全麦粉对糖尿病大鼠糖脂代谢影响的研究

李晓月，郭玉秋，陈利容，孙琳琳，刘开昌，龚魁杰

（山东省农业科学院作物研究所，山东 济南 250100）

糖尿病是由葡萄糖代谢紊乱造成的，机体处于糖代谢和脂代谢受胰岛素不适当调节的状态。 据国际糖尿病联合会（International Diabetes Federation，IDF）数据显示，全球现有糖尿病患者4.63 亿。 糖尿病已成为继肿瘤和心血管疾病后影响人类健康的第三大非传染性疾病。 糖尿病患者临床用药副作用大，禁忌多，饮食结构单一[1-2]。

人群流行病学研究表明， 全谷物能够降低体重、降低心脑血管疾病和糖尿病的发病风险。Huang 等[3]通过长达14 年对367 442 名参与者的随访发现，全谷物的消费与糖尿病、心血管疾病和癌症等疾病的死亡率呈负相关。 Liu 等[4]通过记录6 486 例糖尿病患者的饮食， 发现全谷物的摄入量与糖尿病的风险呈负相关。Riccardi 等[5]通过系统回顾和荟萃分析（Meta-analysis）表明，经常食用富含全谷物食物的人心血管疾病、2 型糖尿病和结直肠癌的发病率甚至死亡率都较低。

我国北方以小麦粉原料加工制品为主食，约占谷物籽粒重量17%的胚芽与麸皮被用作饲料[6]，天然谷物中的膳食纤维、不饱和脂肪酸[7]和酚类[8]制粉过程中被损失掉。

全麦粉（whole wheat flour，WWF）口感粗糙，适口性差，极大限制了其推广利用。 本课题组采用新技术组研制了无添加、高品质的全麦粉，最大程度保留了全麦粉的营养物质，为进一步考察全麦粉对于糖尿病人群的糖脂代谢调节作用，课题组测定了全麦粉制成馒头的血糖生成指数（glycemic index，GI），进一步通过高糖高脂饮食及腹腔注射链脲佐菌素（streptozocin，STZ）建立糖尿病大鼠模型，然后对其进行12 周的全麦粉饲料干预，探讨全麦粉对大鼠糖脂代谢功效和抗氧化能力影响。 通过研究获得一款GI 值低的馒头，丰富糖尿病患者的饮食结构。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

全麦粉：山东省农业科学院作物研究所谷物营养与质量安全团队自制。 小麦磨粉后，取次粉和麸皮进行处理，获得预处理粉。 按照小麦粉∶预处理粉=75∶25（质量比）比例混合均匀，即为全麦粉。

健康雄性Wistar 大鼠[体重（200±20）g，清洁级，合格证号：1108291911000031]：山东大学实验动物中心；STZ、伊红：美国sigma 公司；苏木素：西格玛奥德里奇中国有限公司。 基础饲料：碳水化合物占53%，脂肪占5%，蛋白质占23%；高脂饲料：基础饲料67.5%、食盐0.5%、白糖10%、猪油10%、蛋黄粉10%、胆固醇1%、猪胆盐0.5%、香油0.5%；全麦粉饲料：玉米粉41%、全麦粉35%、大豆粕20%、鱼粉2%、骨粉2%。

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、总胆固醇（total cholesterol，TC）试剂盒、甘油三酯（triglyceride，TG）试剂盒、总超氧化物歧化酶（total superoxide dismutase，T-SOD）试剂盒、过氧化氢酶（catalase，CAT）试剂盒、丙二醛（malondialdehyde，MDA）试剂盒、游离脂肪酸（free fat acid，FFA） 试剂盒和超敏C-反应蛋白（high sensitivity C-reactive protein，hs-CRP）试剂盒：南京建成生物工程研究所。

1.2 仪器与设备

Tecan Infinite 200Pro 序列多功能酶标仪： 瑞士Tecan 公司；BSA224S 型电子天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；TG16W 台式高速冷冻离心机：上海安亭科学仪器厂；血糖仪和血糖试纸：北京怡成生物电子技术有限公司；S16091472 型切片机：赛默飞世尔科技（中国）有限公司；Tec2500 型病理组织漂烘仪：常州市郝思琳仪器设备有限公司；DCA Vantage 型糖化血红蛋白检测仪： 西门子（中国） 有限公司；GZX-9240MBE 型电热鼓风干燥箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；SHA-B 型数显恒温振荡水浴器： 天津塞得利斯实验分析仪器制造厂。

1.3 方法

1.3.1 全麦粉营养成分检测方法

该全麦粉营养成分的检测方法如表1 所示。

表1 全麦粉营养成分检测方法Table 1 Determination of nutritional components in WWF

1.3.2 全麦粉馒头GI 测定

将全麦粉加水65%（质量分数） 按GB/T 21118—2007 制作成馒头，测定馒头GI[9]。GI 计算公式：GI=（进食相当于50 g 碳水化合物的全麦粉馒头后2 h 内血糖应答曲线下的增值面积）/（进食50 g 葡萄糖后2 h 内血糖应答曲线下的增值面积）×100。

1.3.3 大鼠造模及血糖测定

造模前将大鼠适应性喂养一周，随机分为3 组：空白对照组（control group）、 模型对照组（model control group）和实验组（test group）。 喂养4 周后，禁食8 h～10 h， 对模型对照组和实验组大鼠分2 次腹腔注射浓度为1%的STZ 45 mg/kg。 造模72 h 后，所有大鼠禁食8 h～10 h，鼠尾取血，测空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）。以FBG≥11.1 mmol/L 为大鼠成模标准。第4周～8 周，每2 周测1 次FBG 值；第8 周～12 周，每周测1次FBG 值。

1.3.4 口服糖耐量实验（oralglucosetolerancetest，OGTT）

造模第12 周，大鼠禁食8 h～10 h 后，检测各组大鼠的FBG。经口给予葡萄糖2.0 g/kg bw，测定各组大鼠在30、60、90 min 和120 min 时的血糖值， 分析各时间点的血糖水平及曲线下面积。

1.3.5 样品采集及检测

12 周结束后，采用3%的戊巴比妥钠麻醉动物，腹主动脉取血， 取2 mL 全血加入提前放好抗凝剂的试管中， 采用糖化血红蛋白检测仪测定糖化血红蛋白（glycosylated hemoglobin，HbA1c）。其余血液3 000 r/min离心15 min 后分离血清， 测定血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、T-SOD、CAT、FFA 和hs-CRP 含量。

取血结束后，迅速取各组大鼠肝脏，先用生理盐水漂洗，然后一部分制备肝脏匀浆，测定MDA 含量；另一部分进行苏木精-伊红（Hematoxylin-eosin staining，HE）染色，肝脏经固定、脱水、透明及石蜡包埋后，制成5 μm 厚的切片，经HE 染色处理后采用高分辨率数码成像系统观察切片并拍照，观察肝组织病理学变化。

1.4 数据处理

利用Excel 2007 和SPSS 19.0 软件进行数据处理和分析； 每个试验重复3 次。 其中， 方差分析采用Anova 分析， 显著性分析采用Duncan 检验，p<0.05 为差异显著，试验数据采用平均值±标准偏差（x±s）表示。

2 结果与分析

2.1 全麦粉营养成分检测结果

全麦粉营养成分见表2。

表2 全麦粉营养成分Table 2 Nutrient composition of WWF

该全麦粉经过特殊工艺处理，口感优良，富含膳食纤维、维生素和矿物质，适合加工成馒头等产品长期食用。

2.2 全麦粉GI 值测定

进食食物2 h 后血糖变化见图1。

图1 进食食物2 h 后血糖变化Fig.1 Blood glucose response curve of 2 hours after meal

受试人群进食葡萄糖后血糖浓度在15 min～30 min内达到峰值，此时血糖浓度为（8.6±0.3）mmol/L；而进食全麦粉馒头后血糖浓度在30 min～45 min 达到峰值，此时的血糖浓度为（7.6±0.2）mmol/L（图1）。 表明食用全麦粉馒头可以延迟血液中血糖浓度达到峰值的时间，并降低峰值浓度。经计算，全麦粉馒头的GI 值为61.1，相比于普通馒头的88.7 左右[10]，降低了31.1%，属于中等GI 食品，可以作为糖尿病患者的主食适量食用。

2.3 试验动物血糖变化情况

2.3.1 饲养过程中各组大鼠FBG 变化情况

各组大鼠FBG 变化情况见图2。

图2 各组大鼠FBG 变化情况Fig.2 FBG changes of rats in each group

由图2 可知， 造模前各组大鼠的FBG 值基本一致，在5.1 mmol/L～5.7 mmol/L 之间。 造模成功后，模型对照组和实验组大鼠FBG 值均高于11.1 mmol/L，提示造模成功。饲养4 周时，实验组的FBG 值开始下降，为15.3 mmol/L；4 周～12 周间，模型对照组的FBG 值持续升高，实验组的FBG 值持续降低。 12 周时，实验组的FBG 值降到7.6 mmol/L 左右，显著低于模型对照组（p<0.05），与空白对照组相当（p＞0.05）。说明长期饲喂全麦粉饲料有助于降低糖尿病大鼠的FBG 值。其原因可能是全麦粉中膳食纤维含量丰富，吸水膨胀，延缓胃排空时间，缩短食物在胃肠道内转运时间，从而抑制营养物质向胃肠道扩散，使葡萄糖进入小肠上皮细胞的速度下降，延缓葡萄糖吸收速率，从而降低FBG 水平[11]。

2.3.2 各组大鼠OGTT 实验结果

造模第12 周时， 各组大鼠的OGTT 测定结果如表3 所示。

表3 各组大鼠OGTT 实验结果Table 3 OGTT results of rats in each group mmol/L

由表3 可知，各组大鼠经口给予葡萄糖后，30 min血糖值达到最高， 随后血糖值逐渐下降。 模型对照组大鼠的血糖在各时间点均显著高于空白对照组（p<0.05）。 与模型对照组相比，实验组各个时间点的血糖水平均有显著下降（p<0.05），表明全麦粉对糖尿病大鼠的糖耐受能力有较好调节作用。

2.3.3 各组大鼠HbA1c 测定结果

各组大鼠HbA1c 测定结果见表4。

表4 各组大鼠HbA1c 测定结果Table 4 HbA1c level of rats in each group

HbA1c 值通常用于实验室评估长期糖尿病的控制效果，2002 年美国糖尿病协会已将其作为监测糖尿病血糖控制的金指标[12]。 由表4 可知，实验组大鼠的HbA1c 水平显著低于模型对照组（p<0.05），与空白对照组相当（p＞0.05）。 说明全麦粉对糖尿病大鼠的血糖控制确有一定作用。

2.4 实验动物血脂变化情况

TC 和TG 是研究机体胆固醇代谢的重要指标；HDL-C 的主要作用是将肝脏外的胆固醇逆向转运回肝脏，LDL-C 的主要作用是将肝脏中合成的胆固醇转运到全身各组织。

各组大鼠血脂实验结果见表5。

2.4.1 TC 和TG 含量的变化

由表5 可知，与空白对照组相比，模型对照组大鼠血清TC 和TG 含量显著升高（p<0.05），实验组大鼠血清TC 和TG 含量显著低于模型对照组（p<0.05），而与空白对照组无显著差异（p＞0.05），说明全麦粉可以有效改善糖尿病大鼠的脂代谢。 这是因为全麦粉中含有大量的膳食纤维，膳食纤维可吸附或结合小肠中的胆固醇，加快其从肠道排出，抑制胆固醇的肠肝循环，降低血浆中的TC 及TG 含量[13]。

表5 各组大鼠血脂实验结果Table 5 Serum lipid level of rats in each group

2.4.2 HDL-C 和LDL-C 含量的变化

由表5 可知，与空白对照组相比，模型对照组大鼠血清LDL-C 含量显著升高，HDL-C 含量显著降低（p<0.05）。 实验组大鼠血清LDL-C 含量显著低于模型对照组， 而HDL-C 含量显著增加， 差异有统计学意义（p<0.05）， 表明全麦粉饲喂改善了糖尿病大鼠的脂代谢水平。 LDL-C 通过低密度脂蛋白受体介导的胞吞作用将胆固醇转运至外周组织溶酶体中降解或将其返回肝脏，在胆固醇7α-羟化酶的作用下转化为胆汁酸。HDL-C 在肝脏和小肠中合成，可摄取外周细胞的胆固醇， 并在血浆胆固醇脂酰转移酶催化下将游离胆固醇酯化生成胆固醇酯，进入HDL-C 内核，从而降低血浆中游离胆固醇的比例[14-15]。 所以，LDL-C 含量的降低和HDL-C 水平的升高将有利于组织和血液胆固醇的清除。

2.5 实验动物抗氧化能力变化情况

2.5.1 氧化应激水平变化

氧化应激是机体在遭受各种有害刺激时，体内活性氧自由基和活性氮自由基产生过多，氧化程度超过氧化物的清除能力， 氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤。 正常机体组织有多种抗氧化酶，如SOD 和CAT，可以清除自由基，阻止或限制活性氧相关损伤，维持细胞正常的代谢活动。

氧化应激和自由基的形成可能导致一系列的病理变化，如糖尿病、癌症、心血管疾病等，而膳食天然抗氧化剂可以加强内源性抗氧化系统，从而减少氧化应激[16]。 各组大鼠抗氧化能力变化情况见表6。

由表6 可知， 模型对照组的SOD 和CAT 水平显著低于空白对照组（p<0.05），肝脏MDA 含量显著高于空白对照组（p<0.05），说明长期糖尿病会降低机体的氧化应激水平。 而实验组的SOD 和CAT 活力显著高于模型对照组（p<0.05），肝脏MDA 水平显著降低（p<0.05）， 说明全麦粉可以提高机体的抗氧化防御系统，保护机体免受氧化应激损伤，这是由于全麦粉中含有膳食纤维和酚类化合物， 能够清除体内积累的自由基，减轻自由基对机体的损伤[17-18]。

表6 各组大鼠抗氧化能力变化情况Table 6 Serum oxidative stress of rats in each group

FFA 升高会导致组织中氧化应激水平增加， 并导致胰岛素抵抗[19]。 实验组的FFA 水平显著低于模型对照组（p<0.05），与空白对照组相当（p＞0.05）。 说明全麦粉能改善机体抗氧化能力， 保护机体免受氧化应激。hs-CRP 是一种与胰岛素抵抗相关的全身性、非特异性炎症标志物[20]。实验组的hs-CRP 水平略低于模型对照组，但差异不显著（p＞0.05）。

2.5.2 肝脏组织学观察

图3a～图3c 分别表示空白对照组、模型对照组和实验组的肝脏HE 染色结果。

图3 各组大鼠肝脏组织图（×400）Fig.3 Hepatic sections of rats in each group（×400）

由图3 可以发现， 空白对照组大鼠肝脏无病理改变（图3a），而模型对照组大鼠肝细胞中度水肿，出现少数气球样变肝细胞， 肝细胞脂肪变性及点灶状坏死，汇管区胆管增生，细小动脉轻度玻璃样变性（图3b）。全麦粉饲养12 周后，糖尿病大鼠细胞凋亡和炎症细胞浸润情况则明显减少（图3c），表明全麦粉能有效保护肝脏免受氧化应激所致损伤。 这是因为全麦粉中含有大量酚类物质，多酚类物质可以减少自由基的积累，增强机体抗氧化水平，增强抵抗力[21]。

3 结论

本课题组研制的全麦粉制作的馒头GI 值为61.1，为中升糖指数产品。 采用全麦粉制作大鼠饲料，对大鼠进行12 周饮食干预，可显著降低糖尿病模型大鼠的血糖水平；同时降低大鼠的TC、TG 和LDL-C 水平，升高HDL-C 水平，有效改善糖尿病大鼠的高血脂症状。全麦粉饲喂12 周可降低氧化应激水平，提升大鼠的抗氧化能力， 糖尿病大鼠血液SOD 和CAT 含量显著上升，血液FFA 含量和肝脏MDA 含量显著降低，预防肝脏水肿，减少细胞凋亡。 因此，可以采用全麦粉制作馒头作为糖尿病患者的主食适量食用。