魔芋重组米对2型糖尿病大鼠糖脂代谢的影响

庄新栋，钟静，邓婕，孙光谷，王达，谌国莲，李美英，*，孙远明，*

（1.华南农业大学食品学院广东省食品质量安全重点实验室，广东广州510642；2.四川省农科院作物研究所，四川成都610066）

2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是一种以血糖升高为主要特征，因胰岛素分泌或作用缺陷导致的慢性代谢性疾病，患者常伴有口渴、尿频、疲劳、伤口愈合慢、反复感染及手脚刺痛麻痹等症状[1-2]。2型糖尿病患者以老年人居多，但由于饮食不当及缺乏运动，在年轻人、青少年及儿童中也越来越常见[3-5]，该病已成为影响全球居民健康的主要慢性疾病之一[6]。2型糖尿病的发病率在全球范围内正逐步上升，据国际糖尿病联盟（The International Diabetes Federation，IDF）最新数据显示，2017年全球约有4.25亿的糖尿病患者，预计到2045年，全球将有近7亿的糖尿病患者[7]，其中2型糖尿病患者约占90%[8-9]。我国是全球第一大糖尿病国，患病人数约占全球三分之一，预防和治疗工作迫在眉睫。

健康的生活方式是2型糖尿病治疗的基石，包括健康饮食、加强体育锻炼及维持健康的体重等[10]，其中饮食治疗起着重要作用[11-12]，被视为糖尿病治疗的基础环节。我国人民千百年来以米饭作为主要的主食形式，而米饭具有高碳水化合物占比、高血糖生成指数等特征，不适宜糖尿病人长期食用。因此，开发血糖生成指数较低、有利于长期血糖控制的主食，是糖尿病食疗的关键之一。

魔芋重组米是以魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）及谷物等为原料，利用高温挤压技术生产的新型食品，具有可自由调控组分的优势[13]。KGM是一种可溶性膳食纤维[14-15]，不被肠道吸收[16-17]，不产生能量[18]，其对糖尿病机体糖脂代谢的显著改善作用已被多篇研究证明。柯有甫等通过临床手段观察KGM对糖尿病患者的血糖、血脂、体重指数等的影响，对52例糖尿病患者在不改变原有治疗的基础上给予KGM口服，治疗12周后发现KGM可使糖尿病人空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）、糖化血红蛋白（glycated hemoglobin，GHb）、总胆固醇（total cholesterol，TC）、甘油三酯（triglyceride，TG）、低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL-C）、血压、体重指数降低（P＜0.01），高密度脂蛋白升高（P＜0.01）[19]。李春美等利用动物实验证明了KGM能降低糖尿病老鼠的血糖值，当补充剂量为1.5g/kg时，KGM可使糖尿病小鼠血糖下降80.60%[20]。然而，以KGM为原料制备的魔芋重组米对糖脂代谢的调节作用鲜见研究报道。本研究以2型糖尿病大鼠为对象，开展魔芋重组米对糖脂代谢的调节作用的研究。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

魔芋葡甘聚糖：湖北十堰花仙子魔芋制品有限公司，纯度 99%，黏度约为 30 000 mPa·s；谷物（大米、燕麦复合粉）：红河金泽泰农业发展有限公司；链脲佐菌素：美国Sigma公司；胰岛素、糖化血红蛋白、甘油三酯、总胆固醇、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白测定试剂盒：武汉酶免生物科技有限公司；大鼠饲料：南通特洛菲饲料科技有限公司；FMHE36-21型双螺杆挤压机：湖南富马科食品工程技术有限公司；Multiskan Mk3型多功能酶标仪：美国Thermo Fisher公司；血糖试纸、逸动型血糖仪：德国罗氏诊断公司。

1.2 试验动物

雄性SD大鼠SPF级（初始体重为150 g～180 g），90只，由广东省医学实验动物中心提供，生产许可证号SCXK（粤）2013-0002。所有试验动物均饲养于华南农业大学实验动物中心，光/暗周期为12 h/12 h（光照时间07 ∶00～19 ∶00），室温（25±2）℃，相对湿度（55±5）%，实验动物使用许可证号SYXK（粤）2014-0136。

1.3 实验方法

1.3.1 2型糖尿病大鼠模型的建立

基础饲料适应性喂养7 d后，按体重随机分为正常对照组（20只）、模型组（70只）。其中正常对照组给予基础饲料，模型组给予高脂纯化饲料，连续喂养4周后，检测大鼠血糖和血清胰岛素，确认模型大鼠产生胰岛素抵抗。禁食12 h后模型组大鼠腹腔注射40 mg/kg链尿佐菌素（溶剂为pH4.5的0.1 mol/L柠檬酸钠缓冲液），正常对照组腹腔注射同体积柠檬酸缓冲液。72 h后用血糖测试仪测定空腹血糖，以空腹血糖高于11.1 mmol/L，并伴随多饮多尿等现象作为模型建立成功的标准[21]。

1.3.2 分组与剂量设计

将造模成功的大鼠按空腹血糖水平随机分为5组，每组10只，分别为模型对照组（MOD）、天然大米干预组（NR）、魔芋重组米低剂量组（KGM-L）、魔芋重组米中剂量组（KGM-M）、魔芋重组米高剂量组（KGM-H），各干预组大鼠魔芋重组米（或天然大米）摄食剂量为30 g/kg体重。动物分组及各干预组饲料中魔芋重组米添加量见表1。

表1 动物分组及饲料剂量Table 1 Animal grouping and feed dosage

对各组大鼠进行饮食干预，正常对照组与模型对照组自由摄食，天然大米干预组及3个魔芋米剂量组按表1每日摄食剂量进行喂食，食用完毕后补充高脂纯化饲料自由摄食。高脂纯化饲料组成：酪蛋白24.4%、玉米淀粉7.4%、糊精12.2%、蔗糖20.7%、豆油3.1%、猪油19.9%、纤维素6.1%、矿物质4.3%、维生素1.6%、L-胱氨酸0.3%。干预组高脂纯化饲料组成：加入60%干预物后，根据正常对照组高脂纯化饲料营养结构补足营养素。

1.3.3 空腹血糖的测定

大鼠禁食不禁水12 h，用罗氏血糖仪测定尾静脉血糖浓度。

1.3.4 口服葡萄糖耐量测定方法

在饮食干预实验第30天末次测定空腹血糖后，立即经口给予葡萄糖2.0 g/kg BW，用罗氏血糖仪测定灌胃葡萄糖后各组大鼠30、60、90、120 min的血糖值，并计算口服葡萄糖耐量曲线下积分面积（area under the curve，AUC）。

1.3.5 血清指标的测定

饮食干预30 d后，采用摘眼球取血法获取各试验组大鼠血液，静置，待其分层后，于4 000 r/min，4℃条件下离心15 min，分离血清。按试剂盒说明测定血清胰岛素（serum insulin，INS）、糖化血红蛋白（GHb）、总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白（LDL-C）和高密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL-C）含量。

1.4 数据处理

采用SPSS Statistics 20.0软件对实验数据进行统计分析，各组间差异比较采用单因素方差分析。以P＜0.05表示数据具有显著性差异，P＜0.01表示数据具有极显著差异。

2 结果与分析

2.1 魔芋重组米对大鼠体重的影响

饮食干预期间，各组大鼠体重变化如表2所示。

造模期间除CON组外，其余各组大鼠均经高脂纯化饲料喂养4周，因此CON组大鼠干预期初始体重显著低于其它组（P＜0.05）。饮食干预期间，CON组大鼠平均体重逐渐上升，干预结束后平均体重增加（109.1±10.6）g；MOD组大鼠平均体重呈下降趋势，干预结束后平均体重下降（45.1±30.4）g，是2型糖尿病初期典型的“消瘦”现象。与MOD组相比，NR组大鼠平均体重变化无显著性差异（P>0.05）；而KGM-M、KGM-H组大鼠平均体重在干预第10 d～第30 d期间呈上升趋势，说明进食魔芋重组米有助于缓解2型糖尿病大鼠的“消瘦”现象。

表2 魔芋重组米对大鼠体重的影响Table 2 Effect of konjac rice on weight of rats

2.2 魔芋重组米对大鼠空腹血糖、口服葡萄糖耐量的影响

空腹血糖（FGB）和口服糖耐量（oral glucose tolerance，OGTT）为现行降血糖功能评价的关键判断指标。魔芋重组米对2型糖尿病大鼠FBG的影响如表3所示。

干预期间，MOD组大鼠FBG极显著高于CON组大鼠（P＜0.01），说明2型糖尿病大鼠造模成功。与MOD组相比，NR组大鼠FBG水平无显著性差异（P>0.05）；而KGM-L、KGM-M、KGM-H组大鼠FBG水平均极显著降低（P＜0.01），干预到第30 d时，下降幅度分别为（63.3±8.1）%、（67.9±11.2）%、（70.1±9.6）%，恢复至接近CON组水平。魔芋重组米对2型糖尿病大鼠OGTT的影响如表4所示。

表3 魔芋重组米对大鼠空腹血糖的影响Table 3 Effects of konjac rice on fasting blood glucose in rats

表4 魔芋重组米对大鼠口服糖耐量的影响Table 4 Effects of konjac rice on oral glucose tolerance in rats

在灌胃葡萄糖后，MOD组OGTT血糖曲线下面积AUC较CON组极显著增高（P＜0.01）；与MOD组相比，NR组AUC无显著性差异（P>0.05），而 KGM-L、KGMM、KGM-H组AUC均极显著减小（P＜0.05），下降幅度分别为（35.4±4.9）%、（39.6±6.9）%、（48.8±5.8）%。上述结果表明，进食魔芋重组米可有效调控2型糖尿病大鼠FBG及OGTT水平，具有一定降血糖作用，并与魔芋重组米中KGM的含量呈剂量依赖关系。

2.3 魔芋重组米对大鼠胰岛素水平的影响

血清胰岛素（INS）是机体唯一能发挥降血糖作用的激素，对维持机体血糖稳态有重要意义。魔芋重组米对2型糖尿病大鼠INS水平的影响如图1所示。

图1 魔芋重组米对大鼠胰岛素水平的影响Fig.1 Effect of konjac rice on insulin level in rats

MOD组INS较CON组极显著增高（P＜0.01），说明本实验模型动物的造模机理可能是破坏大鼠的INS生物功能，降低机体INS的敏感性，导致INS分泌显著增加；与MOD组相比，NR组INS显著降低（P＜0.05），而KGM-L、KGM-M、KGM-H组INS均极显著降低（P＜0.01），呈剂量依赖性，且KGM-H组INS水平与CON组无显著性差异（P>0.05），说明魔芋重组米发挥降糖功效的机理之一是提高糖尿病大鼠的胰岛素敏感性，减少机体代偿性分泌。

2.4 魔芋重组米对大鼠糖化血红蛋白水平的影响

糖化血红蛋白（GHb）是由红细胞中血红蛋白与血清中糖类相结合产生。该结合过程缓慢、持续、不可逆，因此GHb可有效反映机体过去1～2个月内血糖的整体控制水平。魔芋重组米对2型糖尿病大鼠GHb水平的影响如图2所示。

图2 魔芋重组米对大鼠糖化血红蛋白水平的影响Fig.1 Effect of konjac rice on glycosyl hemoglobin level in rats

MOD组GHb含量极显著高于CON组（P＜0.01），说明在造模及干预期间，MOD组大鼠整体血糖水平极显著高于CON组大鼠。与MOD组相比，NR组大鼠血清GHb含量无显著差异（P＞0.05）；KGM-L组大鼠血清GHb水平显著低于MOD组（P＜0.05），KGM-M与KGM-H组大鼠血清GHb含量极显著低于MOD组（P＜0.01），说明进食魔芋重组米可有效改善2型糖尿病机体的长期血糖控制水平。

2.5 魔芋重组米对大鼠血脂指标的影响

魔芋重组米对2型糖尿病大鼠血脂指标的影响如表5所示。

表5 魔芋重组米对大鼠血脂代谢的影响Table 5 Effects of konjac rice on lipid metabolism in rats

与CON组相比，MOD组大鼠血清中的TG、LDLC极显著增加（P＜0.01），TC显著增加（P＜0.05），HDL-C无统计学差异（P＞0.05），说明MOD组大鼠有明显的脂代谢紊乱症状。与MOD组相比，NR组大鼠血清中HDL-C、LDL-C、TC、TG 含量均降低，但 HDL-C、LDLC组间差异不显著（P＞0.05）；而魔芋重组米干预组中除KGM-L组对糖尿病大鼠TC、HDL-C及LDL-C含量的影响无统计学意义外，其余魔芋重组米剂量组均能显著降低糖尿病大鼠血清中TC、TG、LDL-C含量（P＜0.05或 P＜0.01），显著提高 HDL-C 含量（P＜0.05或P＜0.01），说明进食魔芋重组米能够缓解2型糖尿病大鼠的脂代谢紊乱症状。

3 讨论

米饭是国人最主要的主食模式，是膳食中碳水化合物的主要来源，属于高血糖生成指数食物，长期食用可能会增加糖尿病人的身体负担[22]，但如果完全不食用淀粉类主食，则易出现低血糖、反应性高血糖、酮症酸中毒、恶性糖异生等不良后果[23]。可见，在糖尿病人的膳食治疗中，主食的选择至关重要，是较难把控的因素。

KGM不被肠道所吸收，不产生能量，并有良好的降血糖、降血脂功效，对糖尿病人群来说，是一种理想的功能性物质。魔芋重组米是以KGM、谷物粉为原料，利用挤压熟化技术加工得到的形似天然大米的新型产品，本文采用2型糖尿病大鼠模型比较了魔芋重组米及天然大米对糖尿病大鼠的饮食干预效果，发现各剂量组魔芋重组米对2型糖尿病大鼠糖脂代谢的改善效果均显著优于天然大米。推测KGM起作用的主要途径可能为以下两点：

首先，KGM是自然界分子量最大的天然多糖，溶胀后会释放较大的黏度，有良好的增稠性，因此在胃部消化时，随着魔芋重组米中KGM的溶胀，消化物的黏度会持续上升，从而降低胃排空的速率、减弱小肠蠕动产生的消化物推进力[24]，这会使得淀粉在体内的血糖反应、胰岛素反应趋于平稳。

其次，在较高的复配比例下，KGM会与溶出的淀粉分子相互作用形成紧密的空间网络结构，体系自由水含量变低，游离的淀粉碎片减少，酶与淀粉结合的空间位阻增大，淀粉酶难以接近淀粉分子链[24]，最终导致较低的水解速率和酶解程度，从而降低整个KGM-淀粉混合体系的消化性和血糖反应[25]。

2型糖尿病发病率逐年递增，已经成为危险国人乃至全人类健康的重大慢性疾病之一，其发生和发展同日常饮食存在着密不可分的关系。我国针对二型糖尿病这一特殊群体的食品研发相对薄弱，供发病人群所选择食品存在品种单一、功能不明确、质量较差等问题。魔芋重组米的研发是基于二型糖尿病功能性食品发展现状和发病者的生理特点，在满足基本营养需求的前提下，而设计的有利于调节糖脂代谢的新型食品，是2型糖尿病人群健康主食的新选择，应用前景广阔。