馬永強，張 凱,*，王 鑫，路雪純，林樅雨

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150076；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080）

糖尿病是人體葡萄糖的代謝紊亂造成的，是一種機體處于糖代謝和脂代謝受胰島素不適當(dāng)調(diào)節(jié)的狀態(tài)，可導(dǎo)致空腹及餐后血糖升高，主要臨床特點是長期處于高血糖狀態(tài)，通常肥胖是糖尿病發(fā)展的一個常見驅(qū)動因素[1-2]。其中2型糖尿病更為常見，占所有糖尿病病例的75%～85%[3]。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟2017年發(fā)布的第八版全球糖尿病地圖顯示，全世界有4.25億 人患有糖尿病，預(yù)計到2045年，患有糖尿病的人數(shù)將達到6.29億 人[4]。目前，糖尿病已經(jīng)成為繼腫瘤、心血管疾病后在世界范圍內(nèi)的第三大嚴重危害人類健康的非傳染性疾病，若其不加以干預(yù)可引發(fā)多種并發(fā)癥[5-6]。

但目前治療糖尿病的藥物多具有一些副作用，例如會造成體質(zhì)量增加、心臟和腎臟功能受損、胃腸道疾病等[7]。所以開發(fā)一種天然且副作用小的藥物已經(jīng)成為了研究糖尿病的重點。近年來，研究發(fā)現(xiàn)一些植物多糖具有很好的降糖作用，并能改善胰島素抵抗，且毒副作用小[8]。例如：Li Yougui等研究發(fā)現(xiàn)從板藍根提取的板藍根多糖能顯著改善胰島素抵抗以及糖代謝、脂代謝和氧化應(yīng)激[9]。Zeng Zhaohui等發(fā)現(xiàn)荷葉多糖可以提高糖尿病大鼠的抗氧化活性并降低胰島素抵抗作用[10]。

目前已經(jīng)有研究證明多糖具有良好的抗腫瘤、抗氧化、抗凝血、降血糖降血壓等作用[11-14]。甜玉米芯多糖是以甜玉米芯為原料，經(jīng)干燥、粉碎、過篩等前處理過程后，進行脫脂、脫蛋白、脫色、乙醇醇沉得到的醇沉物進行冷凍干燥后得到的具有生物活性的物質(zhì)，前期實驗證明甜玉米芯多糖對α-葡萄糖苷酶起到一定的抑制效果，呈現(xiàn)出較好的體外降血糖及抗凝血作用[15-16]。但甜玉米芯多糖在大鼠體內(nèi)的降血糖、降血脂效果以及對胰腺組織的形態(tài)變化均未做深入研究。

本實驗利用STZ誘導(dǎo)建立糖尿病大鼠模型，并灌胃不同劑量的甜玉米芯多糖來評估其降血糖作用，然后通過與糖尿病大鼠對比血糖水平、血脂水平、葡萄糖耐受量以及胰腺組織切片情況，揭示甜玉米芯多糖對糖尿病大鼠的降血糖影響。

1 材料與方法

1.1 動物、材料與試劑

雄性SPF級Wistar大鼠，體質(zhì)量（180±20）g，購自吉林省長春市億斯實驗動物技術(shù)有限責(zé)任公司，生產(chǎn)許可證號：SCXK（吉）2016-0003。

甜玉米芯多糖（SCP-80-1）由哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院制備；鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ）美國Sigma公司；血糖試紙 羅氏診斷產(chǎn)品（上海）有限公司；胰島素、血清總膽固醇（total cholesterol，TC）、甘油三酯（triglyceride，TG）、高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）和低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）試劑盒 南京建成生物科技公司；鹽酸二甲雙胍片為市售；其他化學(xué)試劑均是分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

血糖儀 羅氏診斷產(chǎn)品（上海）有限公司；BSA224S電子分析天平 河北雙鑫試驗儀器制造有限公司；ELx800酶標(biāo)儀 北京線上生物科技有限公司；TU-1900紫外-可見分光光度計 深圳市億鑫儀器設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 甜玉米芯多糖的制備流程

甜玉米芯多糖制備：以甜玉米芯為原料，經(jīng)干燥→粉碎→過篩→脫脂→水提→濃縮→脫蛋白→脫色→體積分數(shù)80%的乙醇醇沉→冷凍干燥→DEAE-52陰離子纖維素柱層析→冷凍干燥→葡聚糖凝膠Sephadex G-200柱層析→冷凍干燥→制得SCP-80-1[16]

1.3.2 高血糖模型的建立

SPF級Wistar雄性大鼠，在溫度為22～24 ℃、正常晝夜周期以及相對濕度（60±5）%的條件下適應(yīng)性飼喂3 d，并讓大鼠自由進食及飲水[17-18]。大鼠高血糖模型的建立參照《保健食品檢驗與評價技術(shù)規(guī)范》[19]中的方法。給予高脂高糖飼料（20%（質(zhì)量分數(shù)，下同）蔗糖、10%豬油、2.0%膽酸鈉、67.5%基礎(chǔ)飼料）喂養(yǎng)3 d后稱體質(zhì)量，按照65 mg/kg mb一次性腹腔注射STZ，高脂高糖飼料喂養(yǎng)7 d[20-21]。禁食3 h后進行尾部取血，并用血糖儀檢測空腹血糖濃度，空腹血糖濃度，連續(xù)2 次測定空腹血糖濃度不小于11.1 mmol/L即認為造模成功[22-24]。

1.3.3 動物分組及處理

將STZ誘導(dǎo)的50 只糖尿病大鼠隨機均分為5 組：糖尿病模型組、陽性藥物組（200 mg/kg mb二甲雙胍）、SCP-H組（400 mg/kg mbSCP）、SCP-M組（200 mg/kg mbSCP）、SCP-L組（100 mg/kg mbSCP）。并選擇10 只正常大鼠作為空白對照組，空白對照組和糖尿病模型組給予生理鹽水。飼喂期間每天進行灌胃，持續(xù)4 周。大鼠每天自由飲水及進食。每日觀察食物、水的消耗量以及毛發(fā)色澤和精神狀態(tài)，每3 d檢測大鼠體質(zhì)量，每7 d檢測各組大鼠空腹血糖濃度。治療28 d后，取禁食12 h的大鼠摘眼球進行眼底靜脈取血后處死、解剖[25]。觀察肝臟、腎臟、胰腺以及心臟組織的狀態(tài)后稱質(zhì)量并收集備用。

1.3.4 葡萄糖耐受量的測定

大鼠禁食3 h后，經(jīng)口給予葡萄糖2.0 g/kgmb，測定給葡萄糖0、0.5 h以及2 h的血糖濃度，觀察給葡萄糖后各時間點血糖曲線下面積的變化[26]。

1.3.5 胰島素含量測定

使用胰島素試劑盒測定血清中胰島素含量。

1.3.6 血脂指標(biāo)測定

使用相應(yīng)試劑盒測定血清TC、TG、HDL-C和LDL-C濃度[27]。

1.3.7 組織切片觀察

大鼠處死解剖后取胰腺和肝臟用體積分數(shù)10%甲醛溶液固定，進行包埋、切片、蘇木精-伊紅染色、封片等處理，最后鏡檢照相[28]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 大鼠一般狀況

在實驗期間觀察各組大鼠的狀況發(fā)現(xiàn)，空白組大鼠攝食、飲水及排尿量正常，健康活潑，毛色鮮亮，體質(zhì)量增長較快；糖尿病模型組大鼠進食、飲水及排尿量明顯增加，精神狀態(tài)不好，毛色暗淡，體質(zhì)量下降明顯；陽性藥物組和各劑量SCP組大鼠與糖尿病組相比在進食量、飲水量及排尿量上均減少，且精神狀態(tài)有不同程度的改善。

圖1 各組大鼠體質(zhì)量狀況Fig. 1 Body mass of rats in each group

如圖1所示，經(jīng)STZ造模后，模型組大鼠體質(zhì)量較空白組大鼠極顯著下降（P＜0.01）。灌胃二甲雙胍和甜玉米芯多糖4 周后，與模型組相比，SCP-L組大鼠體質(zhì)量顯著增加（P＜0.05），陽性藥物組、SCP-H和SCP-M組大鼠體質(zhì)量極顯著增加（P＜0.01）。

2.2 SCP對大鼠血糖及葡萄糖耐受量的影響

圖2 SCP對大鼠血糖濃度的影響Fig. 2 Effect of SCP on blood glucose in rats

由圖2可知，空白組大鼠空腹血糖濃度基本無變化，處于6～7 mmol/L之間。飼喂期間模型組空腹血糖濃度均在22 mmol/L以上，與空白組比較差異顯著（P＜0.05），即認為造模成功且糖尿病模型穩(wěn)定性良好。灌胃后，大鼠空腹血糖沒有降到空白組水平的原因推測是陽性藥物劑量偏低或造模時血糖濃度太高造成的。各SCP劑量組均有不同程度的降血糖作用，且呈現(xiàn)一定的量效關(guān)系，隨著SCP藥物劑量的減少，降低血糖的能力也隨之下降。

圖3 SCP對大鼠葡萄糖耐受量的影響Fig. 3 Effect of SCP on glucose tolerance in rats

葡萄糖耐量實驗可判斷大鼠耐受葡萄糖的能力，可以根據(jù)耐受葡萄糖的強弱判斷給藥后胰島β細胞對血液中血糖調(diào)節(jié)的能力[29]。由圖3可知，空白組大鼠血糖濃度隨時間變化趨勢平緩，糖尿病模型組大鼠血糖濃度在各時間段都較高，經(jīng)二甲雙胍以及高劑量SCP治療后，各時間段血糖濃度均顯著下降（P＜0.05），但SCP-M以及SCP-L組經(jīng)過治療后與模型組比較無顯著性差異（P＞0.05）。根據(jù)各組大鼠經(jīng)口給予葡萄糖0、0.5、2 h的血糖濃度分別計算出血糖曲線下面積分別為：空白組為14.7，模型組為58.1，陽性組為33.6，SCP-H組為35.8，SCP-M組為50.0，SCP-L組為53.9。模型組與空白組比較差異顯著（P＜0.05），陽性藥物組與模型組比較差異顯著（P＜0.05），各SCP給藥組均具有降低血糖曲線下面積的趨勢，且呈一定的量效關(guān)系，其中SCP-H組與模型組比較差異顯著（P＜0.05）。

2.3 SCP對糖尿病大鼠血清中胰島素含量的影響

圖4 SCP對糖尿病大鼠血清中胰島素含量的影響Fig. 4 Effect of SCP on serum insulin content in diabetic rats

胰島素在調(diào)節(jié)血糖過程中起到至關(guān)重要的作用，當(dāng)胰島素生物學(xué)效應(yīng)發(fā)揮不足時，胰島素的直接靶組織肌肉和脂肪會產(chǎn)生對血糖的利用、轉(zhuǎn)運或儲存效率降低的現(xiàn)象，同時也會增加肝臟中葡萄糖的輸出，最終導(dǎo)致血糖濃度升高。由圖4可見，灌胃后，與模型組比較發(fā)現(xiàn)，各灌胃組大鼠血清中胰島素含量均有不同程度的升高，除SCP-L組差異顯著外（P＜0.05），陽性藥物組和SCP-M、SCP-H組大鼠血清中胰島素含量均較模型組大鼠極顯著上升（P＜0.01）。

2.4 SCP對糖尿病大鼠血脂指標(biāo)的影響

圖5 SCP對糖尿病大鼠血脂的影響Fig. 5 Effect of SCP on blood lipids in diabetic rats

糖尿病與血脂水平密切相關(guān)，降低血脂水平有助于改善糖尿病[30]。由圖5可見，與空白組相比，模型組的TC、TG和LDL-C水平顯著增加，HDL-C水平顯著降低（P＜0.05），與張錦研究發(fā)現(xiàn)褪黑素可顯著降低血脂的結(jié)果一致[31]。與模型組比較，陽性藥物組和SCP高、中、低劑量組降低了TC、TG和LDL-C水平，并提高了HDL-C水平。其中HDL-C和LDL-C的水平與SCP濃度呈量效關(guān)系，且SCP-H組效果最佳。

2.5 SCP對糖尿病大鼠臟器指數(shù)的影響

如圖6所示，與空白組比較，糖尿病模型組大鼠肝臟、腎臟的臟器指數(shù)極顯著升高（P＜0.01），表明高脂糖尿病大鼠呈現(xiàn)明顯的肝臟、腎臟腫脹現(xiàn)象[32]。陽性藥物組以及SCP各劑量組治療后對臟器腫脹具有一定程度的減輕作用。

圖6 SCP對糖尿病大鼠臟器指數(shù)的影響Fig. 6 Effect of SCP on organ coefficients in diabetic rats

2.6 SCP對大鼠胰腺組織的影響

圖7 SCP對大鼠胰腺組織的影響（×400）Fig. 7 Effect of SCP on pancreatic tissues in rats（× 400）

胰島損傷是糖尿病發(fā)病的機理之一，而胰島損傷程度可根據(jù)胰島的完整性以及胰島B細胞的排列和數(shù)量來判斷[33]。蘇木精-伊紅染色后各組胰島形態(tài)如圖7所示。空白組大鼠胰島組織結(jié)構(gòu)完整，胰島細胞排列整齊，邊界清晰圓潤；而模型組大鼠胰島破壞明顯，無明顯的邊界，胰島細胞排列不規(guī)則；陽性藥物組胰島結(jié)構(gòu)恢復(fù)完整，邊界清晰，胰島細胞數(shù)增加[34]。各SCP給藥組對于胰島組織和胰島細胞起到一定的修復(fù)作用，與SCP劑量呈量效關(guān)系，且SCP-H組效果最佳。

3 討 論

在本研究中，STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠血糖水平明顯升高，體質(zhì)量降低。體質(zhì)量下降的原因可能是由于沒有碳水化合物作為能源從而導(dǎo)致的大鼠蛋白質(zhì)消耗[35]。模型組肝、腎的臟器指數(shù)均顯著高于空白組和藥物組，表明高脂糖尿病大鼠呈現(xiàn)明顯的肝臟、腎臟腫脹現(xiàn)象[36-37]，而SCP-80-I可以改善STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的臟器指數(shù)。此外，糖尿病的發(fā)現(xiàn)與血脂代謝異常密切有關(guān)，而且血液中脂質(zhì)水平的升高在某些情況下還可能導(dǎo)致心血管疾病的風(fēng)險較高[38]。本實驗中，與模型組比較，SCP-80-I組TC、TG、LDL-C、HDL-C水平均有顯著變化，與李新明等的研究結(jié)果[39]一致。表明SCP-80-I可顯著降低高脂血癥大鼠的血脂水平，原因可能是SCP-80-I升高了血清中HDL水平，使膽固醇向肝臟轉(zhuǎn)運、加速肝臟脂質(zhì)降解從而降低了血脂水平。表明SCP-80-I可以改善STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的脂質(zhì)代謝，降低心血管疾病的發(fā)生。通過分析胰腺組織中胰島細胞的排列、形狀以及分布，發(fā)現(xiàn)SCP-80-1對STZ誘導(dǎo)的型糖尿病大鼠胰腺組織細胞形態(tài)損傷有一定緩解作用，推測SCP可能具有修復(fù)糖尿病引起的胰腺臟器病變的功能。

綜上所述，SCP-80-1可改善STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠血糖以及血脂狀況，其作用機制可能與胰島細胞的修復(fù)及改善血脂水平過程有關(guān)，但降血糖以及降血脂的機制還需要進一步研究來闡明。甜玉米芯多糖作為具有一定開發(fā)潛力和研究價值的天然降糖物質(zhì)，在糖尿病治療中的應(yīng)用具有廣泛前景。