【摘 要】
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魔芋是多年生天星科草本植物,主要活性成分是根部贮藏的魔芋葡甘聚糖(konjac Glucomannan,KGM),现已被广泛应用于食品及医药等多个领域。魔芋低聚糖(konjac oligosaccharide,KOS)由魔芋葡甘露聚糖降解而成,具有改善糖脂代谢紊乱、抗氧化应激、抗肿瘤及免疫调节等生理功能。虽然目前国内外已有许多关于KOS功能的报道,但在分子水平上研究KOS调节糖尿病诱发的代谢综合征
【基金项目】
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国家重点基础研究发展计划:中华传统蒸制含馅面类食品工业化加工关键技术研究与装备开发(项目编号2016YFD0400401-2);
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魔芋是多年生天星科草本植物,主要活性成分是根部贮藏的魔芋葡甘聚糖(konjac Glucomannan,KGM),现已被广泛应用于食品及医药等多个领域。魔芋低聚糖(konjac oligosaccharide,KOS)由魔芋葡甘露聚糖降解而成,具有改善糖脂代谢紊乱、抗氧化应激、抗肿瘤及免疫调节等生理功能。虽然目前国内外已有许多关于KOS功能的报道,但在分子水平上研究KOS调节糖尿病诱发的代谢综合征及相关机制的报道尚少。因此,本文初步分析了 KOS对糖尿病大鼠糖脂代谢紊乱、氧化应激水平和肝损伤的调节作用,并进一步通过高通量测序和RT-qPCR技术在分子水平上进行作用机制的研究,以期为KOS改善糖尿病诱发的代谢综合症状提供更深入的理论指导。以SD雄性大鼠为研究对象,随机分为四组:正常组(Normal control,NC)、糖尿病模型组(Diabetes model control,DC)、魔芋低聚糖低剂量组(Konjac oligosaccharide low dose control,L-KOS)、魔芋低聚糖高剂量组(Konjac oligosaccharide high dose control,H-KOS)。通过尾静脉注射链脲佐菌素的方法建立糖尿病模型,灌胃干预四周后,初步研究魔芋低聚糖对糖尿病大鼠生长状态、进食量、饮水量、空腹血糖浓度、血清脂质代谢、胰岛素水平、氧化应激水平,肝功能,短链脂肪酸(Short chain fatty acids,SCFAs)相关指标的影响,并通过分子生物学和宏基因组学方法进一步研究了魔芋低聚糖对糖尿病大鼠糖脂代谢及氧化应激相关基因表达量和肠道菌群结构的影响。结果表明,与糖尿病模型组相比,KOS可显著改善糖尿病大鼠的生长状态,减少糖尿病大鼠的进食量和饮水量,抑制糖尿病大鼠体重下降的趋势,降低糖尿病大鼠空腹血糖的浓度,促进糖尿病大鼠胰岛素分泌的水平;两干预组大鼠血清中甘油三酯(TG)、总胆固醇(T-CHO)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)浓度较糖尿病模型组均显著降低(P<0.05),高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)浓度均显著升高(P<0.05),从而改善糖尿病大鼠脂代谢紊乱;KOS干预后,与糖尿病模型组大鼠相比,两干预组大鼠血清中超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)和总抗氧化能力(T-AOC)均升高(P<0.05),丙二醛(MDA)含量降低(P<0.05),其中魔芋低聚糖高剂量组抗氧化效果更显著;肝功能和炎症因子指标及肝脏组织病理切片结果显示,与糖尿病模型组相比,KOS干预可减小糖尿病引起的肝脏损伤。参与糖脂代谢和氧化应激途径的基因分析结果表明,与糖尿病模型组大鼠相比,糖原合成相关基因GS2、GYG1,胰岛素诱导相关基因Insig1、Insig2,氧化应激相关基因Hmox1、Egfr、Pm1的表达量均显著上调(P<0.05)。糖异生相关基因G6PC1,甘油三酯合成相关基因SREBP-1、脂肪酸合成相关基因ACC、FAS、Fads1,氧化应激相关基因IGFBP-1的表达量较糖尿病组均显著下调(P<0.05)。因此,魔芋低聚糖可通过调控糖脂代谢和氧化应激途径的相关基因的表达量来更有效的改善糖尿病大鼠的糖脂代谢紊乱和抗氧化应激水平。高通量测序和气相色谱结果表明,与糖尿病模型组相比,KOS可提高糖尿病大鼠短链脂肪酸中乙酸、丙酸和丁酸的浓度,增加肠道菌群的多样性和丰富性,在门水平上,可显著降低Bacteroides/Firmicutes值,在科水平上,可显著增加乳酸菌科(Lactobacillaceae)、毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)、瘤胃菌科(Ruminococcaceae)的相对丰度,降低拟杆菌目S24-7群(BacteroidalesS24-7group)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)的相对丰度。
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