不同分子量的羧甲基殼聚糖對糖尿病小鼠血糖的影響

厲曉琳,王云慧,尹海波,賀　君

(煙臺大學生命科學院,山東煙臺 264000)

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不同分子量的羧甲基殼聚糖對糖尿病小鼠血糖的影響

厲曉琳,王云慧,尹海波,賀君*

(煙臺大學生命科學院,山東煙臺 264000)

目的:研究不同分子量的水溶性羧甲基殼聚糖對糖尿病小鼠的降血糖作用。方法:通過腹腔注射鏈脲佐菌素160 mg/kg建立小鼠糖尿病模型,并將造模成功的小鼠隨機分為模型組、陽性對照組、實驗組(高分子量羧甲基殼聚糖組、中分子量羧甲基殼聚糖組、低分子量羧甲基殼聚糖組),設置空白對照組,每組12只。實驗組小鼠每日按990 mg/kg·b·w分別灌胃不同分子量羧甲基殼聚糖,模型組和空白對照組按體質量灌胃相同體積的蒸餾水,陽性對照組按20 mg/kg·b·w灌胃拜唐蘋阿卡波糖,連續灌胃28 d,于末次灌胃后測定小鼠空腹血糖值、糖耐量。結果:不同分子量的羧甲基殼聚糖對高血糖模型小鼠體重沒有顯著影響(p>0.05);與模型組比較,低分子量組能極顯著的降低造模小鼠的血糖濃度(p<0.01),中分子量組能顯著的降低造模小鼠的血糖濃度(p<0.05),而高分子量組未見顯著效果;并且三者均可改善糖尿病小鼠的糖耐量。綜上所述,低分子量羧甲基殼聚糖降血糖效果最好,中分子量羧甲基殼聚糖效果次之,高分子量羧甲基殼聚糖效果最弱。

糖尿病,羧甲基殼聚糖,分子量,空腹血糖,糖耐量

甲殼素又名甲殼質,是由N-乙酰-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵的形式連接而成的直鏈狀多糖[1],結構如圖1,它資源豐富,應用領域十分廣泛[2-5]。殼聚糖是甲殼素在強堿條件下脫乙?；玫降漠a物,它的化學性質比甲殼素活潑很多[6-7]。羧甲基殼聚糖是殼聚糖經羧甲基化反應后的一類甲殼素衍生物,它既保留了殼聚糖的優點,又極大地改善了水溶性,具有更廣泛的用途[8-10]。

糖尿病是一組由遺傳和環境因素相互作用引起的一種臨床綜合癥,可導致多組織慢性進行性病變、功能減退甚至器官衰竭[11]。糖尿病在我國是高發病,通過飲食治療,達到降低血糖或者穩定病情的目的,是一種較好的治療途徑[12]。研究表明,殼聚糖具有調節血糖濃度的作用,它能夠降低并延緩血糖峰值,調節內分泌系統的功能,將人體pH調到弱堿性,提高胰島素利用率[13]。 殼聚糖在腸胃中可以形成膠狀粘性纖維,延緩胃排空,降低糖吸收速度,增加周圍組織對胰島素的敏感性[14-15]。并且,羧甲基殼聚糖無毒副作用,安全健康,可作為糖尿病患者的理想保健品[16-18]。與殼聚糖相比,羧甲基殼聚糖具有良好的水溶性、生物相容性,因而近年來在醫藥方面的應用日益擴大[19]。有研究表明:不同分子量的水溶性殼聚糖,其成膜性、透氣性、抗菌性等性質有所不同,殼聚糖理化性質和生物功能與分子量有關[20]。因此,本研究對高、中、低分子量羧甲基殼聚糖對糖尿病小鼠的血糖調節作用進行了研究,對開發具有降血糖功能的保健食品的研究提供了實驗條件和依據。

圖1　甲殼素的化學結構Fig.1　Chemical structure of chitin

1　材料與方法

1.1材料與儀器

清潔級雄性昆明種小鼠,體質量(22±2)g購自山東綠葉制藥股份有限公司,許可證號:SCXK 20080017);高、中、低分子量羧甲基殼聚糖煙臺大學生科院實驗室制備;拜唐蘋阿卡波糖片(藥品規格:50 mgx30片,批準文號:國藥準字H19990205)北京拜耳醫藥保有限公司;鏈脲佐菌素(Streptozocin-(STZ))美國Sigma公司;檸檬酸,檸檬酸鈉,葡萄糖天津廣成化學試劑有限公司。

穩豪型血糖儀、穩豪型血糖試紙中國強生器材醫療有限公司;ES-500HA動物稱重天平長沙湘平科技發展有限公司;A2130型電子天平美國奧豪斯儀器有限公司;0.45um津騰聚醚砜針筒式濾膜過濾器天津市津騰實驗設備有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1動物模型的建立小鼠適應性喂養一周,隨機抽取12只為空白對照組,喂食正常飼料(玉米40%～43%、麩皮26%、豆餅29%、食鹽1%、骨粉1%、賴氨酸1%、維生素、微量元素、水),其余小鼠禁食不禁水12 h,一次性給小鼠腹腔注射鏈脲佐菌素溶液160 mg/kg,空白對照組注射等體積的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液。注射6日后采用斷尾取血測空腹血糖值,取血前小鼠禁食12 h,其中血糖濃度≥10 mmol/L的小鼠為糖尿病模型建立成功[21]。

1.2.2實驗藥物的配制分別稱取5 g高、中、低分子量的羧甲基殼聚糖粉末,用100 mL去離子水充分溶解并定容,配制濃度為0.05 g/mL,離心取上清液(4000 r/min)。取拜唐蘋藥片,用研缽研成粉末,稱取一定量的拜唐蘋粉末,用去離子水充分溶解并定容,配制濃度為0.8 mg/mL,濾膜過濾取濾液。稱取一定量的葡萄糖,用去離子水充分溶解并定容,配制濃度為0.1 g/mL的葡萄糖溶液。

1.2.3分組及給藥將造模成功的60只小鼠隨機分到模型組、陽性對照組、高、中、低分子量羧甲基殼聚糖組,每組12只,各組小鼠給予正常飼料。同時小鼠在造模成功后即開始灌胃給藥,每天上午8:00灌胃給藥,24 h/次,實驗組分別以990 mg/kg·bw灌胃濃度為0.05 g/mL的高、中、低分子量的羧甲基殼聚糖溶液,陽性對照組以20 mg/kg·bw灌胃濃度為0.8 mg/mL阿卡波糖水溶液,模型組和空白對照組灌胃相同體積的蒸餾水。每兩周稱一次體重,根據體重調整灌胃劑量,連續灌胃28 d,禁食12 h,斷尾取血,測小鼠空腹血糖值。

1.2.4糖耐量的實驗小鼠給藥28 d后禁食12 h,實驗組以990 mg/kg·bw灌胃濃度為0.05 g/mL的高、中、低分子量的羧甲基殼聚糖溶液,陽性對照組以20 mg/kg·bw灌胃濃度為0.8 mg/mL阿卡波糖水溶液,模型組和空白對照組灌胃相同體積的蒸餾水。15 min后以2 g/kg·bw灌胃濃度為0.1 g/mL的葡萄糖溶液,在灌胃后0、0.5、1、2 h斷尾取血,并測定0、0.5、1、2 h的血糖濃度。

2　結果與分析

2.1不同分子量的羧甲基殼聚糖對高血糖模型小鼠體質量的影響

與正常小鼠比較,糖尿病小鼠造模成功后出現多飲、多食、多尿癥狀,體毛松散,精神萎靡,活動量減少,體重明顯下降(表1)。與模型組的體重相比較,陽性對照組及各分子量的羧甲基殼聚糖組未見顯著性差異(p>0.05)。

表1　不同分子量的羧甲基殼聚糖對高血糖模型小鼠體重的影響(n=12,x±s)

表3　不同分子量的羧甲基殼聚糖對高血糖模型小鼠糖耐量的影響±s)

2.2不同分子量的羧甲基殼聚糖對高血糖模型小鼠血糖濃度的影響

給藥28 d后,各組造模小鼠的血糖值均有不同程度的降低,與模型對照組比較,空白對照組、陽性對照組以及低分子量組都能極顯著的降低造模小鼠的血糖濃度(p<0.01),中分子量組能顯著的降低造模小鼠的血糖濃度(p<0.05),而高分子量組未見顯著性(表2)。

組別給藥前(mmol·L-1)給藥28d(mmol·L-1)空白對照組4.64±0.766.36±0.91**模型對照組21.26±0.7632.07±1.47**陽性對照組21.29±0.7629.23±3.25**高分子量組21.51±0.7630.67±2.04中分子量組21.45±0.7629.93±2.97*低分子量組21.40±0.7629.61±2.43**

注:與模型對照組比較,**p<0.01,*p<0.05,表3同。

STZ對小鼠的胰島細胞造成損傷,氧自由基堆積,影響了胰島素的分泌。有研究表明,殼聚糖具有減輕自由基的損傷[22],顯著提高大鼠胰島細胞增殖和生存力的作用,并且可以促進胰島素的釋放,從而提高有效血中的生化參數,降低血清中的血糖含量[23]。實驗結果說明,低分子量的羧甲基殼聚糖對糖尿病小鼠的降血糖效果最好,原因可能是低分子量的羧甲基殼聚糖能夠更好的保護和修復胰島細胞,清除自由基,從而達到降低血糖的效果。

2.3不同分子量的羧甲基殼聚糖對高血糖模型小鼠糖耐量的影響

在0 h,空白組與模型對照組進行比較,有極顯著性差異(p<0.01),說明造模成功。高分子量組、中分子量組和低分子量組不具有顯著性差異;在0.5 h,與模型對照組進行比較,正?？瞻捉M、陽性對照組、中分子量組和低分子量組均有極顯著性差異(p<0.01),而高分子量組與模型組相比未見顯著性;在1 h,與模型對照組進行比較,正常空白組、陽性對照組、高分子量組、中分子量組和低分子量組均具有極顯著性差異(p<0.01);在2 h,與模型對照組進行比較,正?？瞻捉M、陽性對照組具有極顯著性差異(p<0.01),高分子量組和低分子量組均具有顯著性差異(p<0.05),而中分子量組與模型組相比未見顯著性(表3)。

研究發現,殼聚糖帶有陽離子氨基,具有堿性,可改善糖尿病小鼠體內酸性環境[24],從而有效提高胰島素受體對胰島素的靈敏度,提高機體的糖耐量[22]。實驗結果發現,低分子量的羧甲基殼聚糖能明顯并持續提高糖尿病小鼠的糖耐量,中分子量的羧甲基殼聚糖作用明顯,但持續時間短,而高分子量的羧甲基殼聚糖作用效果和持續性較差?？赡苁怯捎诘头肿恿眶燃谆鶜ぞ厶菐в械恼姾上鄬τ诟摺⒅蟹肿恿眶燃谆鶜ぞ厶歉菀捉怆x,可更好地改善小鼠體內酸性環境,具有持續有效地提高胰島素靈敏度的作用,從而達到增強小鼠糖耐量的最佳效果,而中分子量和高分子量的羧甲基殼聚糖效果次之。

3　結論

由于羧甲基化的程度不同,羧甲基殼聚糖的分子量也有所不同,羧甲基殼聚糖的降血糖生物活性也存在差異。本實驗設立三個實驗組(高、中、低分子量的羧甲基殼聚糖),三個對照組(空白、陽性、模型),對糖尿病小鼠的血糖濃度和糖耐量的影響效果進行了探索和比較。研究結果發現,三者均可在短時間內顯著改善糖尿病小鼠的糖耐量,低分子量羧甲基殼聚糖可以極顯著的降低造模小鼠的血糖濃度,其降血糖效果最好,中分子量羧甲基殼聚糖降血糖效果次之,高分子量羧甲基殼聚糖的降血糖效果最弱。本研究為降血糖功能性食品和治療藥物的研究提供了依據,為開發健康、安全、無毒副作用的降血糖功能食品開辟了道路,其調節血糖的作用機理還有待進一步研究。

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Effect of different molecular weight of CM-chitosan on blood glucose in diabetic mice

LI Xiao-lin,WANG Yun-hui,YIN Hai-bo,HE Jun*

(Life Science College,Yantai University,Yantai 264000,China)

Objective:To study the effect of CM-chitosan with different molecular weight on blood glucose in diabetic mice.Methods:The diabetic model was established by intraperitoneal injection of 160 mg/kg STZ(Streptozocin),and the mice were randomly divided into model group,positive control group,experimental group(high molecular weight CM-chitosan group,middle molecular weight CM-chitosan group,low molecular weight CM-chitosan group),and blank control group,with 12 rats in each group.Experimental group were daily given experimental drugs according to 990 mg/kg.b.w,model group and blank control group were daily given the same volume of distilled water,the positive control group were daily given acarbose tablets according to 20 mg/kg.b.w,totally for 28 days.After the last time,the fasting blood glucose and the glucose tolerance were measured.Results:The different molecular weight of CM-chitosan had no significant effect on the body weight of mice(p>0.05).Compared with the model group,the low molecular weight group could significantly reduce the blood glucose concentration(p<0.01),and the molecular weight can reduce the blood glucose concentration(p<0.05),but no significant effect of high molecular weight group,and the glucose tolerance of diabetic mice were improved in all the experimental group.In summary,the effect of low molecular weight CM-chitosan was the best,the middle molecular weight CM-chitosan was the second,the high molecular weight CM-chitosan was the last.

Diabetes;CM-chitosan;molecular weight;fasting blood glucose;glucose tolerance

2015-11-02

厲曉琳(1989-)，女，碩士研究生，研究方向：海洋生物資源綜合利用，E-mail:rizhaolxlok@163.com。

賀君(1963-)，男，博士，副教授，研究方向：海洋生物活性物質，E-mail:smkxy2@ytu.edu.cn。

TS201.4

A

1002-0306(2016)07-0355-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.060