧甲基壳聚糖的降血糖效果最弱。本研究为降血糖功能性食品和治疗药物的研究提供了依据,为开发健康、安全、无毒副作用的降血糖功能食品开辟了道路,其调节血糖的作用机理还有待进一步研究。

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Effect of different molecular weight of CM-chitosan on blood glucose in diabetic mice

LI Xiao-lin,WANG Yun-hui,YIN Hai-bo,HE Jun*

(Life Science College,Yantai University,Yantai 264000,China)

Objective:To study the effect of CM-chitosan with different molecular weight on blood glucose in diabetic mice.Methods:The diabetic model was established by intraperitoneal injection of 160 mg/kg STZ(Streptozocin),and the mice were randomly divided into model group,positive control group,experimental group(high molecular weight CM-chitosan group,middle molecular weight CM-chitosan group,low molecular weight CM-chitosan group),and blank control group,with 12 rats in each group.Experimental group were daily given experimental drugs according to 990 mg/kg.b.w,model group and blank control group were daily given the same volume of distilled water,the positive control group were daily given acarbose tablets according to 20 mg/kg.b.w,totally for 28 days.After the last time,the fasting blood glucose and the glucose tolerance were measured.Results:The different molecular weight of CM-chitosan had no significant effect on the body weight of mice(p>0.05).Compared with the model group,the low molecular weight group could significantly reduce the blood glucose concentration(p<0.01),and the molecular weight can reduce the blood glucose concentration(p<0.05),but no significant effect of high molecular weight group,and the glucose tolerance of diabetic mice were improved in all the experimental group.In summary,the effect of low molecular weight CM-chitosan was the best,the middle molecular weight CM-chitosan was the second,the high molecular weight CM-chitosan was the last.

Diabetes;CM-chitosan;molecular weight;fasting blood glucose;glucose tolerance

2015-11-02

厉晓琳(1989-)，女，硕士研究生，研究方向：海洋生物资源综合利用，E-mail:rizhaolxlok@163.com。

贺君(1963-)，男，博士，副教授，研究方向：海洋生物活性物质，E-mail:smkxy2@ytu.edu.cn。

TS201.4

A

1002-0306(2016)07-0355-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.060