低血糖生成指數(shù)面條對(duì)糖尿病小鼠糖脂代謝的影響

余夢(mèng)玲，張三杉，張 巧，何雨婕，李 賢，雷 激

（西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，四川 成都 610000）

糖尿病是一種復(fù)雜的代謝紊亂型疾病，高血糖是其主要特性[1]。目前中國(guó)的糖尿病患者數(shù)量已位于世界前列，糖尿病患者長(zhǎng)期高血糖癥狀會(huì)引起多系統(tǒng)損傷，嚴(yán)重影響患者身心健康。研究表明，糖尿病可通過(guò)合理科學(xué)的膳食來(lái)輔助治療，而健康人群也可以通過(guò)控制飲食來(lái)預(yù)防糖尿病[2]。

血糖生成指數(shù)（Glycemic Index，GI）指的是攝入含50 g 碳水化合物的食物后，在一定時(shí)間內(nèi)（2 h）體內(nèi)血糖應(yīng)答水平與食用相當(dāng)量的葡萄糖或白面包引起的血糖應(yīng)答水平的比值[3]。根據(jù)GI 值的大小可將食物分為：高GI 食物（GI 大于70），中GI 食物（GI 在55～70 之間），低GI 食物（GI 小于55）[4]。低GI 食物能夠被緩慢消化，食用以后不會(huì)引起血糖較大的變化[5]。而高GI 食品則可能造成葡萄糖峰值和胰島素需求升高，進(jìn)而引起糖尿病，有研究報(bào)道表明食用高GI 值的食品使得2 型糖尿病發(fā)病率增加37%[6]。目前低GI 食物的研發(fā)中，國(guó)外有研究顯示鷹嘴豆粉、豌豆粉、扁豆粉和大豆粉可使面包中快消化淀粉含量減少、GI 降低[7]，海帶和橄欖油的添加可降低米飯GI 值[8]，添加蘋果果皮可降低蛋糕GI 值[9]。國(guó)內(nèi)有相關(guān)研究顯示超細(xì)豆渣粉可使面包GI 值降低[10]，以黃豆粉、小麥粉、小米粉為原料可研發(fā)低GI 雜糧復(fù)合饅頭[11]，蕎麥、燕麥也可制備出低GI 面條[12]。

面條是一種重要的主食，廣受全球消費(fèi)者青睞。但傳統(tǒng)面條通常以精白小麥面粉加工而成，其淀粉消化速度較快，GI 值較高，不適合糖尿病患者食用。目前市場(chǎng)上研究適合高血糖、糖尿病等慢性病人食用的面條較少，開發(fā)低GI 面條并對(duì)其降血糖等功效進(jìn)行驗(yàn)證研究的報(bào)道并不多[13]。因此本試驗(yàn)以鏈脲佐菌素（Streptozocin，STZ）誘導(dǎo)的糖尿病小鼠為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以前期制備的低GI 面條為原料，探討其對(duì)糖尿病小鼠糖代謝、脂代謝的調(diào)節(jié)作用，為低GI 食品的開發(fā)提供一定參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高筋小麥粉 中糧糧油工業(yè)有限公司；海藻酸鈉 浙江一諾生物科技有限公司；食鹽 江蘇蘇鹽井神股份有限公司；鷹嘴豆粉 木壘縣農(nóng)家兄弟農(nóng)業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司；魔芋精粉 湖北強(qiáng)森魔芋科技有限公司；30 只SPF 級(jí)雄性昆明小鼠（體重30 g 左右，生產(chǎn)許可證號(hào)：SCXK（川）2022-030）、普通鼠糧 成都達(dá)碩生物科技有限公司；肝糖原、糖化血清蛋白（Glycated Serum Proteins，GSP）、血清高密度脂蛋白膽固醇（High Density Lipoprotein-Cholesterol，HDLC）、低密度脂蛋白膽固醇（Low Density Lipoprotein-Cholesterol，LDL-C）、胰島素（Insulin，INS）、總膽固醇（Total Cholesterol，TC）、血清甘油三酯（Total Triacylglycerol，TG）等試劑盒 上海茁彩生物科技有限公司；鏈脲佐菌素 美國(guó)sigma-aldrich 公司；鹽酸、檸檬酸、三氯乙酸、磷酸二氫鈉、甲醛、磷酸氫二鈉、葡萄糖溶液等 均為分析純，成都科隆化學(xué)品有限公司；山藥、芹菜 市售。

JCD-5 型家用電動(dòng)壓面機(jī) 浙江天禧科技有限公司；590 型魚躍血糖測(cè)試儀 江蘇魚躍醫(yī)療設(shè)備股份有限公司；UV-2600 型紫外分光光度計(jì) 上海譜元儀器有限公司；5804 R 冷凍離心機(jī) 北京龍躍生物科技發(fā)展有限公司；PHS-320 pH 計(jì) 上海霄盛有限公司；KZ-III-F 高速低溫組織研磨儀 武漢賽維爾生物科技有限公司；BMJ-A 型包埋機(jī) 常州郊區(qū)中威電子儀器廠）；RS36 型全自動(dòng)染色機(jī) 常州派斯杰醫(yī)療設(shè)備有限公司；PHY-Ⅲ型病理組織漂烘儀常州市中威電子儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 面條制備 普通面條制備參照胡玲等[14]的配方，按以下工藝和配方制備：100 g 小麥粉，添加2 g食鹽，0.4 g 海藻酸鈉，加40 mL 水和面，面團(tuán)醒制（30 ℃，2 h），壓片，切條（寬2.0 mm，厚1.0 mm），自然晾干。低GI 面條制備：將普通面條的100 g 小麥粉換成52 g 小麥粉，25 g 鷹嘴豆粉、15 g 山藥粉、8 g魔芋精粉，40 mL 和面水用30 mL 芹菜汁和10 mL水代替，其他制備配方和工藝不變。本實(shí)驗(yàn)室測(cè)定普通面條和低GI 面條的GI 值分別為84.39±0.35 和54.46±0.67，相關(guān)內(nèi)容將另文報(bào)道。

1.2.2 小鼠飼養(yǎng) 小鼠飼養(yǎng)于SPF 級(jí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，先喂食普通鼠糧適應(yīng)性喂養(yǎng)一周（溫度24 ℃，相對(duì)適度50%）。然后參照高雅君[15]的方法。按照最佳制備工藝制備普通面條和低血糖指數(shù)面條煮熟后作為飼料飼喂小鼠的原料。（本實(shí)驗(yàn)已通過(guò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理委員會(huì)的審查，所有動(dòng)物操作均按照《四川省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理辦法》進(jìn)行）。

1.2.3 STZ 誘導(dǎo)糖尿病小鼠模型的建立及分組 參照王波[16]的方法。將30 只小鼠隨機(jī)取出20 只，一次性腹腔注射1% STZ（80 mg/kg·BW），72 h 后再次注射（劑量同前），一周后尾部取血測(cè)定血糖，血糖濃度≥11.1 mmol/L 則表示糖尿病小鼠建模成功。將所有小鼠分為3 組，每組10 只：分別為模型對(duì)照組（飼喂普通面條的糖尿病小鼠）、低GI 面條干預(yù)組（飼喂低GI 面條的糖尿病小鼠），未建模小鼠則為正常對(duì)照組（飼喂普通面條正常小鼠），每組小鼠自由取食。

1.2.4 小鼠體重的測(cè)定 小鼠喂養(yǎng)過(guò)程中給予足夠的飼料（不同組別飼料分別為：普通面條、低GI 面條），每3 d 定時(shí)稱量并記錄小鼠體重。為消除進(jìn)食對(duì)小鼠體重的影響，測(cè)定體重前，對(duì)小鼠進(jìn)行禁食不禁水12 h 處理。

1.2.5 小鼠空腹血糖的測(cè)定 建模成功作為第0 周，每周測(cè)定一次，實(shí)驗(yàn)周期為7 周，小鼠禁食12 h 后尾部取血測(cè)定血糖。

1.2.6 小鼠口服糖耐量的測(cè)定 末次喂食后小鼠禁食不禁水12 h，灌胃25%葡萄糖溶液（2.0 g/kg·BW）。在灌胃后0、0.5、1、1.5 和2 h 分別測(cè)定血糖含量，并用Origin 2021 計(jì)算口服葡萄糖耐量（Oral Glucose Tolerance Test，OGTT）血糖曲線下面積（AUC）。

1.2.7 小鼠血清生化指標(biāo)的測(cè)定 將上述三組小鼠禁食不禁水10 h，處死前眼眶取血，離心（4000 r/min、4 ℃）15 min 后取血清。采用全自動(dòng)生化儀測(cè)定血清中TC、TG、HDL-C 和LDL-C 的水平。

1.2.8 小鼠血清糖化蛋白（GSP）、胰島素（INS）的測(cè)定 取1.2.7 備用血清，采用相應(yīng)試劑盒分別測(cè)定GSP 和INS。

1.2.9 小鼠肝糖原的測(cè)定 小鼠處死后取0.1 g 肝臟組織，加入磷酸鹽緩沖溶液進(jìn)行組織勻漿，勻漿液離心15 min（3000 r/min），取上清液采用肝糖原試劑盒進(jìn)行測(cè)定。

1.2.10 小鼠臟器指數(shù)的測(cè)定 將上述三組小鼠禁食不禁水10 h 后處死解剖，摘取心臟、脾臟、腎臟，生理鹽水沖洗干并記錄重量。按公式計(jì)算臟器指數(shù)：

1.2.11 小鼠肝臟、胰腺組織形態(tài)學(xué)觀察 小鼠處死后取小鼠肝臟、胰腺組織。參照秦川等[17]研究方法進(jìn)行肝臟、胰腺組織形態(tài)學(xué)觀察。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010 分析處理，通過(guò)SPSS 19.0 進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05），結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 低GI 面條對(duì)小鼠一般情況和體重的影響

糖尿病小鼠建模成功后的空腹血糖超過(guò)11.1 mmol/L，說(shuō)明建模成功。糖尿病小鼠造模成功后作為第0 d，每3 d 測(cè)定一次小鼠體重，觀察小鼠生長(zhǎng)情況。共喂食51 d。由圖1 可知，正常對(duì)照組在0～51 d 內(nèi)體重呈上升趨勢(shì)，在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)體重顯著增加19.0%（P＜0.05），在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)觀察到小鼠有活力，行動(dòng)敏捷、毛發(fā)有光澤。模型對(duì)照組小鼠體重顯著低于正常對(duì)照組小鼠（P＜0.05），在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)體重降低15.4%（P＜0.05），在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)觀察到小鼠毛發(fā)缺乏光澤，精神較差，并且出現(xiàn)多飲，多尿，多食等癥狀。而低GI 面條干預(yù)組小鼠體重雖顯著低于正常對(duì)照組小鼠（P＜0.05），但在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，體重增加12.4%，同時(shí)從第12 d 后與模型對(duì)照組小鼠的體重相比，低GI 面條干預(yù)組小鼠體重有顯著提高（P＜0.05），而且試驗(yàn)中后期整體精神狀態(tài)較好，毛發(fā)逐漸恢復(fù)光澤。由此可以說(shuō)明低GI 面條能夠顯著改善糖尿病小鼠體型消瘦、體重下降等癥狀。

圖1 低GI 面條對(duì)小鼠體重的影響（n=10）Fig.1 Effect of low GI noodles on the body weight of the mice (n=10)

2.2 低GI 面條對(duì)小鼠空腹血糖的影響

根據(jù)《中國(guó)2 型糖尿病防治指南（2020 年版）》中糖尿病的診斷標(biāo)準(zhǔn)，空腹血糖在3.9～6.1 mmol/L 之間表示正常，高于7.0 mmol/L 則可能是糖尿病[18]。由表1 可知，飼喂期間正常對(duì)照組小鼠的空腹血糖水平在正常范圍5 mmol/L 左右波動(dòng)。0 周時(shí)模型對(duì)照組和低GI 面條干預(yù)組小鼠空腹血糖相差不大，繼續(xù)飼喂普通面條和低GI 面條，模型對(duì)照組小鼠空腹血糖值顯著增大（P＜0.05），且在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期內(nèi)一直處于較高水平。低GI 面條干預(yù)組小鼠空腹血糖值隨喂養(yǎng)周數(shù)的增加在喂食三周后呈降低趨勢(shì)，低GI 面條干預(yù)組小鼠與模型對(duì)照組小鼠相比，在0～2 周空腹血糖值無(wú)顯著性差異（P＞0.05），在3～7 周內(nèi)有顯著性降低（P＜0.05），0～7 周內(nèi)，與模型對(duì)照組小鼠相比，低GI 面條干預(yù)組小鼠空腹血糖值降低了53.41%。由此可知，低GI 面條對(duì)糖尿病小鼠的高血糖癥狀有顯著改善效果，長(zhǎng)期食用低GI 面條有助于糖尿病小鼠空腹血糖的改善。

表1 低GI 面條對(duì)小鼠空腹血糖的影響（n=10）Table 1 Effect of low GI noodles on fasting blood glucose in mice (n=10)

2.3 低GI 面條對(duì)小鼠口服葡萄糖耐量的影響

糖耐量是通過(guò)對(duì)空腹12 h 的小鼠灌胃葡萄糖并監(jiān)控小鼠灌胃前（灌胃開始計(jì)時(shí)，記為0 h）到灌胃后2 h 內(nèi)血糖變化，來(lái)表征小鼠胰島素抵抗[19]。由圖2可知，正常對(duì)照組小鼠灌胃葡萄糖后2 h 內(nèi)，其血糖值呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)，在0.5 h 達(dá)到最大值，2 h 后降到正常水平。模型對(duì)照組小鼠和低GI 面條干預(yù)組小鼠2 h 內(nèi)血糖水平變化趨勢(shì)與正常對(duì)照組小鼠一致，但血糖值始終偏高，其中低GI 面條干預(yù)組小鼠血糖水平顯著低于模型對(duì)照組小鼠（P＜0.05）。從表2可以看出，模型對(duì)照小鼠AUC 顯著高于正常小鼠（P＜0.05），低GI 面條干預(yù)組小鼠AUC 顯著低于模型對(duì)照組小鼠（P＜0.05）。綜上說(shuō)明低GI 面條可以有效改善糖尿病小鼠的葡萄糖耐量。

圖2 低GI 面條對(duì)小鼠血糖水平的影響（n=10）Fig.2 Effect of low GI noodles on blood sugar level in mice (n=10)

表2 低GI 面條對(duì)小鼠血糖AUC 的影響（n=10）Table 2 Effect of low GI noodles on blood sugar AUC in mice (n=10)

2.4 低GI 面條對(duì)糖尿病小鼠血清生化指標(biāo)的影響

糖尿病患者通常會(huì)發(fā)生脂代謝異常[20]，而對(duì)于體內(nèi)血脂代謝異常通常表現(xiàn)為血清中TC、TG 和LDL-C 異常升高，HDL-C 的異常降低[21]。由表3 可知，與正常對(duì)照組小鼠相比，模型對(duì)照組小鼠血清中的HDL-C 顯著降低（P＜0.05），LDL-C、TC 和TG 顯著增加（P＜0.05）；低GI 面條干預(yù)組小鼠血清中的TC和TG 顯著增加（P＜0.05），而HDL-C，LDL-C 無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。而與模型對(duì)照組相比，低GI 面條干預(yù)組小鼠血清中TG 濃度顯著降低（P＜0.05），LDL-C 和TC 濃度有所降低，HDL-C 濃度有所增加，說(shuō)明低GI 面條對(duì)糖尿病小鼠血脂的異常代謝有改善作用。

表3 低GI 面條對(duì)糖尿病小鼠血清生化指標(biāo)的影響（n=10）Table 3 Effect of low GI noodles on serum biochemical indicators in diabetic mice (n=10)

2.5 低GI 面條對(duì)糖尿病小鼠血清糖化蛋白（GSP）的影響

糖化血清蛋白可以表征患者近期體內(nèi)的血糖代謝狀況，是用來(lái)評(píng)價(jià)近期糖尿病控制的可靠指標(biāo)[22]。由表4 可知，與正常對(duì)照組相比，兩組糖尿病小鼠血清中GSP 濃度顯著增高（P＜0.05），而與模型對(duì)照組比較，低GI 面條干預(yù)組小鼠血清中GSP 濃度顯著降低（P＜0.05）。說(shuō)明食用低GI 面條的糖尿病小鼠血液中葡萄糖濃度低于食用普通面條糖尿病小鼠血液中葡萄糖濃度，糖尿病癥狀有所緩解。這可能是因?yàn)榈虶I 面條配方中的鷹嘴豆粉富含蛋白質(zhì)，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定約為24.2%，為高筋小麥粉蛋白質(zhì)含量的2.5 倍左右，多項(xiàng)研究表明，由于蛋白質(zhì)對(duì)淀粉具有包埋作用，使淀粉難以消化吸收轉(zhuǎn)化為葡萄糖[23]。另外鷹嘴豆中淀粉含量為64.1%，其中抗性淀粉含量為4.61%（占總質(zhì)量），約為小麥粉的2 倍。此外配方中的山藥含有山藥多糖，山藥多糖具有降血糖血脂等功效[24]，Zhao 等[25]研究發(fā)現(xiàn)山藥多糖可抑制α-葡萄糖苷酶活性，從而降低血糖。

表4 低GI 面條對(duì)糖尿病小鼠血清糖化蛋白（GSP）的影響（n=10）Table 4 Effect of low GI noodles on serum glycosylated protein (GSP) in diabetic mice (n=10)

2.6 低GI 面條對(duì)糖尿病小鼠胰島素（INS）測(cè)定的影響

糖尿病小鼠胰島素的作用效果較差，因此胰島素水平能充分反映糖尿病小鼠的嚴(yán)重程度[26]。由表5 可知，兩組糖尿病小鼠血清中INS 濃度顯著低于正常小鼠（P＜0.05）；而與模型組相比，低GI 面條的干預(yù)顯著增大（P＜0.05）小鼠血清中INS 濃度。說(shuō)明低GI 面條可以增加糖尿病小鼠體內(nèi)胰島素水平，改善癥狀。這可能是由于配方中的鷹嘴豆富含蛋白質(zhì)，山藥、魔芋精粉、芹菜汁富含膳食纖維，有研究表明食品中的蛋白質(zhì)、膳食纖維能刺激其體內(nèi)胰島素分泌，導(dǎo)致血糖應(yīng)答下降[27-28]。

表5 低GI 面條對(duì)糖尿病小鼠胰島素（INS）測(cè)定的影響（n=10）Table 5 Effect of low GI noodles on insulin (INS)determination in diabetic mice (n=10)

2.7 低GI 面條對(duì)小鼠肝糖原的影響

肝臟可將過(guò)多的葡萄糖合成為糖原儲(chǔ)存，防止血糖過(guò)高。研究表明肝糖原減少與糖尿病發(fā)病緊密相關(guān)，糖原的合成和降解對(duì)于維持血糖的穩(wěn)定十分重要[29]。表6 統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，與正常對(duì)照組小鼠相比，兩組糖尿病小鼠肝臟勻漿中肝糖原濃度顯著降低（P＜0.05）；與模型對(duì)照組相比，低GI 面條干預(yù)組小鼠肝臟勻漿中肝糖原濃度顯著升高（P＜0.05）。說(shuō)明糖尿病小鼠的糖原代謝機(jī)制被破壞，代謝發(fā)生紊亂，而低GI 面條可促進(jìn)糖尿病小鼠的肝糖原合成，改善糖尿病小鼠糖原代謝。

表6 低GI 面條對(duì)小鼠肝糖原的影響（n=10）Table 6 Effect of low GI noodles on liver glycogen in mice (n=10)

2.8 低GI 面條對(duì)小鼠臟器指數(shù)的影響

在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，臟器重量是衡量某種受試物作用的較為敏感的指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組動(dòng)物的臟器重量可能具有顯著性的差異或具有某些病理學(xué)差異，由于各實(shí)驗(yàn)組之間的動(dòng)物體重可能存在較大的差異，通常采用臟器指數(shù)來(lái)衡量臟器重量。糖尿病的典型特征包括體重的下降和臟器指數(shù)的上升[30]。由表7 可知：正常對(duì)照組、模型對(duì)照組、低GI 面條干預(yù)組三組小鼠的心臟指數(shù)無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。與正常對(duì)照組相比，模型對(duì)照組小鼠脾臟指數(shù)、腎臟指數(shù)顯著增大（P＜0.05），表示出現(xiàn)了脾腎增大的現(xiàn)象，這可能會(huì)降低機(jī)體的免疫功能[31]。同時(shí)低GI 面條干預(yù)組小鼠的脾臟指數(shù)顯著低于模型對(duì)照組（P＜0.05），且與正常對(duì)照組小鼠沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05）。綜上說(shuō)明：低GI 面條緩解了糖尿病小鼠脾臟腫大的癥狀，在一定程度上對(duì)器官具有保護(hù)作用。

表7 低GI 面條對(duì)小鼠臟器指數(shù)的影響（n=10）Table 7 Effects of low GI noodles on organ index in mice (n=10)

2.9 小鼠肝臟、胰腺組織形態(tài)學(xué)觀察

由圖3 可知，在光鏡觀察下，正常對(duì)照組小鼠肝細(xì)胞排列有序，形態(tài)正常（圖a）。而模型對(duì)照組小鼠肝細(xì)胞脂肪變性，空泡變性加重，肝細(xì)胞壞死，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)（圖e）。低GI 面條干預(yù)組小鼠也有病變，但癥狀較輕（圖c）。在光鏡觀察下，正常對(duì)照組小鼠胰島結(jié)構(gòu)清晰，邊緣界限整齊，細(xì)胞分布均勻，胰島內(nèi)充滿均勻分布的胰島素分泌顆粒（圖b）。而模型對(duì)照組小鼠（圖f）胰腺組織胰島萎縮，外分泌部腺泡侵入胰島，胰島細(xì)胞變性壞死，胰島周圍暈增加，導(dǎo)管增生，腺泡上皮細(xì)胞變性壞死，出現(xiàn)纖維組織和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)等病理改變。低GI 面條干預(yù)組小鼠比較接近于正常對(duì)照鼠（圖d），膜島內(nèi)有胰島素分泌顆粒。說(shuō)明低GI 面條對(duì)治療糖尿病小鼠的損傷胰島-β細(xì)胞有一定的作用，可在一定程度上保持胰島-β細(xì)胞的細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整。

圖3 不同處理組小鼠的肝臟、胰腺組織觀察（n=10）Fig.3 Liver and pancreas tissues were observed in mice from different treatment groups (n=10)

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明：低GI 面條能夠緩解糖尿病小鼠的癥狀，增加糖尿病小鼠的體重，調(diào)節(jié)血糖及血脂，還能改善對(duì)肝臟、胰腺等器官損傷，長(zhǎng)期食用可以有效控制糖尿病病情，其改善糖脂代謝的機(jī)理可能是其配方中含有的蛋白質(zhì)、抗性淀粉、多糖、膳食纖維等多種成分通過(guò)不同的機(jī)制共同作用的結(jié)果。低GI面條具有降糖降脂功效，飲食治療是糖尿病治療的基礎(chǔ)，本研究為適用于糖尿病等慢性疾病患者的主食開發(fā)提供了一定的理論基礎(chǔ)，后續(xù)可通過(guò)進(jìn)一步的人體實(shí)驗(yàn)得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果。