籽瓜浓缩汁的降血糖及降血脂活性研究

2018-06-19马乐萍田丽萍张义晖王金辉薛琳

食品研究与开发 2018年12期

马乐萍，田丽萍，*，张义晖，王金辉，薛琳

（1.石河子大学药学院，新疆石河子832000；2.石河子蔬菜研究所，新疆石河子832000）

籽瓜 Citrullus lanatus.convar megulaspemus（L.），又名打瓜，是西北地区主要经济作物，其中新疆为主产区，其面积、产量占全国的90%。《本草纲目》及《饮膳正要》中记载“籽瓜汁，主消渴，治心烦，解尿毒”，饮用籽瓜汁可平糖，稳糖，解糖毒。经常食用籽瓜可止咳喘，利尿频，平干燥，润心肺，排毒气，防衰老和增体魄的作用。籽瓜在瓜类栽培中占有一定的地位，但缺乏活性方面应有的研究，目前所见籽瓜资料一般套用普通西瓜资料，故对籽瓜进行活性方面的研究势在必行[1]。本课题组前期安全性评价试验中证明籽瓜浓缩汁的安全性很高，具有很好的开发利用价值。系统药理学为人们从整体水平来研究中药复方提供了可行的理论与思路。其可用于药物作用机制的研究与新药开发。通过该理论方法对单味药开展研究，筛选活性成分并预测其网络靶点，从系统水平阐明其作用机制；预测该药物对其他疾病的潜在治疗作用。利用该理论方法从分子和系统水平上来揭示单味药在治疗某个疾病中的作用机制。本文通过对籽瓜浓缩汁的降血糖和降血脂方面的活性进行研究，系统的阐释籽瓜在降血糖和降血脂方面的活性，并为新型降血糖降血脂保健品研究提供一定的理论依据。

1 材料

1.1 仪器

SK-5200型超声波清洗器：上海科导超声仪器有限公司；HHS-1-Ni电热水浴锅：北京市永光明医疗仪器厂；RE-2000型旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；SHZ-D（Ⅲ）型循环水式真空泵：巩义市英峪子华仪器厂；BP211D型电子天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；3001型酶标仪：赛默飞世尔（上海）仪器有限公司。

1.2 药物与试剂

籽瓜浓缩汁（去皮去籽→压榨取汁→酶处理→灭酶→离心分离→过滤→浓缩→杀菌即得）：石河子博华驼铃生物科技有限公司；试验用水为蒸馏水；格列本脲片（批号：120203）：天津太平洋制药有限公司；四氧嘧啶（批号：140312）：上海蓝季科技发展有限公司；链脲佐菌素（批号：140217）：上海如吉生物科技有限公司；辛伐他丁片（批号：1311317）：山东凤凰制药有限公司；10%fat实验动物饲料（批号：20140425）、45%fat实验动物饲料（批号：20140425）：江苏美迪森生物医药有限公司。

1.3 实验动物

清洁级昆明种小鼠：石河子大学实验动物中心，雄性，体重 18 g～22 g，生产许可证号 SCXK（新）2013-0033，饲养于石河子大学药学院动物房。

2 方法

2.1 籽瓜浓缩汁中化合物的系统药理学研究

通过西北农林科技大学王永华教授实验室平台，利用系统药物打靶软件SysDT及药物组合软件PreDC对籽瓜浓缩汁活性成分进行筛选。通过构建化合物-靶点-疾病（compound-target-disease，C-T-D）网络系统，整体地揭示分子-靶点蛋白与靶点蛋白-疾病表型的关联，并从网络层面研究籽瓜浓缩汁的降血糖作用。对李倩楠等[2]分离鉴定的8个化合物进行靶点预测，并绘制分子-靶点和靶点-疾病的药理学网络图。

2.2 样品的制备

量取1 L籽瓜浓缩汁，旋蒸浓缩至近干，干燥后即得籽瓜浓缩汁样品。

2.3 对四氧嘧啶（alloxan，ALX）致糖尿病小鼠的影响[3]

取正常小鼠60只，其中50只腹腔注射四氧嘧啶（72 mg/kg），72 h后检测血清葡萄糖水平。小鼠随机分为对照组，模型组，格列本脲（2.5 mg/kg）组，籽瓜浓缩物高中低剂量组（200、150、100 mg/kg），每组小鼠10只。每天灌胃给药1次，对照组和模型组给予等体积生理盐水，连续4周。于每周日给药后0.5 h从小鼠眼眶采血测其血清葡萄糖（glucose，GLU）值，并于末次测定完小鼠血糖后给予质量浓度200 g/L的葡萄糖溶液灌胃（0.01 mL/g），测定 0、0.5、2 h 的血糖值，计算血糖曲线下面积。

2.4 对链脲佐菌素（streptozotocin，STZ）致糖尿病小鼠的影响[4]

取正常小鼠70只，其中60只腹腔注射链脲佐菌素（150 mg/kg），72 h后检测血清葡萄糖水平。小鼠随机分为对照组，模型组，格列本脲（2.5 mg/kg）组，籽瓜浓缩物高中低剂量组（200、150、100 mg/kg），每组小鼠10只。每天灌胃给药1次，对照组和模型组给予等体积生理盐水，连续4周。于每周日给药后0.5 h从小鼠眼眶采血测其血清GLU值，并于末次测定完小鼠血糖后给予质量浓度200 g/L的葡萄糖溶液灌胃（0.01 mL/g），测定0、0.5、2 h的血糖值，计算血糖曲线下面积。

2.5 对正常小鼠血糖的影响[5-6]

取正常小鼠40只，随机分为对照组，格列本脲（2.5 mg/kg）组和籽瓜浓缩物高中低剂量组（200、150、100 mg/kg），每组小鼠各10只。对照组给予等体积生理盐水，药物或蒸馏水每日灌胃给药1次，连续4周。于每周日给药后0.5 h从小鼠眼眶采血测其血清GLU值，并于末次测定完小鼠血糖后给予质量浓度200 g/L的葡萄糖溶液灌胃（0.01 g/mL），测定 0、0.5、2 h 的血糖值，计算血糖曲线下面积。

2.6 糖耐量的测定[5-9]

血糖曲线下面积=0.5×（0 h血糖值+0.5 h血糖值）×0.5+0.5×（2 h血糖值+0.5 h血糖值）×1.5+0.25×（0 h血糖值+4×0.5 h血糖值+3×2 h血糖值）。

2.7 对高脂饲料致高血脂小鼠的影响[7]

取正常小鼠60只，其中10只饲喂普通饲料，其余50只饲喂高脂饲料，饲喂4周。高血脂小鼠随机分为模型组，辛伐他汀（7 mg/kg）组，籽瓜浓缩物高中低剂量组（200、150、100 mg/kg），每组小鼠 10只。每天灌胃给药1次，对照组和模型组给予等体积生理盐水，连续4周。于每周日给药后禁食12 h，后眼眶采血，3 000 r/min离心10 min，取上层血清并测定其血清中甘油三酯（triglyceride，TG）、总胆固醇（total cholesterol，TC）。最后一次采血过后对各组取完血的小鼠进行解剖，摘取小鼠的肝脏左叶，制作石蜡包埋切片并进行HE染色，观察肝脏组织病理学变化情况。

2.8 统计学处理

采用SPSS17.0软件进行统计学处理，数据以区±s表示，组间比较采用单因素方差分析。

3 结果

3.1 分子-靶点网络

利用候选分子与它们的靶点构建分子-靶点网络，挖掘出分子-靶点之间的联系，从而筛选出有效核心分子和靶点。在籽瓜的这个分子-靶点网络中，由2个候选药物分子化合物02（MOL02）（2，6-二甲氧基-4-羟基-苯酚-1-O-β-D-吡喃葡萄糖苷）和化合物04（MOL04）（松柏苷）和3个候选靶点组成5个节点和6条边，2个分子均与13个靶点连接（度=13）。籽瓜中度≥1的化合物对应的靶点结果见表1，根据表1所示，籽瓜浓缩汁的2个活性成分均可以与所有靶点链接，这表明这两个分子之间存在潜在的协同效应。籽瓜浓缩汁的化合物-靶点网络图见图1，其中长方形为化合物，圆形为靶点。

籽瓜浓缩汁的化合物-靶点网络见图1，籽瓜中度≥1的化合物对应的靶点见表1。

图1 籽瓜浓缩汁的化合物-靶点网络Fig.1 The compound-target network of watermelon juice concentrate

表1 籽瓜中度≥1的化合物对应的靶点Table 1 The target of more than 1 moderate melon corresponding compounds

在籽瓜的这个分子-靶点网络中（图1），籽瓜浓缩汁中的2个活性成分与13个靶点连接。其中DPP-4（dipeptidyl peptidase 4）二肽基肽酶4，通过分解糖降血糖素如葡萄糖依赖性促胰岛素多肽（GIP）和胰高血糖素样肽-1（GLP-1）在糖代谢中起着重要的作用。由于DPP-4在血液和肝脏中大量存在，并对GLP-1和GIP的水解非常迅速[8]。而GLP-1和GIP与2型糖尿病有着密切的关系，在血糖浓度控制方面发挥重要作用。由于DPP-4可以快速地使GLP-1失活，所以DPP-4是治疗2型糖尿病的关键靶点之一。MGEA5是O-连接的N-乙酰葡糖胺水解酶（O-Glc NAc），O-Glc NAc修饰在细胞的代谢过程中起着很重要的作用，设计和合成其水解酶（O-Glc NAcase）的抑制剂有利于研究许多细胞活动中的O-Glc NAc修饰现象，从而揭示与这种修饰相关的重大疾病（Ⅱ型糖尿病，阿尔茨海默病，癌症和心血管疾病）的病因，O-Glc NAc调节紊乱将导致糖尿病、神经退化性疾病、癌症等多种重大疾病的发生[9]。SLC5A2（sodium-glucose co-transporter 2）钠葡糖糖共转运蛋白2，特异性的分布在肾脏近曲小管S1部位，负责约90%葡萄糖的重吸收；研究认为，可以通过抑制SLC5A2的活性来特异性阻断肾脏对葡萄糖的重吸收，通过尿排出多余的葡萄糖而达到降低血糖的作用，同时没有体重增加和低血糖的风险[10]。因此SLC5A2在调节葡萄糖的动态平衡中具有重要的作用。

3.2 靶点-疾病网络

通过建立靶点-疾病网络，连接蛋白靶点和疾病，研究靶点与疾病之间的相互关系，理解籽瓜浓缩汁的作用机制。籽瓜浓缩汁的靶点-疾病网络图见图2。5个靶点，连接到8种疾病。其中圆形为靶点，长方形为疾病，三角形为疾病对应的医学主题词。籽瓜候选靶点的网络参数和相关疾病结果见表2。

靶点分析显示，籽瓜的5个靶点连接到8种疾病。其中度最高的靶点是SLC5A2（度=4），其次是DPP4（度=3）等，涉及的疾病有胰腺癌，高血糖，高胰岛素血症，肥胖，糖尿病及糖尿病并发症。尤其是在Nutritional&Metabolic Diseases（营养和代谢疾病）（C18）（度=5）及 Endocrine Diseases（内分泌疾病）（C19）（度=3）上涉及到的疾病较多。在《本草纲目》中记载“籽瓜性味甘”，《本草求真》记载“籽瓜肉入心脾胃，止消渴”，该方面在临床上的应用为高血糖及高血脂的预防与改善，这与我们通过靶点预测的结果是一致的。

图2 籽瓜浓缩汁的靶点-疾病网络Fig.2 The target-disease network diagram of watermelon juice concentrate

表2 籽瓜候选靶点的网络参数和相关疾病Table 2 The network parameters of watermelon candidate targets and related diseases

3.3 对各组小鼠体重的影响

与模型组相比，籽瓜浓缩汁并没有改变小鼠体重的变化趋势，与模型组小鼠体重差异并不明显，结果见图3、图4、图5。

图3 对ALX致高血糖小鼠体重的影响（n=10）Fig.3 Effect of ALX on body-weight of hyperglycemic mice（n=10）

图4 对STZ致高血糖小鼠体重的影响（n=10）Fig.4 Effect of STZ on body-weight of hyperglycemic mice（n=10）

3.4 对高血糖小鼠血糖的影响

给药4周后，ALX及STZ致高血糖小鼠的各给药组的血糖值与各自模型组相比明显降低，有显著性的差异（P＜0.05），具有显著的降血糖功效。在ALX致高血糖小鼠模型中，籽瓜浓缩汁高、中、低剂量组可不同程度地降低血糖小鼠的血糖值，其中中、低剂量组的降血糖效果优于高剂量组。正常血糖小鼠各药组的血糖值与各自模型组相比无显著变化，都处于正常血糖值范围内，证明籽瓜浓缩汁久食亦不会引起低血糖。结果见图 6、图 7、图 8。

图5 对正常小鼠体重的影响（n=10）Fig.5 Effect on body-weight of normal mice（n=10）

图6 对ALX致高血糖小鼠血糖的影响（n=10）Fig.6 Effect of ALX on blood glucose in mice with hyperglycemia（n=10）

图7 对STZ致高血糖小鼠血糖的影响（n=10）Fig.7 Effect of STZ on blood glucose in mice with hyperglycemia（n=10）

图8 对正常小鼠血糖的影响（n=10）Fig.8 Effect of glucose on normal mice（n=10）

3.5 对小鼠糖耐量的影响

与模型组相较，籽瓜浓缩汁各剂量组可显著降低两种高血糖小鼠的糖耐量，有极显著性的差异（P＜0.01）。其中中剂量组小鼠血糖已经接近正常小鼠的糖耐量，结果见表3。

3.6 对高血脂小鼠的影响

与模型组相比，籽瓜浓缩汁并没有改变小鼠体重的变化趋势，与模型组相比小鼠体重并无显著性差异。给予阳性药和籽瓜浓缩汁4周后，各剂量组小鼠的TC、TG含量与模型组相比均有显著性降低（P＜0.05）；其中中，低剂量组小鼠的值已与正常组相当。实验表明籽瓜浓缩汁对小鼠血清血脂的清除具有一定的效果。结果见图9、图10、图11。

表3 对高血糖小鼠糖耐量的影响（n=10）（±s）Table 3 Effect of high glucose on glucose tolerance in mice（n=10）（±s）

注：##与正常组比较差异极显著，P＜0.01；**与模型组比较差异极显著，P＜0.01。

组别模型组阳性组高剂量组中剂量组低剂量组四氧嘧啶 49.20±2.01##35.48±1.93**链脲佐菌 47.70±1.82##40.95±1.85**42.48±2.22**27.68±2.18**36.85±2.04**正常血糖 25.28±2.12 22.68±2.03 26.70±2.15 26.10±2.01 26.28±2.01 37.33±2.07**32.50±2.01**28.13±1.91**

图9 对高血脂小鼠体重的影响（n=10）Fig.9 Effect of polysaccharides on weight variation of diabetic mice

图 10 对高血脂小鼠TC的影响（n=10）Fig.10 Effect of TC on hyperlipidemia mice

图11 对高血脂小鼠TG的影响（n=10）Fig.11 Effect of TG on hyperlipidemia mice（n=10）

3.7 对高血脂小鼠肝脏的影响

正常小鼠肝脏肝血窦丰富，较密集，细胞质中没有脂肪堆积现象。模型组小鼠肝脏表面呈灰黄色，肝细胞具有显著脂肪变性，大量脂肪液滴在细胞质中堆积。各给药组小鼠肝脏脂肪液滴堆积减少，以籽瓜浓缩汁中剂量组最为明显，说明中剂量的籽瓜浓缩汁具有较好的抑制脂肪堆积的作用。见图12。

图12 对高血脂小鼠肝脏的影响（40x）Fig.12 Effects on the liver of hyperlipidemic mice（40x）

4 讨论

由于人们饮食结构不合理与环境因素的影响，糖尿病发病率现已逐年升高，且发病人群逐渐趋向平民化，年轻化。高脂血症也是由于人们饮食结构不合理以及环境因素的影响引起的疾病，主要与现代人饮食结构中富含大量油脂有关，临床上常与糖尿病伴随发作。目前临床上常用的降血糖和降血脂药物长期服用都会产生较多的不良反应。因此，从天然食品中开发有效而又长效的降血糖和降血脂药物具有重要的临床意义。

四氧嘧啶和链脲佐菌素都是是胰岛β细胞毒剂，通过损伤细胞使β细胞合成的前胰岛素减少，进而导致胰岛素缺乏，从而导致小鼠产生糖尿病。因其对生物其他组织毒性小，动物存活率高，是目前国内外使用较多的糖尿病动物造模试剂。本实验发现，籽瓜浓缩汁具有显著的降血糖作用，可显著降低四氧嘧啶与链脲佐菌素所致的2种高血糖模型的血糖值，在链脲佐菌素致高血糖模型中尤其明显。与模型组相比，籽瓜高、中、低剂量组可不同程度地降低糖尿病小鼠血糖值。在正常小鼠模型中，籽瓜浓缩汁对正常小鼠血糖无明显影响，证明籽瓜浓缩汁不会产生低血糖症状，这在降血糖药物中尤为重要，避免了会产生低血糖症状这一降血糖药物最重要的不良反应[11]。通过对籽瓜浓缩汁中2个候选药物分子MOL02（2，6-二甲氧基-4-羟基-苯酚-1-O-β-D-吡喃葡萄糖苷）和MOL04（松柏苷）的预测，籽瓜浓缩汁可能是通过调节靶点DPP-4，MGEA5和SLC5A2，从而达到降血糖及降血脂作用。

糖耐量异常也属于代谢综合症范畴，当胰岛素的生理作用降低，无法维持正常血糖水平时，随之就会出现糖耐量减退，引起空腹血糖增高，随着病情的发展，血糖将进一步增高从而引起糖尿病并发症。因此，改善糖耐量也已经成为糖尿病的一项重要检测指标。本次研究发现，籽瓜浓缩汁可明显改善高血糖模型小鼠的糖耐量。

同时，与模型组和阳性组相比，籽瓜浓缩汁高、中、低剂量组具有显著的降血脂作用，可明显降低高血脂模型小鼠的TG、TC。同时相较于阳性药，对小鼠肝脏也具有很好的保护作用，能够较好的抑制脂肪堆积。同时在肝脏切片中，我们还发现籽瓜浓缩汁也对发生炎症的肝脏细胞也具有很好的恢复作用。

综上所述，籽瓜浓缩汁可有效降低糖尿病小鼠血糖，增加糖尿病小鼠糖耐量，并降低高血脂小鼠血脂水平，同时对肝脏细胞还具有一定的保护作用，此结果符合对籽瓜浓缩汁的系统药理学分析。本研究为新型降血糖降血脂保健品研究提供一定的理论依据。

参考文献：

[1]柳唐镜,汪李平.籽瓜(籽用西瓜)产业前景展望[J].北京农业,2007(32)：13-15

[2]李倩楠,田丽萍,王金辉,等.籽瓜汁化学成分的分离与鉴定[J].中国实验方剂学杂志,2016,22(1)：44-47

[3]苟兴能,张克英,勾宗蓉,等.川麦冬多糖对四氧嘧啶糖尿病小鼠的降血糖作用的实验研究[J].食品工业科技,2012(13)：359-360,391

[4]王瑞坡,王珂,李姣,等.桑椹乙酸乙酯萃取物对链脲佐菌素致高血糖大鼠的降血糖作用[J].中成药,2011,33(10)：1668-1672

[5]许继艳,胡哲,高燕,等.山茱萸提取物对糖尿病小鼠降血糖作用的研究[J].时珍国医国药,2014(10)：2386-2388

[6]侯小涛,邓家刚,李爱媛,等.甘蔗叶不同提取物对3种糖尿病模型的降血糖作用[J].华西药学杂志,2011,26(5)：451-453

[7]胡文兵,赵静,陈婷婷,等.青钱柳多糖对高脂血症小鼠的降血脂作用及机制初探[J].现代食品科技,2015,31(11)：39-44

[8]王欣,李游,桂辛蕊,等.二肽基肽酶-4及其抑制剂的研究进展[J].中国药学杂志,2013(21)：1789-1796