菊粉对反式脂肪酸致小鼠胰岛素抵抗的影响

李晓月 1,张晶晶 1,张红建 1,周 聪 1,肖安红 1,2,*

(1.武汉轻工大学食品科学与工程学院,湖北 武汉 430023;2.湖北省农产品加工与转化重点实验室,湖北 武汉 430023)

摘 要:目的:研究菊粉对反式脂肪酸所致小鼠胰岛素抵抗的影响。方法:采用反式脂肪酸饲料诱导建立小鼠高脂血症模型,分别给予低、中、高3 种剂量的菊粉,测定小鼠胰岛素抵抗相关指标。结果:反式脂肪酸的摄入导致小鼠血糖、血清胰岛素水平和胰岛素抵抗指数极显著增加(P<0.01),胰岛素敏感指数、胰岛β细胞功能指数和总超氧化物歧化酶活性极显著降低(P<0.01)。菊粉干预能够降低小鼠血糖水平和胰岛素抵抗指数,提高胰岛素敏感指数和增强胰岛β细胞功能,且菊粉高剂量干预组与反式脂肪酸组相比,差异均极显著(P<0.01),效果最好。结论:反式脂肪酸能够导致小鼠胰岛素抵抗,菊粉干预能够改善小鼠的胰岛素抵抗状况,且高剂量组效果最好。

关键词:反式脂肪酸;菊粉;小鼠;胰岛素抵抗;高脂血症

胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)是指胰岛素靶器官如脂肪组织、肝脏、肌肉对胰岛素的敏感性降低 [1]。“共同土壤学说” [2-4]认为IR普遍存在于糖尿病、高血压、血脂紊乱及肥胖等疾病中 [2-5],是多种代谢性疾病的共同危险因素,是代谢紊乱的重要表现。氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时,体内高活性分子如活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species,RNS)产生过多,氧化程度超出氧化物的清除速度,氧化系统和抗氧化系统失衡,从而导致组织损伤 [6]。氧化应激与IR关系密切,是IR的病理学基础之一 [7]。反式脂肪酸(trans fatty acids,TFA)是具有反式构象碳-碳双键的所有非共轭不饱和脂肪酸的总称。研究表明,TFA的过多摄入会导致机体血脂异常及糖尿病等疾病 [8]

菊粉又称菊糖,主要来源于菊芋块根,是D-呋喃果糖经β-1,2-糖苷键聚合而成的一种果聚糖。菊粉是自然界中天然存在的可溶性膳食纤维之一,广泛存在于约3.6万 种植物中 [9]。研究表明,每日摄食2 g菊粉对控制人的体质量,改善肠道功能,控制血糖水平及防止机体失调有很大帮助 [10],因此,研究菊粉对IR的改善作用具有重要意义。

本实验以高脂血症-IR-氧化应激为主线,探讨菊粉对反式脂肪酸致高脂血症小鼠IR的影响。首先用反式脂肪酸饲料喂养小鼠,建立小鼠高脂血症模型,按人体推荐量 [11]的5、10、20 倍设计菊粉低、中、高3 个剂量组对高脂血症模型小鼠进行灌胃,研究菊粉对反式脂肪酸诱导小鼠IR的影响。

1 材料与方法

1.1 动物、材料与试剂

昆明种雄性小鼠90 只,体质量(20±2)g,湖北省疾病预防控制中心提供,动物合格许可证编号:SCXK(鄂)2008-0005。

菊粉(纯度94.46%)基本成分(质量分数,下同):水分4.37%、蛋白质0.02%、脂肪1.1%、灰分0.13%、总糖98.24%、还原糖3.78%。

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、甘油三酯(triglyceride,TG)试剂盒、总胆固醇(total cholesterol,TC)试剂盒、总超氧化物歧化酶(total superoxide dismutase,T-SOD)试剂盒 南京建成生物工程研究所;胰岛素酶联免疫吸附试剂盒 上海博古生物科技有限公司。

小鼠饲料:普通基础饲料由湖北省疾病预防控制中心提供,高脂饲料和10% TFA饲料均为本实验自制 [12]。饲料配方见表1。

表1 饲料配方及成分
Table 1 Formula and ingredients of feeds %

注:表中数据以质量分数计;人造黄油中TFA含量按质量分数40%计;—. 不添加。

饲料种类基础饲料胆酸钠胆固醇白糖丙硫氧嘧啶猪油人造黄油普通基础饲料100——高脂饲料81.30.5350.210—10% TFA饲料81.30.5350.27.52.5

1.2 仪器与设备

ELX800型酶标仪 美国Bio-Tek公司;血糖试纸、便携式血糖仪 北京怡成生物电子技术有限公司。

1.3 方法

1.3.1 高脂血症小鼠模型建立

实验采用普通高脂模型 [13]和10% TFA高脂模型两种方法 [14]。造模成功的标志为:血清TC含量>5.72 mmol/L,或血清TG含量>1.70 mmol/L,或TC含量>5.72 mmol/L且TG含量>1.70 mmol/L,或HDL-C含量<0.9 mmol/L [12]

1.3.2 分组及喂养方法

实验初期小鼠适应性喂养,1 周后随机分为9 组,每组10 只(分组及饲养方法见表2)。4 周后,小鼠空腹24 h后取血测TG、TC、HDL-C、LDL-C水平,T-SOD活性、空腹血糖(fasting blood glucose,FBG)含量和空腹胰岛素(fasting insulin,FIN)水平。实验过程中小鼠自由饮水摄食,每日上午灌胃。饲养环境:温度18~22 ℃,相对湿度45%~60%、明暗12 h/12 h。

表2 实验小鼠分组
Table 2 Experimental groups

注:小鼠灌胃剂量以体质量计。

2.5中剂量菊粉高脂组HF-M组高脂饲料5高剂量菊粉高脂组HF-H组高脂饲料10低剂量菊粉10% TFA组TFA-L组10% TFA饲料菊粉5高脂对照组HF组高脂饲料5 10% TFA对照组TFA组10% TFA饲料5低剂量菊粉高脂组HF-L组高脂饲料菊粉组别代号饲料类型灌胃试剂灌胃剂量/(g/(kg·d))正常对照组C组普通饲料生理盐水2.5中剂量菊粉10% TFA组TFA-M组10% TFA饲料5高剂量菊粉10% TFA组TFA-H组10% TFA饲料10

1.3.3 各项指标的测定及计算方法

1.3.3.1 血清学指标的测定

禁食24 h后,小鼠眼眶取血,离心取上清液,测TC、TG、HDL-C、LDL-C水平,T-SOD活性及FIN水平。

1.3.3.2 FBG含量的测定

小鼠空腹24 h后,鼠尾取血,采用怡成血糖仪和血糖试纸进行测定。

1.3.3.3 胰岛素抵抗指数(homeostasis model assessmentinsulin resistance, HOMA-IR)测定

根据已测定的FBG和FIN水平,由公式(1)计算HOMA-IR。

1.3.3.4 胰岛β细胞功能指数(homeostasis model assessment-β,HOMA-β)测定

根据已测定的FBG和FIN水平,由公式(2)计算HOMA-β。

1.3.3.5 小鼠胰岛素敏感指数(insulin sensitivity index,ISI)测定

根据已测定的FBG和FIN水平,由公式(3)计算ISI。

1.4 数据处理

应用SPSS 17.0统计软件进行数据处理。数据以 表示,各组间差异比较采用单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 高脂血症小鼠造模结果

表3 高脂血症小鼠造模结果
Table 3 Successful establishment of hyperlipidemia mouse model

注:**.与C组相比,差异极显著(P<0.01);##.与HF组相比,差异极显著(P<0.01)。表4同。

LDL-C含量/(mmol/L)C组3.26±0.090.76±0.073.34±0.061.73±0.05 HF组5.89±0.09**1.99±0.06**1.80±0.08**4.48±0.08** TFA组7.68±0.08 ##2.97±0.05 ##0.76±0.06 ##6.64±0.09 ##组别TC含量/(mmol/L)TG含量/(mmol/L)HDL-C含量/(mmol/L)

由表3可知,HF组TC>5.72 mmol/L、TG>1.70 mmol/L;TFA组TC>5.72 mmol/L,TG>1.70 mmol/L,HDL-C<0.9 mmol/L。因造模成功的标志为:血清TC>5.72 mmol/L,或血清TG>1.70 mmol/L,或TC>5.72 mmol/L且TG>1.70 mmol/L,或HDL-C<0.9 mmol/L [12]。由以上结果可知,HF组和TFA组高脂血症小鼠造模成功。且TFA组各项指标与HF组相比差异极显著(P<0.01),说明TFA与HF相比对高脂血症有加剧作用。

2.2 TFA对高脂血症小鼠IR的影响

正常血糖钳夹技术是目前国际公认的检测胰岛素敏感性的方法,被认为是检测胰岛素抵抗的金标准 [15]。但由于其操作过程复杂、费用昂贵而使得其应用受限。稳态模型和胰岛素敏感指数 [16-17]由于操作和测定过程简单、准确性高而成为临床上评价IR的主要标准。稳态模型的两个主要指标HOMA-IR和HOMA-β分别与机体IR程度和胰岛β细胞功能存在良好的相关性 [18],HOMA-IR升高说明IR程度增强,HOMA-β降低表明胰岛β细胞功能减弱。

人体代谢活动可以产生少量ROS,当机体受到损伤时,ROS产生过多或清除减少,导致机体抗氧化防御系统失衡,造成机体氧化应激。高脂饮食能诱导机体处于氧化应激状态,导致机体氧化损伤,干扰骨骼肌组织对葡萄糖的摄取而诱导IR [19-21]。T-SOD是机体内酶类主要自由基清除剂之一,可减轻自由基对生物膜和其他组织造成的损伤。因此可以利用T-SOD活力高低间接反映机体抗氧化系统的功能水平 [22]

表4 TFA对高脂血症小鼠IR的影响
Table 4 Effects of transtrans fatty acids on insulin resistance in mice

(mIU/L)ISIHOMA-IRHOMA-βT-SOD活力/(U/mL)C组5.3±0.68.32±0.25-3.79±0.082.10±0.1282.53±16.40110.56±9.56 HF组7.7±0.7**9.53±0.87**-4.39±0.09**3.39±0.38**44.43±9.87**76.45±12.23** TFA组9.9±1.0 ##9.85±1.06-4.60±0.09 ##4.21±0.60 ##33.23±8.56 ##66.12±13.45 ##组别FBG水平/(mmol/L)FIN水平/

由表4可知,HF、TFA两组与C组相比,FBG、FIN水平和HOMA-IR显著升高(P<0.01),ISI、HOMA-β和T-SOD活力显著降低(P<0.01)。说明高脂血症小鼠产生了IR。TFA组与HF组相比,FBG水平,HOMA-IR、ISI和T-SOD活力差异均极显著(P<0.01),HOMA-β显著降低(P<0.05),FIN水平升高但差异并不显著(P>0.05)。可能是由于喂养时间过短,在FBG水平极显著升高的情况下,胰岛β细胞无须分泌大量的胰岛素来满足机体代谢的需要 [23]。以上结果说明TFA更易导致高脂血症小鼠IR。

2.3 菊粉对高脂血症小鼠IR影响的结果及分析

2.3.1 菊粉对小鼠血糖水平的影响

表5 菊粉对反式脂肪酸致高脂血症小鼠IR的影响
Table 5 Effect of inulin on insulin resistance in trans fatty acids-fed mice

注:&. 与HF组相比,差异显著(P<0.05);&&. 与HF组相比,差异极显著(P<0.01);△. 与TFA组相比,差异显著(P<0.05);△△.与TFA组相比,差异极显著(P<0.01);a. 与HF-L组相比,差异显著(P<0.05);aa. 与HF-L组相比,差异极显著(P<0.01);b. 与HF-M组相比,差异显著(P<0.05);bb. 与HF-M组相比,差异极显著(P<0.01); d. 与TFA-L组相比,差异显著(P<0.05);dd. 与TFA-L组相比,差异极显著(P<0.01);e. 与TFA-M组相比,差异显著(P<0.05);ee. 与TFA-M组相比,差异极显著(P<0.01)。

(mIU/L)ISIHOMA-IRHOMA-βT-SOD活力/(U/mL)C组5.4±0.58.58±0.47-3.84±0.092.22±0.4080.26±10.44115.35±12.78 HF组7.9±0.89.08±0.63-4.23±0.103.28±0.3851.08±5.3975.76±11.09 TFA组9.7±1.29.88±1.01-4.48±0.133.89±0.5734.68±3.1465.56±10.10 HF-L组7.2±0.7 &8.96±0.60-4.12±0.08 &&3.08±0.42 &&55.46±7.08 &&80.15±9.34 &&HF-M组7.0±0.6 &a8.89±0.67-4.01±0.07 &&a2.88±0.46 &&a59.78±8.36 &&a83.52±10.06 &&aHF-H组6.7±0.7 &&aab8.78±0.56-3.96±0.09 &&aab2.64±0.39 &&aab64.45±8.68 &&aab88.67±9.12 &&aabbTFA-L组9.3±0.8 9.48±0.66-4.39±0.10 3.44±0.37 △△40.56±7.45 △△80.98±9.66 △△TFA-M组8.9±0.5 △△d9.08±0.29-4.25±0.08 △△d3.06±0.34 △△dd45.89±6.66 △△dd91.34±9.60 △△ddTFA-H组8.6±0.4 △△dde8.84±0.35-4.10±0.07 △△dde2.78±0.35 △△ddee50.13±7.23 △△ddee109.15±10.11 △△ddee组别FBG水平/(mmol/L)FIN水平/

由表5可知,采用低、中、高3 种剂量的菊粉对高脂血症小鼠进行干预,均能不同程度地降低小鼠的FBG水平。其中,高剂量组的效果最好(P<0.01)。Kim等 [24]使用含10 mmol/L葡萄糖和10 g/L菊粉的等渗电解质溶液(pH 7.4)对大鼠进行灌肠实验,结果表明灌注液中的菊粉能明显抑制空肠对葡萄糖的吸收(P<0.05),研究人员指出可能是菊粉提高了黏度,导致肠黏膜厚度增加,从而降低葡萄糖吸收的程度。

2.3.2 菊粉对小鼠血清胰岛素水平的影响

由表5可知,菊粉干预能够降低小鼠的FIN水平,但是差异并不显著(P>0.05)。Causey等 [25]证明菊粉可以降低血糖水平(P<0.05),但是对胰岛素水平没有显著影响(P>0.05),其原因可能是菊粉添加量低且喂养时间短,不足以改善严重受损的胰岛β细胞的功能。

2.3.3 菊粉对小鼠ISI、HOMA-IR和HOMA-β的影响

由表5可知,菊粉干预增强了小鼠的ISI和HOMA-β,降低了小鼠的HOMA-IR。其中高剂量组效果最佳。Kumar等 [26]发现麦麸和瓜尔胶能增强糖尿病大鼠的ISI,降低HOMA-IR,与本实验结果基本一致。

2.3.4 菊粉对小鼠抗氧化能力的影响

由表5可知,菊粉干预使小鼠的T-SOD活力极显著升高(P<0.01),增强了小鼠的抗氧化能力,且高剂量组的效果最好。原因可能是菊粉能够清除体内积累的自由基,减轻了过多自由基对机体的损伤。

3 结 论

添加10% TFA的高脂饲料可致小鼠高脂血症并能够诱导小鼠产生IR。菊粉能够改善小鼠的IR状况,且高剂量组效果优于中、低剂量组。菊粉可使高脂血症小鼠的抗氧化能力提高,从而缓解IR程度。

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Effect of Inulin on Insulin Resistance Prevention in Trans Fatty Acids-Fed Mice

LI Xiaoyue 1, ZHANG Jingjing 1, ZHANG Hongjian 1, ZHOU Cong 1, XIAO Anhong 1,2,*
(1. College of Food Science and Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China; 2. Hubei Key Laboratory for Agro-processing and Transformation, Wuhan 430023, China)

Abstract:Objective: To evaluate the effect of inulin on insulin resistance in trans fatty acids-fed mice. Methods: Inulin was given at low, medium and high doses. Results: The intake of trans fatty acids elevated fasting blood glucose, fasting serum insulin, insulin resistance index signifi cantly (P < 0.01), and reduced insulin sensitivity index, islet β-cell function and T-SOD signifi cantly (P < 0.01). Inulin reduced fasting blood glucose and insulin resistance index, and increased insulin sensitivity index and islet β-cell function, especially at the high dose, showing signifi cant differences (P < 0.01) when compared with the trans fatty acid group. Conclusion: Trans fatty acids can lead to insulin resistance in mice, and the intervention of inulin can improve the symptoms, in particular at the high dose.

Key words:trans fatty acids; inulin; mice; insulin resistance; hyperlipidemia

中图分类号:TS202.3;TS201.4

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2015)01-0201-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201501038

收稿日期:2014-03-04

基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2010AA023003-01);武汉市科技计划项目(201220837298-5);武汉工业学院研究生创新基金项目(2012cx016)

作者简介:李晓月(1989—),女,硕士研究生,研究方向为食品科学。E-mail:lixiaoyue-540@163.com

*通信作者:肖安红(1963—),女,教授,博士,研究方向为粮食油脂及植物蛋白。E-mail:1090106395@qq.com