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中国精品科技期刊2020

薯蓣粥对2型糖尿病大鼠肠道通透性的影响

洪雪珮, 庞书勤, 葛莉, 戴燕铃, 林心君, 李霞, 吴异兰, 王冠明, 张佳惠

洪雪珮,庞书勤,葛莉,等. 薯蓣粥对2型糖尿病大鼠肠道通透性的影响[J]. 食品工业科技,2022,43(4):379−386. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2021060096.
引用本文: 洪雪珮,庞书勤,葛莉,等. 薯蓣粥对2型糖尿病大鼠肠道通透性的影响[J]. 食品工业科技,2022,43(4):379−386. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2021060096.
HONG Xuepei, PANG Shuqin, GE Li, et al. Effect of Yam Gruel on Intestinal Permeability of Type 2 Diabetic Rats[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43(4): 379−386. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2021060096.
Citation: HONG Xuepei, PANG Shuqin, GE Li, et al. Effect of Yam Gruel on Intestinal Permeability of Type 2 Diabetic Rats[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43(4): 379−386. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2021060096.

薯蓣粥对2型糖尿病大鼠肠道通透性的影响

基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金项目(81904269);福建省自然科学基金项目(2019J01358)。
详细信息
    作者简介:

    洪雪珮(1995−),女,硕士,研究方向:老年护理,E-mail:421429060@qq.com

    通讯作者:

    庞书勤(1962−),女,博士,教授,研究方向:老年护理,E-mail:pang-shuqin@fjtcm.edu.cn

  • 中图分类号: R587.1

Effect of Yam Gruel on Intestinal Permeability of Type 2 Diabetic Rats

  • 摘要: 目的:探讨薯蓣粥对2型糖尿病(Ttype 2 diabetes mellitus,T2DM)大鼠肠道通透性的影响。方法:将35只雄性Wistar随机分为空白组8只和造模组27只。空白组大鼠饲喂普通饲料,造模组使用高脂喂养加腹部注射链脲佐菌素法制备T2DM大鼠模型,成模后大鼠随机分为模型组、薯蓣粥组、二甲双胍组;空白组、模型组每日以生理盐水灌胃5 mL,薯蓣粥组每日以薯蓣粥灌胃5 mL,二甲双胍组每日以二甲双胍水溶液灌胃5 mL,共6周;每周检测大鼠空腹血糖(Fasting Blood Glucose,FBG),干预后观察各组大鼠结肠组织学形态,检测结肠组织的炎性因子肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白介素-6(Interleukin-6,IL-6),和紧密连接蛋白Occludin、ZO-1的表达;以及血清连蛋白(Zonulin)、内毒素(Lipopolysaccharide,LPS)水平;血清TNF-α、IL-6、空腹胰岛素(Fasting insulin,FINS)水平,计算胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)。结果:模型组大鼠的肠绒毛断裂不全且间隔稀疏,同时伴有中性粒细胞渗出,薯蓣粥组、二甲双胍组大鼠的上述情况优于模型组。与空白组相比,模型组大鼠结肠TNF-α、IL-6蛋白表达增加(P<0.05),Occludin、ZO-1蛋白表达减少(P<0.05),血清中Zonulin、LPS、TNF-α、IL-6、FINS水平上升(P<0.05),FBG、HOMA-IR升高(P<0.05);与模型组相比,薯蓣粥组大鼠结肠TNF-α、IL-6蛋白表达减少(P<0.05),Occludin、ZO-1蛋白表达增加(P<0.05);血清中Zonulin、LPS、TNF-α、IL-6、FINS水平下降(P<0.05),FBG、HOMA-IR下降(P<0.05)。结论:薯蓣粥能够降低T2DM大鼠肠道通透性,进而达到减轻全身炎症反应,缓解胰岛素抵抗、改善血糖代谢的效果。
    Abstract: Objective: To explore the effect of yam gruel on intestinal permeability in T2DM rats. Methods: 35 male Wistar rats were randomly divided into blank group (n=8) and model group (n=27). The rats in the blank group were given normal diet, and the model group were fed with high-fat diet and intraperitoneal injection of streptozotocin to prepare T2DM rat model. After modeling, the rats were randomly divided into model group, yam gruel group and metformin group. The blank group and model group were given 5 mL normal saline, the yam gruel group was given 5 mL yam gruel, and the metformin group was given 5 mL metformin. Fasting blood glucose (FBG) was measured every week. After the intervention, the histological morphology of colon was observed, and the protein expressions of TNF-α, IL-6, Occludin and ZO-1 in colon tissue, and the expression of Zonulin, LPS, TNF-α, IL-6 and fins in serum were detected. HOMA-IR was calculated. Results: In the model group, the intestinal villi were incomplete and sparsely spaced, accompanied by neutrophil exudation. The above situation in yam gruel group and metformin group was better than that in the model group. In the model group, the protein expression of TNF-α and IL-6 increased (P<0.05), the protein expression of Occludin and ZO-1 decreased (P<0.05), the expression of Zonulin, LPS, TNF-α, IL-6 and FINS increased (P<0.05), FBG and HOMA-IR increased (P<0.05). In the yam gruel group, the protein expression of TNF-α and IL-6 decreased (P<0.05), the protein expression of Occludin and ZO-1 increased (P<0.05), the expression of Zonulin, LPS, TNF-α, IL-6 and FINS decreased (P<0.05), FBG and HOMA-IR decreased (P<0.05). Conclusion: Yam gruel could reduce the intestinal permeability of T2DM rats, and then reduce the systemic inflammatory response, alleviate insulin resistance and improve blood glucose.
  • 2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)是一种慢性疾病,胰岛素抵抗(Insulin resistance,IR)是T2DM的发生、发展的关键问题[1-2]。伴随着检测技术的不断进步,诸多研究不断揭示T2DM的发生发展与肠道菌群密切相关:肠道是体内的储菌库,T2DM伴发肠道菌群紊乱,具体表现为有害菌增多,益生菌减少,这将引发肠黏膜炎性反应,破坏肠道屏障结构和功能,使肠道通透性增加,肠道内大量的有害菌、毒素经被破坏的肠道屏障进入全身各组织,大量激活全身促炎因子释放(如TNF-α、IL-6等),诱发或加重机体的炎症反应,这些被大量释放的促炎因子能够破坏胰岛β细胞、干扰胰岛素的信号传导,加重胰岛素抵抗[3-6]。国内外研究显示,益生菌及其发酵合成的短链脂肪酸(Short-chain fatty acids,SCFAs)具有降低肠道炎性反应、修复肠上皮屏障的作用,能够增加肠上皮细胞紧密连接蛋白的表达,修复受损的肠道屏障[7-8]。薯蓣粥出自张锡纯的著作《医学衷中参西录》,是一味经典的中医食疗方,课题组前期研究发现:薯蓣粥能够促进T2DM患者肠道内双歧杆菌生长,促进T2DM大鼠肠道内阿克曼氏菌、梭菌等益生菌的生长,改善肠道菌群紊乱、增加SCFAs含量[9-10],由此推测薯蓣粥在调节T2DM大鼠肠道菌群、增加SCFAs的基础上,可望减轻T2DM大鼠肠道炎症反应,增加肠上皮紧密连接蛋白的表达,降低肠道通透性,下调全身炎症反应,改善胰岛素抵抗、降低血糖。本研究建立T2DM大鼠模型,通过观察各组大鼠相关指标变化,探讨薯蓣粥对T2DM大鼠肠道通透性的影响,以期对薯蓣粥的再续性研究及推广应用提供科学依据。

    35只SPF级雄性Wistar大鼠(8周龄) 上海斯莱克实验动物有限责任公司,动物许可证号:SCXK(沪)2012-0011,体重(180±10)g,在某大学动物中心清洁级动物房内饲养(伦理批号:2019-33);高脂饲料 闽侯实验动物贸易有限公司(中国福州);生铁棍山药 福州市闽侯县上街致诚医药商店;二甲双胍片 格华止,0.85g/片,国药准字:H20023371;链脲佐菌素(STZ) Sigma公司;血糖试纸 福州贝尔曼生物科技有限公司;大鼠胰岛素(INS)、连蛋白酶联免疫分析试剂盒 酶联生物科技有限公司;大鼠白介素-6、肿瘤坏死因子-α、内毒素酶联免疫分析试剂盒 南京建成生物科技有限公司;浓缩型正常山羊血清、荧光(DyLight 488)标记羊抗兔IgG、即用型SABC-POD(兔IgG)试剂盒、大鼠白介素-6抗体、肿瘤坏死因子-α抗体、内源性过氧化物酶阻断剂、EDTA抗原修复液(10×)、抗体稀释液、PBS漂洗液 武汉博士德生物科技有限公司。

    Contour TS拜安康血糖仪 德国拜耳公司;ELX808型酶联免疫检测仪 美国BIO-TEK公司;BX51显微镜 日本奥林巴斯株式会社;TGL-16B型台式高速离心机 上海安亭科学仪器厂。

    薯蓣粥:实验所需山药在指定商家购买,每日制作薯蓣粥。山药去皮后称重125 g,切片、入匀浆机,加水50 mL打成糊,250 mL凉水调入,中火加热至煮沸,维持30 s后再文火加热30 s,中火30 s-文火30 s连煮3次,过程中不中断地轻轻搅拌,最后成粥状,浓度为0.5 g/mL,冷却至37 ℃使用。根据体表面积计算方法[11]得出:每只大鼠的灌胃量是20 mL/kg·d。本实验用的T2DM大鼠体重为250~300 g,计算出灌胃剂量为5~6 mL。课题组前期实验发现,每只大鼠每次灌胃5 mL时大鼠不易死亡[10],因此每只大鼠每日灌胃5 mL薯蓣粥,其中的山药含量为5 mL/d×0.5 g/mL=2.5 g/d。二甲双胍水溶液:依据文献[11]换算得出,每只大鼠每日需100 mg/kg二甲双胍,根据大鼠体重计算出每日所需的二甲双胍药量,将所需二甲双胍药物研磨成粉,融入5 mL生理盐水,现配现用。

    将35只雄性Wistar大鼠称重、编号,使用随机数字表发随机分为空白组(8只),造模组(27只)。造模组以高脂饲料喂养6周,参照施红团队的高脂高糖饲料联合腹部小剂量注射1% STZ溶液法进行T2DM大鼠造模[12]。空白组大鼠以普通饲料喂养6周,造模日在腹腔注射等容积的柠檬酸钠缓冲液。造模72 h后经尾静脉采血测量空腹血糖(Fasting blood glucose,FBG),以FBG>11.1 mmol/L判断造模情况。本次27只大鼠进行造模,成功23只,成模率为85%。

    本次造模共成模23只大鼠,使用随机数字表法进行分组如下:模型组8只,薯蓣粥组7只,二甲双胍组8只。干预方法:空白组和模型组每日以5 mL生理盐水灌胃,薯蓣粥组大鼠每日以5 mL薯蓣粥灌胃,二甲双胍组每日以5 mL二甲双胍溶液灌胃。所有大鼠在灌胃期间正常饮水,喂养普通饲料,共干预6周。

    干预期间每周检测空腹血糖,干预结束后,所有大鼠使用2%戊巴比妥钠腹腔麻醉注射,抽取腹主动脉血2 mL,取1 cm的结肠组织两份,将每份结肠组织份用4℃磷酸盐缓冲液冰上漂洗3遍,再用无菌滤纸吸干,放入15 mL 4%多聚甲醛溶液的EP管内固定,后进行石蜡包埋。选取指标及对应检测方法如下:

    用HE染色法观察结肠组织病理学变化。将石蜡组织块切片、烘烤30 min(60 ℃),放入二甲苯溶液中脱蜡,再将切片依次放入浓度呈梯度下降的酒精、蒸馏水中。切片经梯度下降的酒精-蒸馏水洗涤后,移入苏木精溶液中浸泡,然后在用蒸馏水中洗去残余的染色液。用1%的盐酸酒精分色30 s,随后在蒸馏水中放置约5 min洗净。将染色后的切片依次放入浓度呈梯度升高的酒精及二甲苯溶液中,取出后滴树胶、封片,待切片干燥后在电子显微镜下观测结肠组织的病理表现并拍照记录[13]

    使用免疫组织化学法监测结肠TNF-α、IL-6蛋白表达。将包埋好的蜡块送至福州沃森生物科技有限公司进行检查。结果观察方法[14]:a.在透射电镜下直接观察切片情况,TNF-α与IL-6均染色在细胞质,阳性染色为黄褐色,黄褐色面积越多、颜色越深说明该蛋白的表达越高;b.使用Image J软件计算样本的强染色、中度染色、弱染色、阴性染色的面积(%),使用组织化学评分(histochemistry score,H-Score)进行计算:H-Score评分=1×弱染色面积(%)+2×中度染色(%)+3×强染色(%),评分越高说明该蛋白的表达量越高。

    使用免疫荧光组织化学法监测结肠Occludin、ZO-1蛋白表达,将包埋好的蜡块送至福州沃森生物科技有限公司进行检查。结果观察方法[14]:a.在共聚焦显微镜下观察切片情况,Occludin与ZO-1的阳性染色为荧光绿色,荧光绿色面积越多、颜色越深,说明该蛋白的表达越高;b.使用Image J软件计算样本的平均荧光强度,荧光强度越高,说明该蛋白的表达量越高。

    取血后立即使用冰冻离心机离心(12000 r/m),取上清液冰冻保存(−80 ℃),使用ELISA法监测上述指标,操作步骤严格按照ELISA试剂盒上的说明进行。根据FINS和FBG计算胰岛素抵抗指数(HOMA-IR):胰岛素抵抗指数=(空腹血糖×空腹胰岛素)/22.5。

    采用SPSS20.0软件进行统计分析,计量资料符合正态分布时采用单因素方差分析,否则用秩和检验,以P<0.05为差异有统计学意义。

    本研究共纳入8只空白组大鼠,23只T2DM大鼠,纳入的大鼠皆完成灌胃干预和样本采集,无大鼠死亡。成模的T2DM大鼠出现倦怠、活动少、多饮、多食、多尿、粪便变稀等情况,模型组大鼠的FBG极显著高于空白组(P<0.001),体重显著低于空白组(P<0.05),见表1。空白组大鼠精神状态好,活动多,反应灵活,毛发整洁,光泽度好;进食、饮水量均正常,一般情况明显优于T2DM大鼠。本实验中的T2DM大鼠空腹血糖明显升高,体重减轻,还伴有糖尿病典型的“三多一少”症状,说明本实验制造的T2DM大鼠模型符合T2DM的特点。

    表  1  造模后大鼠血糖、体重比较(ˉx±s)
    Table  1.  Comparison of FBG and body weight of rats after modeling (ˉx±s)
    组别只数体重(g)空腹血糖(mmol/L)
    空白组8321.63±10.015.76±0.44
    成模大鼠23304.30±15.13*23.79±4.51#
    注:*:与空白组相比,P<0.05;#:与空白组相比,P<0.001。
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    图1可知,空白组大鼠的结肠黏膜组织未见明显异常损伤,肠绒毛排列整齐,连接完整;模型组大鼠可观察到肠绒毛断裂不全且间隔稀疏,同时伴有中性粒细胞渗出,说明T2DM大鼠结肠组织受损,可能存在炎症反应,与其他研究结果一致[13];本研究还发现,与模型组相比,薯蓣粥组、二甲双胍组大鼠的肠绒毛排列较为整齐,完整性较好,中性粒细胞渗出减少,说明薯蓣粥、二甲双胍均能在一定程度上缓解T2DM大鼠结肠组织的损伤情况。并且,薯蓣粥组、二甲双胍组的HE染色切片在肉眼观察下没有明显差异。HE监测只能提供结肠组织的大略受损情况,可进一步进行更详尽的检测以明确不同干预手段对T2DM大鼠肠道通透性的影响。

    图  1  各组大鼠结肠组织HE染色结果(100×)
    注:a:肠绒毛断裂;b:中性粒细胞渗出。
    Figure  1.  HE staining results of colon tissue of rats in each group (100×)

    图2中,模型组与空白组相比,TNF-α、IL-6蛋白染色的阳性区域多,且颜色较深;薯蓣粥干预后能减少TNF-α、IL-6蛋白的阳性染色区域,降低阳性染色的深度,二甲双胍组与薯蓣粥组相比差异不明显。分析不同组大鼠的H-Score评分发现:与空白组相比,模型组大鼠的TNF-α、IL-6表达水平升高(P<0.01);与模型组相比,薯蓣粥组大鼠的TNF-α、IL-6表达水平降低(P<0.01),而薯蓣粥组、二甲双胍组之间没有显著差异(P>0.05),见表2

    图  2  各组大鼠结肠组织TNF-α、IL-6免疫组化染色结果(100×)
    Figure  2.  Immunohistochemical staining results of TNF-α, IL-6 in colon tissue of rats in each group (100×)
    表  2  各组大鼠结肠组织TNF-α、IL-6的H-Score得分比较(ˉx±s)
    Table  2.  Comparison of H-score scores of TNF-α and IL-6 in colonic tissue of rats in each group (ˉx±s)
    组别TNF-aIL-6
    空白组0.22±0.070.22±0.04
    模型组0.52±0.07*0.73±0.12*
    薯蓣粥组0.30±0.07#0.28±0.06#
    二甲双胍组0.31±0.05#0.33±0.04#
    注:*:与空白组相比,模型组P<0.01;#:与模型组相比,样品组P<0.01;
    表3表6同。
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    本研究发现:T2DM模型组大鼠的结肠TNF-α、IL-6蛋白含量明显升高,提示T2DM大鼠结肠组织促炎因子升高,存在炎症反应,与其他研究结果一致[15-16];高脂饮食诱导的T2DM大鼠出现肠道菌群失调,产生内毒素[15],低水平的内毒素虽然无法引起明显的肠道感染,但能够促进炎症因子(如TNF-α、IL-6、IL-1β等)分泌,造成T2DM大鼠肠道炎症水平升高[4,17];本研究中,薯蓣粥能显著降低T2DM大鼠结肠的TNF-α、IL-6蛋白表达(P<0.01),说明薯蓣粥能够有效下调T2DM大鼠肠道炎症反应。有研究指出,SCFAs是细菌的代谢产物,主要包括乙酸、丙酸、丁酸,丁酸能够下调高脂饲料喂养的载脂蛋白E基因敲除小鼠结肠组织中炎症因子IL-1β水平,说明丁酸能够下调肠道炎症反应[18]。课题组前期研究中已经证实薯蓣粥能够增加T2DM大鼠SCFAs的含量[10]。因此,推测薯蓣粥可能通过增加T2DM肠道内SCFAs的表达,下调结肠促炎因子表达,降低肠道炎症。

    ZO-1、Occludin定位于细胞膜,阳性物质染色均为荧光绿色,蓝色荧光为细胞核DAPI染色;Merge是DAPI染色与目标蛋白阳性染色的结合(ZO-1染色结果见图3;Occludin染色结果见图4)。图3图4中可见:模型组大鼠的Occludin、ZO-1蛋白的荧光染色强度低于空白组,阳性染色面积少于空白组,且皆分布零星,存在多处断裂,连续性和完整性较差。与模型组相比,薯蓣粥组大鼠结肠的Occludin、ZO-1蛋白荧光染色强度更高,阳性染色面积更多,Occludin、ZO-1蛋白分布的连续性和完整性较模型组有所改善。利用Image J软件计算平均荧光强度并进行数据分析:模型组大鼠Occludin、ZO-1蛋白的平均荧光强度较空白组显著下降(P<0.01);薯蓣粥组、模型组大鼠Occludin、ZO-1蛋白的平均荧光强度均高于模型组(P<0.01),薯蓣粥组与二甲双胍组之间没有统计学差异(P>0.05),见表3

    图  3  各组大鼠ZO-1蛋白比较(100×)
    Figure  3.  Comparison of ZO-1 of rats in each group during intervention (100×)
    图  4  各组大鼠Occludin蛋白比较(100×)
    Figure  4.  Comparison of Occludin of rats in each group during intervention (100×)
    表  3  各组大鼠结肠ZO-1、Occludin平均荧光强度值比较(ˉx±s)
    Table  3.  Comparison of the average fluorescence intensity of ZO-1 and Occludin in colon of rats in each group (ˉx±s)
    组别ZO-1Occludin
    空白组195.58±6.40199.52±6.66
    模型组111.56±11.11*143.79±10.49*
    薯蓣粥组159.17±9.79#171.47±13.16#
    二甲双胍组157.27±11.01#167.78±10.79#
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    本研究发现,与空白组相比,模型组大鼠结肠组织ZO-1、Occludin蛋白表达均明显下降,提示T2DM大鼠肠组织受损,肠道紧密连接蛋白含量减少,肠道通透性增加,与其他研究结果一致[19];有研究认为,T2DM大鼠存在肠道炎症反应,将导致炎症因子(如TNF-α、IL-6、IL-1β等)分泌增多,这些炎症因子会破坏肠道紧密连接蛋白的表达和分布,增加肠道通透性[17],本研究中T2DM大鼠结肠组织的炎症水平升高,肠道紧密连接蛋白表达下降,可以佐证这一观点。本研究还发现,薯蓣粥能显著提高T2DM大鼠结肠组织Occludin、ZO-1蛋白表达(P<0.01),结合2.2.2可知:薯蓣粥能够有效下调T2DM大鼠肠道炎症反应,保护T2DM大鼠的肠道屏障,降低肠道通透性。研究表明[20]:山药多糖CYP-1能够抑制结肠炎小鼠结肠NF/κB炎症信号通路的激活,减轻肠道炎症,进而增加紧密连接蛋白的基因表达,表明山药中的有效成分能够通过降低肠道炎症反应,降低肠道通透性,与本研究结果相符;研究表明,肠上皮细胞通过接收肠道微生物或入侵病原体的信号,来调节肠黏膜屏障和免疫细胞,适应肠道环境变化,能够向肠上皮细胞传递信号的肠道微生物主要有细菌、和细菌的代谢产物[21]。SCFAs是细菌的代谢产物,主要包括乙酸、丙酸、丁酸,目前已被证实SCFAs在维持肠道屏障的完整性中发挥重要作用:丁酸能够下调高脂饲料喂养的载脂蛋白E基因敲除小鼠结肠组织中炎症因子IL-1β水平,增加紧密连接蛋白Occludin 、ZO-1的表达,说明丁酸能够调节肠道炎症反应,降低肠道通透性[18,22]。课题组前期研究中已经证实薯蓣粥能够增加T2DM大鼠SCFAs的含量[10]。因此,推测薯蓣粥可能通过增加SCFAs,下调结肠促炎因子表达,降低肠道炎症,保护肠道黏膜屏障,降低肠道通透性。

    与空白组相比,模型组大鼠血清Zonulin、LPS、TNF-α、IL-6含量均升高(P<0.05);与模型组相比,薯蓣粥组大鼠血清Zonulin、LPS、TNF-α、IL-6含量均下降(P<0.05),薯蓣粥组IL-6的含量低于二甲双胍组(P<0.05),见表4。当肠道通透性升高时,Zonulin经肠组织进入血液,血液中的Zonulin水平可在一定程度上反映肠道损伤情况[23-24]。LPS是炎症刺激物,在肠道通透性升高时,能够通过损伤的肠道进入循环系统,诱导全身促炎因子释放,引起血液中TNF-α、IL-1β、IL-6含量上升,诱发全身低度炎症反应[13]。本研究发现,与空白组相比,模型组大鼠的血清Zonulin、LPS、TNF-α、IL-6表达均升高(P<0.05),说明在伴随着肠道通透性增加,T2DM大鼠肠道中Zonulin、LPS被释放入血,引发机体产生全身低度炎症反应[24]。机体在健康情况下,肠道屏障可以阻挡致病因素进入血液循环和其他器官,是机体抵抗病原微生物、各种毒素的第一道防线,而紧密连接蛋白是肠黏膜结构的重要组成部分,一旦发生变异、减少,都会导致肠道的屏障功能被破坏,肠道通透性增加,各种毒素、细菌、病原体将会跨越屏障,进入体循环,引发相应的疾病反应[25]

    表  4  各组大鼠血清Zonulin、LPS、TNF-α、IL-6比较(ˉx±s)
    Table  4.  Comparison of serum Zonulin, LPS, TNF-α、IL-6 of rats in each group during intervention (ˉx±s)
    组别Zonulin(ng/mL)LPS(U/L)TNF-a(pg/mL)IL-6(pg/mL)
    空白组24.03±3.4226.60±3.4311.97±3.618.88±2.94
    模型组37.17±7.68*96.54±14.94*44.03±5.68*35.36±3.43*
    薯蓣粥组23.47±2.85#37.45±4.93#24.06±2.10#13.78±3.16#
    二甲双胍组22.29±4.03#40.62±5.78#25.72±2.43#19.34±5.09#△
    注:两两比较中,*:与空白组相比,P<0.05;#:与模型组相比,P<0.05。
    △:与薯蓣粥组相比,P<0.05。
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    本研究中发现,薯蓣粥能够下调T2DM大鼠血清Zonulin、LPS、TNF-α、IL-6的表水平,并且薯蓣粥降低T2DM大鼠血清IL-6表达水平的效果优于二甲双胍组(P<0.05),说明薯蓣粥能够降低T2DM大鼠的肠道通透性,缓解机体炎症水平。薯蓣粥对T2DM大鼠的抗炎作用可能与以下原因有关:a.山药中的有效成分具有缓解机体炎症水平的作用:薯蓣皂苷是山药的有效活性成分,它能够降低T2DM大鼠血清TNF-α、IL-6水平[26-27];b.薯蓣粥通过调节肠道微生物,发挥降低肠道通透性、缓解炎症反应的作用:薯蓣粥能够增加T2DM大鼠的SCFAs含量,上调肠道内AKK菌的相对丰度[10],SCFAs在多项研究中皆证明它具备调节肠道免疫功能,抑制炎症反应,从而降低肠道通透性,减低循环内毒素,缓解机体炎症反应[28-29];AKK菌能够改善高脂诱导的肥胖大鼠肠道屏障功能受损的情况,减轻代谢性内毒素血症,从而减轻由高脂饮食诱导的全身炎症反应[30]

    与空白组相比,模型组大鼠FINS、HOMA-IR升高(P<0.05);与模型组相比,薯蓣粥组的FINS、HOMA-IR降低(P<0.01);薯蓣粥组和二甲双胍组相比,没有统计学差异(P>0.05),见表5

    表  5  各组大鼠FINS、HOMA-IR比较
    Table  5.  5Comparison of FINS、HOMA-IR of rats in each group during intervention
    组别FINS(mU/L)HOMA-IR
    空白组44.44±2.6213.53±2.07
    模型组52.34±5.15*49.53±11.14*
    薯蓣粥组46.44±4.60#24.40±7.62#
    二甲双胍组42.81±3.95#26.58±4.85#
    注:两两比较中,*:与空白组相比,P<0.05;#:与模型组相比,P<0.01。
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    本研究中,T2DM模型大鼠的FINS、HOMA-IR水平显著升高(P<0.05),经薯蓣粥干预后,FINS、HOMA-IR显著下降(P<0.01),说明薯蓣粥能够有效降低T2DM大鼠的胰岛素分泌水平,缓解胰岛素抵抗。有研究表明,炎症因子能够参与胰岛素信号通路并干扰其信号传导,造成胰岛素抵抗[31-32]:TNF-α、IL-6都是促炎细胞因子,浓度升高时将加速破坏胰岛细胞,同时还会抑制胰岛素受体底物正常的酪氨酸磷酸化,减少胰岛素受体与胰岛素受体底物的结合阻碍胰岛素信号传导,导致胰岛素抵抗[32];本研究中,薯蓣粥可能通过以下渠道下调T2DM大鼠体内的炎症水平,缓解IR:a.增加益生菌:薯蓣粥在前期研究基础中被证实能够增加T2DM患者的肠道内双歧杆菌含量[9],有研究显示,双歧杆菌是益生菌,向T2DM患者补充双歧杆菌、乳杆菌能够下调患者血液中的LPS、TNF-α、IL-6的含量,降低胰岛素和胰岛素抵抗指数,缓解胰岛素抵抗[33];b.增加SCFAs:课题组前期研究已经发现薯蓣粥能够通过改善T2DM大鼠肠道菌群,增加SCFAs,进而降低IR水平[10]

    干预过程中,模型组大鼠空腹血糖始终高于11.1 mmol/L,与空白组相比有统计学意义(P<0.01)。干预的第4周、第5周和干预后,模型组大鼠的FBG明显低于薯蓣粥组和二甲双胍组,差异具有统计学意义(P<0.01);在干预期间直至干预结束,薯蓣粥组、二甲双胍组的FBG相比,没有统计学差异(P>0.05,见表6)。重复测量方差分析显示,各组大鼠FBG变化存在时间效应(F=2.818,P=0.022)、分组效应(F=41.269,P=0.000),即不同的干预方法和干预时间将影响T2DM大鼠的FBG。

    表  6  各组大鼠干预期间FBG比较(ˉx±s,mmol/L)
    Table  6.  Comparison of FBG of rats in each group during intervention (ˉx±s, mmol/L)
    组别第1周第2周第3周第4周第5周干预后
    空白组6.14±0.436.16±0.536.44±0.356.06±0.486.23±0.346.82±0.78
    模型组22.49±5.55*19.41±4.07*22.09±5.43*22.70±3.88*24.00±4.36*21.06±8.97*
    薯蓣粥组17.11±8.8717.44±6.5917.50±3.6115.48±2.92#13.76±2.93#12.11±2.60#
    二甲双胍组19.61±5.5318.45±5.4218.10±3.9616.60±2.25#14.25±2.02#12.79±2.01#
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    本研究发现,T2DM模型大鼠FBG明显升高,经薯蓣粥干预后出现显著下降(P<0.01),薯蓣粥和二甲双胍的降糖效果没有显著差异(P>0.05);说明T2DM大鼠血糖升高,经薯蓣粥灌胃后得到明显改善。薯蓣粥仅由一味生怀山药构成,山药及其有效成分具有降糖作用:山药多糖能够改善高脂饮食配合STZ诱导的T2DM大鼠的糖脂代谢,降低血糖水平[34];薯蓣皂苷能减轻糖尿病肾病大鼠的肾损伤,减低血糖水平[35]。IR是T2DM的典型标志,机体对胰岛素的利用、清除能力下降将导致血糖升高,而持续的高胰岛素、高血糖水平会进一步加重IR,缓解IR水平将有助于降低血糖水平,改善T2DM疾病预后[36]。综上所述,可以得出:薯蓣粥能够通过调节T2DM大鼠SCFAs的含量,降低肠道炎症,维护肠道屏障功能,降低肠道通透性,进而减轻全身炎症反应,达到缓解IR,降低血糖的效果。

    本研究制造了T2DM大鼠模型,并进行为期6周的灌胃实验,最终发现:薯蓣粥能够下调T2DM大鼠结肠TNF-α、IL-6的表达水平,缓解肠道炎症水平,促进结肠紧密连接蛋白Occludin、ZO-1的表达水平提高,减轻肠道损伤,维护肠道屏障功能,降低肠道通透性,进而下调血清中Zonulin、LPS、TNF-α、IL-6的表达水平,降低血清空腹胰岛素含量、胰岛素抵抗指数、空腹血糖。即薯蓣粥能够通过减轻T2DM大鼠肠道炎症水平,促进肠道通透性下降,进而下调全身炎症水平,缓解胰岛素抵抗,改善血糖。

  • 图  1   各组大鼠结肠组织HE染色结果(100×)

    注:a:肠绒毛断裂;b:中性粒细胞渗出。

    Figure  1.   HE staining results of colon tissue of rats in each group (100×)

    图  2   各组大鼠结肠组织TNF-α、IL-6免疫组化染色结果(100×)

    Figure  2.   Immunohistochemical staining results of TNF-α, IL-6 in colon tissue of rats in each group (100×)

    图  3   各组大鼠ZO-1蛋白比较(100×)

    Figure  3.   Comparison of ZO-1 of rats in each group during intervention (100×)

    图  4   各组大鼠Occludin蛋白比较(100×)

    Figure  4.   Comparison of Occludin of rats in each group during intervention (100×)

    表  1   造模后大鼠血糖、体重比较(x¯±s)

    Table  1   Comparison of FBG and body weight of rats after modeling (x¯±s)

    组别只数体重(g)空腹血糖(mmol/L)
    空白组8321.63±10.015.76±0.44
    成模大鼠23304.30±15.13*23.79±4.51#
    注:*:与空白组相比,P<0.05;#:与空白组相比,P<0.001。
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    表  2   各组大鼠结肠组织TNF-α、IL-6的H-Score得分比较(x¯±s)

    Table  2   Comparison of H-score scores of TNF-α and IL-6 in colonic tissue of rats in each group (x¯±s)

    组别TNF-aIL-6
    空白组0.22±0.070.22±0.04
    模型组0.52±0.07*0.73±0.12*
    薯蓣粥组0.30±0.07#0.28±0.06#
    二甲双胍组0.31±0.05#0.33±0.04#
    注:*:与空白组相比,模型组P<0.01;#:与模型组相比,样品组P<0.01;
    表3表6同。
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    表  3   各组大鼠结肠ZO-1、Occludin平均荧光强度值比较(x¯±s)

    Table  3   Comparison of the average fluorescence intensity of ZO-1 and Occludin in colon of rats in each group (x¯±s)

    组别ZO-1Occludin
    空白组195.58±6.40199.52±6.66
    模型组111.56±11.11*143.79±10.49*
    薯蓣粥组159.17±9.79#171.47±13.16#
    二甲双胍组157.27±11.01#167.78±10.79#
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    表  4   各组大鼠血清Zonulin、LPS、TNF-α、IL-6比较(x¯±s)

    Table  4   Comparison of serum Zonulin, LPS, TNF-α、IL-6 of rats in each group during intervention (x¯±s)

    组别Zonulin(ng/mL)LPS(U/L)TNF-a(pg/mL)IL-6(pg/mL)
    空白组24.03±3.4226.60±3.4311.97±3.618.88±2.94
    模型组37.17±7.68*96.54±14.94*44.03±5.68*35.36±3.43*
    薯蓣粥组23.47±2.85#37.45±4.93#24.06±2.10#13.78±3.16#
    二甲双胍组22.29±4.03#40.62±5.78#25.72±2.43#19.34±5.09#△
    注:两两比较中,*:与空白组相比,P<0.05;#:与模型组相比,P<0.05。
    △:与薯蓣粥组相比,P<0.05。
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    表  5   各组大鼠FINS、HOMA-IR比较

    Table  5   5Comparison of FINS、HOMA-IR of rats in each group during intervention

    组别FINS(mU/L)HOMA-IR
    空白组44.44±2.6213.53±2.07
    模型组52.34±5.15*49.53±11.14*
    薯蓣粥组46.44±4.60#24.40±7.62#
    二甲双胍组42.81±3.95#26.58±4.85#
    注:两两比较中,*:与空白组相比,P<0.05;#:与模型组相比,P<0.01。
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    表  6   各组大鼠干预期间FBG比较(x¯±s,mmol/L)

    Table  6   Comparison of FBG of rats in each group during intervention (x¯±s, mmol/L)

    组别第1周第2周第3周第4周第5周干预后
    空白组6.14±0.436.16±0.536.44±0.356.06±0.486.23±0.346.82±0.78
    模型组22.49±5.55*19.41±4.07*22.09±5.43*22.70±3.88*24.00±4.36*21.06±8.97*
    薯蓣粥组17.11±8.8717.44±6.5917.50±3.6115.48±2.92#13.76±2.93#12.11±2.60#
    二甲双胍组19.61±5.5318.45±5.4218.10±3.9616.60±2.25#14.25±2.02#12.79±2.01#
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-09
  • 网络出版日期:  2021-12-13
  • 刊出日期:  2022-02-14

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