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壳寡糖及其配合物对糖尿病的作用研究

刘冰  
【摘要】: 糖尿病(Diabetes mellitus,DM)是一种常见的内分泌代谢病,具有遗传倾向,是由于胰岛素绝对或相对不足所致的血糖及尿糖增高为主要特征的并导致糖、蛋白和脂肪代谢障碍全身慢性代谢异常综合症,可引发心脑血管、肾、眼及神经等多种并发症,危害性大。据WHO报告,糖尿病已成为世界上继恶性肿瘤、心脑血管病后第3位严重威胁人类健康的慢性非传染性疾病。 壳寡糖(chitooligosaccharides,COS)是壳聚糖的降解产物,分子量小,溶于水,可被人体、动物及植物机体吸收利用。研究发现,壳寡糖和壳聚糖不仅具有一些相似的性质,而且一些生理活性或功能性质更加显著,如作为功能性食品具有提高机体免疫、抗肿瘤、调节血脂、抗感染、防治病原生物感染、促进双歧杆菌生长等功能,尤其是在糖尿病的防治研究方面有潜在的应用价值。 本论文首先在均相条件下,以醋酸酐为乙酰化试剂对壳聚糖〔脱乙酰度90%)进行N-乙酰化反应,制备出脱乙酰度50%和70%左右的壳聚糖。通过壳聚糖酶降解壳聚糖制备出水溶性不同分子量和不同脱乙酰度的系列壳寡糖。并以壳寡糖为原料,制备出了含有铬、钒、硒的壳寡糖配合物,并通过紫外光谱(UV)、红外光谱(FT/IR)、元素分析(EA〕和铬、钒、硒的含量测定分析,确证了壳寡糖与元素的结合形式。 在细胞水平上,通过形态学观察、MTT比色法、放射免疫等方法进行不同分子量、不同脱乙酰度的系列壳寡糖及其配合物对大鼠原代培养的胰岛细胞和胰岛β细胞系NIT-1细胞的增殖及促胰岛素分泌作用的试验,以及对其细胞毒性的影响;通过形态学观察、MTT比色法、DNA凝胶电泳、彗星电泳等方法研究不同分子量、不同脱乙酰度的系列壳寡糖及其配合物对链脲佐菌素损伤胰岛β细胞的保护和抑制细胞凋亡的作用。 实验结果表明,不同分子量以及不同脱乙酰度的系列壳寡糖及其配合物均能明显促进大鼠胰岛β细胞的生长。低分子量高脱乙酰度的壳寡糖在一代生长期内能显著促进胰岛β细胞的生长,在刺激大鼠胰岛β细胞胰岛素的释放方面也效果显著。另外,以STZ处理的NIT-1细胞符合细胞凋亡的形态学特征, DNA发生了断裂,形成凋亡细胞特有的DNA改变;低分子量、高脱乙酰度的壳寡糖可以抑制链脲佐菌素诱导的胰岛β细胞凋亡,对受损的胰岛β细胞有显著的保护作用。细胞毒性实验结果表明,壳寡糖及其配合物是安全可靠的生物制品,为今后壳寡糖及其配合物应用于糖尿病的研究提供了理论依据。 采用一次性腹腔内注射(ip)STZ制备糖尿病大鼠模型,随机分成糖尿病治疗组、糖尿病对照组、正常对照组。治疗组分高、中、低剂量三组分别按每日250、500、1500 mg·kg-1灌胃壳寡糖水溶液,糖尿病对照组、正常组灌胃同体积的水连续60d,每10d测一次血糖值。60d后:①做糖耐量试验,按2.5g·kg-1体重灌胃(ig)葡萄糖水溶液,测定各组大鼠0h、0.5h、1h、2h血糖值;②对DM大鼠血清中抗氧化、血脂、肝功能及肾功能等指标进行测定;③对胰、肝、脾、肾、胸腺等脏器称重,计算器官系数;④对胰腺、肝、肾脏、骨骼肌做病理组织学检查;⑤测定肝、肌糖原含量;⑥对大鼠肠道菌群培养,鉴定,计算B/E值。 实验结果表明,不同剂量的壳寡糖均能不同程度的改善糖尿病大鼠的体重减轻、多饮、多食症状;降低2h血糖值和尿糖;改善葡萄糖耐量。中剂量组餐后2h血糖值降至16.14mmol·L-1,降糖率达到47.48%,糖耐量曲线下面积(AUC)为68.69%与正常组比较有极显著差异(P0.01)。壳寡糖各剂量组对总抗氧化能力,SOD活力均有显著改善,MDA浓度越少。中剂量组载脂蛋白B质量浓度和载脂A1/载脂B值与阴性对照组比较有显著差异;中、高剂量组可以显著降低血清中尿素氮、谷丙转氨酶、谷草转氨酶、总胆红素、间接胆红素、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶及尿液中尿素氮/肌酐、总蛋白/肌酐、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶/肌酐的水平,并提高血清中总蛋白、白蛋白、球蛋白、白球比、谷草/谷丙比值;不同剂量的壳寡糖对胰腺、肝、肾脏均有保护作用,可以增加胰腺指数,降低肝、肾脏指数。病理学组织检查表明壳寡糖组均能不同程度地减轻胰岛萎缩、数量减少、胰岛细胞丢失、核固缩等胰岛细胞退行性改变症状。PAS染色显示,壳寡糖各组肝索排列整齐,脂变程度低,骨骼肌和肝组织糖原比模型组明显增多。壳寡糖组可以使大肠肝菌和肠球菌数量下降,乳酸杆菌和双歧杆菌的数量上升, B/E值升高。 结论:壳寡糖能改善糖尿病大鼠的体重减轻、多饮、多食等症状,降低2h血糖值和尿糖,改善葡萄糖耐量;调节糖尿病大鼠血脂和提高其机体抗氧化能力;对胰腺、肝脏、肾脏均有保护作用;对肠道微生态均有调节作用;降低骨骼肌和肝组织的糖原输出性的作用可能是其降血糖机制之一。


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