杂豆膳食纤维对糖尿病大鼠的降血糖作用

佐兆杭，王 颖,2,*，刘淑婷，宫 雪，周 义，张艳莉，王 迪，曹龙奎,2,*

随着生活水平的不断提高，消费者的饮食结构也随之变化，大量摄入的高糖、高脂食物导致了糖尿病发病率的急速上升[1-2]，预计在2010—2030年期间，发展中国家会增加69%的糖尿病患者[3-4]。糖尿病是由胰岛素（insulin，INS）分泌功能障碍导致的一种以高血糖为特征的终身性疾病，目前尚无根治糖尿病的方法[5-7]。临床上用于治疗糖尿病的药物多为化学合成的西药，虽然短期降糖效果显著，但常伴有多种毒副作用[8-9]。因此，寻找一种能有效降糖且安全、廉价的天然产物，对于治疗糖尿病具有重要意义。

膳食纤维是具有抗消化特性且在小肠中不能消化的碳水化合物或其类似物，包括一部分不能消化的多糖、低聚糖及其他植物缔合物[10]。膳食纤维对人体健康有重要作用，其生理功能主要有：控制体质量、防止便秘、防治结肠癌、清除外源物质及防治糖尿病、高血压、心脏病和动脉硬化等[11-13]。研究表明，膳食纤维具有调节餐后血糖、升高血清INS水平及维持血糖平衡和稳定等功能[14]。因此，国际糖尿病组织极力推荐以膳食纤维为基础的饮食治疗作为糖尿病的基础疗法[15]。目前对单种膳食纤维防治糖尿病的研究较为热门，但对于杂豆膳食纤维的降糖效果及其作用机制的研究却较为罕见。杂粮、杂豆一般是指小麦、稻谷、玉米和大豆四大粮食以外的其他谷物和豆类。其中，杂豆包括绿豆、黑豆、芸豆、豌豆、蚕豆等食用豆类[16]。杂豆营养丰富，膳食纤维含量较高。本实验以糖尿病模型大鼠为研究对象，对杂豆膳食纤维的降血糖效果进行研究，旨在为杂豆膳食纤维在降血糖方面的作用提供理论依据及数据支持。

1 材料与方法

1.1 动物、材料与试剂

雄性Wistar纯系大鼠，体质量（250±10）g，批准号：SCXK（吉）2016-0008，购自长春生物制品研究所有限责任公司。

杂豆膳食纤维粉（可溶性膳食纤维质量分数70%）国家杂粮工程技术研究中心；链脲佐菌素 美国Sigma公司；优降糖（格列本脲片） 浙江嘉兴生化制药厂；大鼠血清INS测试盒、肝糖原测试盒、糖化血清蛋白（glycosylated serum protein，GSP）测试盒 苏州卡尔文生物技术有限公司；肝素钠、二甲苯、无水乙醇、氨水、苏木精-伊红染液 南京建成生物工程研究所。

1.2 仪器与设备

血糖仪及试纸 三诺生物传感股份有限公司；BS-330全自动生化分析仪 深圳麦瑞有限公司；组织包埋盒江苏世泰实验器材有限公司；BS224S型电子天平鹤壁市鑫泰高科仪器制造有限公司；BT100-2J蠕动泵保定兰格恒流泵有限公司；KD-TS3A生物组织脱水机北京佳源兴业科技有限公司；KD-BM生物组织包埋机、KD-P摊片机 浙江省金华市科迪仪器设备有限公司；RM2016轮转式切片机 德国Leica公司；CK40型光学显微镜 日本Olympus公司。

1.3 方法

1.3.1 杂豆膳食纤维的提取

本实验中的杂豆膳食纤维主要提取工艺流程：成熟芸豆、黑豆、绿豆（1∶1∶1，m/m）→烘干→粉碎→过筛→α-淀粉酶处理→糖化酶处理→蛋白酶处理→脱水、干燥、称质量→超微粉碎→成分测定[17]→杂豆膳食纤维粉。

1.3.2 模型建立与饲养

选择6 月龄健康雄性Wistar大鼠50 只，体质量（250±20）g。适应性饲养一周后，称量体质量，按体质量随机抽取6 只作为空白组，其余大鼠禁食12 h后，腹腔注射链脲佐菌素溶液（质量分数2%）（150 mg/kg mb），并恢复进食，进食72 h后再次禁食12 h，空腹尾部静脉取血测定其血糖值，选取空腹血糖值不小于16.7 mmol/L的实验大鼠（30 只）作为高血糖模型大鼠[18]。共分为5 组（模型组、格列本脲组和杂豆膳食纤维低、中、高剂量组），每组6 只。空白组及模型组灌胃给予生理盐水（质量分数0.9% NaCl），格列本脲组灌胃格列本脲（10 mg/kg mb），杂豆膳食纤维组分别灌胃给予不同剂量（1.35、2.70、5.40 g/kg mb）杂豆膳食纤维溶液，灌胃剂量为1 mL/只，连续灌胃42 d。实验大鼠饲养于实验专用塑料鼠笼，各组实验大鼠以标准饲料饲喂，自由饮水，每周定时称量大鼠体质量1 次。室温环境（24±2）℃，相对湿度（45±3）%，光照12 h/d。

1.3.3 动物检测指标测定

1.3.3.1 动物体质量的测定

实验期间观察实验大鼠日常行为状况并记录，末次给药并禁食禁水24 h后，称量大鼠体质量并按照实验组分别记录[19]。

1.3.3.2 动物降血糖指标的测定

腹主动脉取血法采血，部分血液样本用以测量空腹血糖值，其余血液样本分离血清，试剂盒测定INS含量、肝糖原质量浓度、GSP浓度。

1.3.3.3 动物胰脏组织切片的检测

取出大鼠胰腺组织并称质量，计算胰腺/体质量（即大鼠胰腺湿质量与体质量的比值）并将胰腺组织固定于体积分数10%甲醛溶液中用以制作苏木精-伊红染色切片，光学显微镜下观察胰腺组织胰岛区域病理学变化[20]。

1.4 数据统计与分析

数据采用SPSS 20统计学软件进行单因素方差分析，P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著，Origin软件绘制相关图表。

2 结果与分析

2.1 各组大鼠体质量

图1 各组大鼠体质量指标Fig. 1 Body mass of experimental rats in each group

如图1所示，糖尿病型大鼠建模成功后，体质量明显下降，模型组大鼠与空白组大鼠间存在极显著差异（P＜0.01）。经灌胃给予不同剂量杂豆膳食纤维及格列本脲后，除低剂量杂豆膳食纤维剂量组外，各灌胃剂量组大鼠体质量均较模型组极显著升高（P＜0.01）。

2.2 各组大鼠空腹血糖指标

图2 各组大鼠空腹血糖值Fig. 2 Fasting blood glucose of rats in each group

空腹血糖值是指在空腹情况下采血所检定的血糖值，能够较好地反映被检对象的真实血糖水平。本实验采用血糖仪测定各组大鼠空腹血糖值，以表征杂豆膳食纤维对糖尿病大鼠的降糖作用。如图2所示，模型组大鼠空腹血糖值较空白组具有极显著差异（P＜0.01），灌胃后，低剂量杂豆膳食纤维剂量组较模型组空腹血糖值显著下降（P＜0.05），中、高剂量杂豆膳食纤维剂量组及格列本脲组大鼠空腹血糖值均较模型组极显著下降（P＜0.01），该结果表明杂豆膳食纤维可显著降低糖尿病型大鼠空腹血糖值。

2.3 各组大鼠胰腺/体质量

图3 各组大鼠胰腺/体质量Fig. 3 Pancreas to body mass ratio of rats in each group

脏体比即大鼠脏器湿质量与大鼠体质量的比值，可反映出糖尿病对各脏器的损伤情况。由图3可知，模型组大鼠胰腺/体质量较空白组大鼠显著降低，灌胃后，各灌胃剂量组大鼠胰腺/体质量均较模型组大鼠不同程度升高，格列本脲组大鼠胰腺/体质量较模型组大鼠显著升高（P＜0.05），中、高剂量杂豆膳食纤维剂量组大鼠与模型组大鼠胰腺/体质量差异显著（P＜0.05）。

2.4 各组大鼠血清检测指标

图4 各组大鼠血清GSP（A）、INS（B）及肝糖原（C）水平Fig. 4 GSP (A), INS (B) and hepatic glycogen (C) levels of rats in each group

如图4所示，模型组大鼠较空白组大鼠血清肝糖原质量浓度及INS含量极显著降低，血清GSP浓度极显著升高（P＜0.01）。灌胃后，各灌胃剂量组大鼠血清肝糖原质量浓度及INS含量均较模型组大鼠不同程度上升，除低剂量杂豆膳食纤维剂量组外，格列本脲组及中、高剂量杂豆膳食纤维剂量组大鼠血清肝糖原质量浓度均较模型组大鼠极显著上升（P＜0.01），血清INS含量除低剂量杂豆膳食纤维剂量组外，其他各灌胃剂量组大鼠血清INS含量均较模型组大鼠极显著上升（P＜0.01）。血清GSP浓度除低剂量组外，格列本脲组及其他杂豆膳食纤维剂量组大鼠均较模型组大鼠显著下降（P＜0.05，P＜0.01）。

2.5 各组大鼠胰腺组织病理形态学变化

图5 大鼠胰腺组织病理学观察结果（×100）Fig. 5 Histopathological observation of pancreas tissues in rats (× 100)

如图5所示，空白组大鼠的胰腺组织结构完整，胰岛细胞紧密且形态正常、大小均一。模型组大鼠的胰腺组织损伤严重，胰岛萎缩，仅有少数胰岛细胞残留，且细胞水肿变形，细胞间隙存在出血点及炎性细胞浸润现象；灌胃后，与模型组大鼠相比，各灌胃剂量组大鼠胰腺组织损伤程度明显减轻，胰岛细胞数目增多，且细胞水肿变形程度改善，细胞间隙偶有炎性细胞浸润现象。胰腺病理学切片结果表明：杂豆膳食纤维可改善糖尿病对大鼠胰腺的损伤情况。

3 讨 论

研究显示，膳食纤维摄入量是2型糖尿病发病的重要预测因子之一[21]。膳食纤维含量也可反映食物血糖生成指数高低，而血糖生成指数与糖尿病密切相关[22]，高血糖生成指数膳食会增加患2型糖尿病危险性[23]。血糖生成指数代表碳水化合物食物升高血糖能力，血糖升高幅度决定INS分泌量[24]。在2型糖尿病患者中，血糖升高过快导致INS分泌功能受损。研究证实，低血糖生成指数食物可降低空腹和餐后INS及血糖水平，同时可改善INS介导葡萄糖摄取，改善糖尿病患者、肥胖者INS敏感性[25]。一般而言，食物中膳食纤维含量越高，血糖生成指数就越低，即不易引致血糖升高；膳食纤维含量越低，血糖生成指数就越高，即容易引起血糖升高[26]。相关研究表明摄入膳食纤维可有效延缓和降低餐后血糖和血清INS水平的升高，改善葡萄糖耐量曲线，维持餐后血糖水平的平衡与稳定[27]。

大鼠空腹血糖值及相关指标的检测结果表明膳食纤维具有较好的调节血糖的功效。分析其原因可能是动物体摄入膳食纤维后，吸水膨胀形成凝胶过滤系统，增加肠道内容物的勃度，延长胃排空时间，缩短食物在胃肠道内转运时间[28]，从而抑制营养物质像胃肠道勃膜表面扩散，使葡萄糖进入小肠上皮吸收细胞的速率下降，葡萄糖吸收速率被延缓，从而显著降低空腹血糖水平。本实验通过建立大鼠链脲佐菌素糖尿病模型，研究了杂豆膳食纤维对糖尿病大鼠的影响。结果显示，与模型组大鼠相比，除低剂量杂豆膳食纤维剂量组外，各灌胃给药组大鼠体质量均较模型组升高，差异极显著（P＜0.01）；低剂量杂豆膳食纤维剂量组较模型组空腹血糖值显著下降（P＜0.05），中、高剂量杂豆膳食纤维剂量组及格列本脲组大鼠空腹血糖值均较模型组下降，且差异极显著（P＜0.01）。实验结果表明，杂豆膳食纤维具有较好的降低糖尿病大鼠空腹血糖的效果，且其降糖效果与剂量呈正相关。

GSP是血液中的各种蛋白与葡萄糖发生缓慢非酶促反应的产物，可反映1～2 个月内糖尿病患者血糖控制水平，是糖尿病检测灵敏指标之一，血液中GSP水平较高，表示糖尿病患者处于持续高血糖状态。有研究指出，肝糖原合成减少，糖异生增多以及肝脂肪合成减少、分解增多是血糖浓度升高的主要原因之一。血清INS能抑制体内葡萄糖的产生并刺激体内组织摄取葡萄糖，增加肝糖原的合成能力从而降低血糖浓度[29-30]。实验结果显示，灌胃给予杂豆膳食纤维后，中、高剂量组大鼠与模型组相比，血清肝糖原质量浓度及INS含量极显著升高（P＜0.01），GSP浓度显著降低（P＜0.05），且变化程度与给药剂量呈正相关趋势，从而进一步证明了一定剂量的杂豆膳食纤维具有促进肝糖原合成、降低血糖水平的能力。胰腺组织病理学切片观察得知，各灌胃给药组大鼠胰腺组织损伤程度明显减轻，胰岛细胞数目增多，细胞水肿变形程度显著改善，结合大鼠胰腺/体质量指标分析：各剂量组大鼠灌胃后，胰腺/体质量均较模型组大鼠不同程度升高，中、高剂量组升高程度显著（P＜0.05）。说明杂豆膳食纤维对糖尿病大鼠的胰腺组织损伤具有修复作用，可提升其细胞活力，恢复胰岛细胞感受态。

综上所述，杂豆膳食纤维具有良好的降低糖尿病大鼠血糖的作用，机制与修复胰岛组织细胞氧化损伤有关。本实验为杂豆膳食纤维作为具有调节血糖作用的功能性食品的后续研发提供了理论依据及数据支持。