玉米皮膳食纖維對反式脂肪酸致小鼠胰島素抵抗的影響

李曉月，楚素平，張晶晶，張紅建，周 聰，肖安紅,3,*

（1.武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023；2.濟南欣昌食品有限公司，山東 濟南 250200；3.湖北省農產品加工與轉化重點實驗室，湖北 武漢 430023）

胰島素抵抗（insulin resistance，IR）是指胰島素靶器官如脂肪組織、肝臟、肌肉對胰島素敏感性降低[1]。眾多研究表明，IR與糖尿病、高血壓、脂代謝異常、中心性肥胖等均有密切聯系[2-4]。“共同土壤學說”（Common Soil Hypothesis）[5]認為IR是多種代謝性疾病的共同危險因素，是代謝紊亂的重要表現。氧化應激是指機體在遭受各種有害刺激時，體內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）產生過多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系統和抗氧化系統失衡，從而導致組織損傷[6]。氧化應激與IR關系密切，是IR的病理學基礎之一[7]。反式脂肪酸（trans fatty acids，TFA）是具有反式構象碳-碳雙鍵的所有非共軛不飽和脂肪酸的總稱。研究表明，TFA的過多攝入會導致機體血脂異常及糖尿病等疾病[8]。TFA主要產生于油脂的氫化和精煉過程[9]，一些焙烤和油炸食品如面包、餅干、炸雞、炸土豆條、油餅和餡餅，以及人造奶油、起酥油、冰淇淋和糖果等TFA含量較高。

我國玉米種植面積廣，綜合利用程度低，已有研究證明膳食纖維對糖尿病、高脂血癥、冠心病以及高血壓均有良好的預防和治療作用[10]，所以研究玉米皮膳食纖維對IR的改善作用具有重要意義。

本實驗以高脂血癥-IR-氧化應激為主線，探討玉米皮膳食纖維對反式脂肪酸致高脂血癥小鼠IR的影響。首先用反式脂肪酸飼料喂養小鼠，建立小鼠高脂血癥模型，并從玉米皮中獲取水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF），并按m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的比例混合，按人體推薦量[11]的5、10、20倍，設計低、中、高3個劑量對高脂血癥模型小鼠進行灌胃，研究玉米皮膳食纖維對反式脂肪酸誘導的小鼠IR的影響，以期對于充分利用我國豐富的玉米皮膳食纖維資源改善反式脂肪酸導致的IR具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 動物

昆明種雄性小鼠120 只，體質量（20±2） g，湖北省疾病預防控制中心提供。

1.2 材料與試劑

高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoproteincholesterol，HDL-C）試劑盒、低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein-cholesterol，LDL-C）試劑盒、總膽固醇（total cholesterol，TC）試劑盒、甘油三酯（triglycerides，TG）試劑盒、總超氧化物歧化酶（total superoxide dismutase，T-SOD）試劑盒 南京建成生物工程研究所；胰島素ELISA試劑盒 上海博古生物科技有限公司。

水溶性玉米皮膳食纖維（SDF）、水不溶性玉米皮膳食纖維（IDF）和m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的膳食纖維均為本實驗室自制[12]。基本成分見表1。小鼠飼料：普通基礎飼料由湖北省疾病預防控制中心提供，高脂飼料和10% TFA飼料均為本實驗自制。配方見表2。

表1 SDF、IDF和m（SSDDFF）∶m（IDDFF）==11∶3玉米皮膳食纖維的基本成分Table1 Basic chemical composition of SDF, IDF and SDF:IDF at a ratio of 11::33

表2 飼料配方及成分Table2 Formulation and ingredients of feeds g

1.3 儀器與設備

ELX800型酶標儀 Bio-Tek公司；血糖試紙及便攜式血糖儀 北京怡成生物電子技術有限公司。

1.4 方法

1.4.1 高脂血癥小鼠造模方法

高脂血癥小鼠造模采用高脂模型[13]和添加10% TFA高脂模型的方法[14]。當血清總膽固醇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或高密度脂蛋白膽固醇HDL-C＜0.9 mmol/L時，即造模成功。

1.4.2 分組及喂養方法

表3 實驗小鼠分組Table3 Experimental grouping

小鼠適應性喂養1 周后，隨機分為12 組，每組10 只（分組見表3）。4 周后，小鼠空腹24 h，鼠尾取血測空腹血糖；眼眶取血測血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、T-SOD和空腹血清胰島素（fasting serum lisulin，FIN）水平。實驗過程中小鼠自由飲水攝食，每日上午灌胃。低、中、高劑量組的灌胃劑量（以體質量計）分別為：2.5、5 g/（kg?d）和 10 g/（kg?d）。飼養環境：溫度18～22℃、相對濕度：45%～60%、光照12 h/12 h。

1.4.3 各項指標的測定及計算方法

1.4.3.1 血清學指標的測定

禁食24 h后，小鼠眼眶取血，離心，取上清，按照南京建成生物工程研究所試劑盒要求[15]測血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、T-SOD及空腹血清FIN水平。

1.4.3.2 空腹血糖（fasting blood glucose，FBG）

小鼠空腹24 h后，鼠尾取血，采用怡成血糖儀和血糖試紙進行測定。

1.4.3.3 小鼠胰島素敏感指數（insulin sensitivity index，ISI）

根據FBG和FIN結果按公式（1）計算ISI。

1.4.3.4 胰島素抵抗（homeostasis model assessmentinsulin resistance，HOMA-IR）指數

根據FBG和FIN結果按公式（2）計算HOMA-IR指數。

1.4.3.5 胰島β細胞功能（homeostasis model assessment-β，HOMA-β）

根據FBG和FIN結果按公式（3）計算HOMA-β。

1.5 數據處理

2 結果與分析

2.1 高脂血癥小鼠造模實驗結果與分析

表4 高脂血癥小鼠造模實驗結果Table4 Serum lipid parameters of hyperlipidemia model

由表4可知，HF組TC＞5.72 mmol/L，TG＞1.70 mmol/L；TFA組TC＞5.72 mmol/L，TG＞1.70 mmol/L，HDL-C＜0.9 mmol/L。HF和TFA組高脂血癥小鼠造模成功。但TFA組各項指標與HF組相比差異非常顯著（P＜0.01），說明TFA更容易引起高脂血癥。

2.2 反式脂肪酸對高脂血癥小鼠IR的影響

目前評價IR較為普遍的方法主要是胰島素敏感指數ISI和穩態模型[16-17]。HOMA-IR和HOMA-β分別與機體IR程度和胰島β細胞功能存在良好的相關性[18]，HOMA-IR升高說明IR程度增強，HOMA-β降低表明胰島β細胞功能減弱。

正常人體氧代謝可以產生少量活性氧（reactive oxygen species，ROS），但可被抗氧化系統清除，兩者之間保持著動態平衡。當機體遭受外界有害刺激時，ROS產生過多或清除減少，造成體內ROS的生成和抗氧化防御系統失衡，導致機體氧化應激。而高脂飲食能誘導機體處于氧化應激狀態，造成骨骼肌細胞組織氧化損傷，干擾骨骼肌組織對葡萄糖的攝取而誘導IR[19-21]。T-SOD是機體內酶類主要自由基清除劑之一，可減輕自由基對生物膜和其他組織造成的損傷，T-SOD活力的高低間接反映機體抗氧化系統的功能水平[22]。

表5 反式脂肪酸對高脂血癥小鼠IR的影響Table5 Trans fatty acids induce insulin resistance in hyperlipidemia mice

由表5可知，HF組和TFA組與C組相比，FBG、FIN和HOMA-IR顯著升高（P＜0.01），ISI、HOMA-β和T-SOD等各項指標顯著降低（P＜0.01）。說明高脂血癥小鼠產生了IR。

TFA組與HF組相比，FBG、HOMA-IR、ISI和T-SOD差異均非常顯著（P＜0.01），HOMA-β差異顯著（P＜0.05），FIN升高但差異不顯著（P＞0.05）。原因可能是喂養時間過短，FBG顯著升高的情況下，胰島β細胞無須分泌大量的胰島素來滿足機體代謝的需要[23]。說明TFA更易導致高脂血癥小鼠IR。

2.3 玉米皮膳食纖維對高脂血癥小鼠IR的影響

2.3.1 玉米皮膳食纖維對小鼠血糖的影響

由表6可知，采用低、中、高劑量SDF、IDF和m（SDF）∶m（IDF）=1∶3玉米皮膳食纖維對高脂血癥小鼠進行干預，均能不同程度上降低小鼠的FBG。其中，IDF干預組效果不明顯；SDF-M、SDF-H和S∶I-L組與TFA組相比，差異顯著（P＜0.05）；S∶I-M組和S∶I-H組與TFA組相比，差異非常顯著（P＜0.01）。不同干預組之間相比，m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的玉米皮膳食纖維干預優于單純的SDF和單純IDF，但各劑量組之間沒有明顯差異（P＞0.05）。袁爾東等[24]發現MSF、果膠或瓜兒豆膠（SDF為主）可以降低小鼠血糖水平，而同劑量的纖維素和小麥纖維（IDF為主）的效果不如前者。原因可能為：與IDF相比，黏性SDF能夠在小腸內形成葡萄糖吸收的“屏障”。而m（SDF）∶m（IDF）=1∶3效果最好是因為其中的IDF可干擾碳水化合物與消化酶的結合，同時促進腸道蠕動，影響小腸對葡萄糖的吸收；而SDF可增加腸道內容物的黏度，在腸黏膜表面形成膠質，降低葡萄糖進入小腸上皮細胞的速度，延緩葡萄糖吸收速率，m（SDF）∶m（IDF）=1∶3混合兼具SDF和IDF的優點，其比值接近植物中天然存在的膳食纖維[14]。

表6 玉米皮膳食纖維對反式脂肪酸致高脂血癥小鼠IR的影響Table6 Effect of corn husk dietary fibers on insulin resistance in hyperlipidemia mice

2.3.2 玉米皮膳食纖維對小鼠血清胰島素水平的影響

由表6可知，玉米皮膳食纖維干預能夠降低小鼠的FIN，但是差異不顯著（P＞0.05）。Hannan等[25]證明葫蘆巴SDF可以降低血糖水平（P＜0.05）但是對胰島素水平沒有顯著影響（P＞0.05）。原因可能是膳食纖維添加量低且喂養時間短，不足以改善嚴重受損的胰島β細胞功能。

2.3.3 玉米皮膳食纖維對小鼠胰島素敏感指數、IR指數和胰島β細胞功能的影響

由表6可知，玉米皮膳食纖維干預增強了小鼠的ISI，降低了小鼠的HOMA-IR。其中SDF-H、S∶I-M和S∶I-H組與TFA組相比，差異非常顯著（P＜0.01）。m（SDF）∶m（IDF）=1∶3的玉米皮膳食纖維干預組優于單純的SDF或者IDF，但各劑量組之間沒有明顯差異，且SDF和IDF各劑量組之間沒有顯著差異（P＞0.05）。Kumar等[26]發現麥麩和瓜爾膠能增強糖尿病大鼠的ISI，降低HOMA-IR，與本實驗結果基本一致。且玉米皮膳食纖維干預增強了小鼠的胰島β細胞功能。其中S∶I-M組與TFA組相比，差異顯著（P＜0.05），S∶I-H組與TFA組相比，差異非常顯著（P＜0.01）。S∶I-H組顯著優于其他干預組，其中與S∶I-L、IDF-H和SDF-H組相比差異均非常顯著（P＜0.01）。Li Jue等[27]研究發現大麥膳食纖維可以降低2型糖尿病小鼠的胰島β細胞功能。

此外，臨床實驗也表明，添加SDF可以顯著降低老年2型糖尿病患者的空腹血糖值、以及餐后2 h血糖值（P＜0.01），改善機體IR狀況[28]。

2.3.4 玉米皮膳食纖維對小鼠抗氧化能力的影響

由表6可知，玉米皮膳食纖維干預增強了小鼠的抗氧化能力，原因可能是玉米皮膳食纖維能夠清除體內積累的自由基，減輕了過多自由基對機體的損傷。不同干預組之間差異非常顯著（P＜0.01），且S∶I-H組效果最好。

3 結 論

添加10% TFA的高脂飼料可致小鼠高脂血癥并能夠誘導小鼠IR。玉米皮膳食纖維能夠改善小鼠的IR狀況。不同玉米皮膳食纖維相比，效果依次為：m（SDF）∶m（IDF）=1∶3＞單純SDF＞單純IDF。各劑量相比：高劑量＞中劑量＞低劑量。綜合比較，高劑量m（SDF）∶m（IDF）=1∶3玉米皮膳食纖維效果最好。玉米皮膳食纖維可提高高脂血癥小鼠的抗氧化能力，從而緩解IR。

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