木糖醇-酪蛋白复合物对2型糖尿病小鼠胰岛素抵抗和肠道菌群的影响
木糖醇-酪蛋白复合物对2型糖尿病小鼠胰岛素抵抗和肠道菌群的影响
近年来，功能性食品在预防2型糖尿病（T2DM）的发生和发展中发挥着重要作用。木糖醇因其显著的健康益处而备受关注，尤其是作为T2DM患者的蔗糖替代品。据报道，口服木糖醇可减轻小鼠的高血糖和胰岛素抵抗，包括血清胰岛素浓度和葡萄糖耐量水平，并改善胰岛形态。多项实验表明，酪蛋白及其多肽在糖尿病干预中发挥重要作用，如控制餐后血糖，提高人类受试者胰岛素水平，减轻高血糖氧化应激引起的SD大鼠肝损伤。根据我们之前的研究，通过物理混合制备的木糖醇-酪蛋白非共价复合物具有适合作为食品补充剂使用的性能，然而目前，其在抗糖尿病和肠道菌群方面的确切作用尚不清楚。
功能性食品的有益作用可能与肠道菌群有关。肠道菌群被认为是构成人体动态生态系统的重要组成部分，其组成受到各种环境因素的影响。许多研究都报道了肠道菌群组成、糖尿病和饮食之间的关系。例如，补充黄精皂苷和多糖可降低拟杆菌门和变形菌门的丰度，增加厚壁菌门的丰度，改善T2DM大鼠肠道微生态。在高脂饮食和链脲霉素诱导的T2DM大鼠中，研究人员证实了Alistipes和Lachnospiraceae NK4A136的丰度与总胆固醇、总甘油三酯、血糖等稳态参数呈负相关。因此，健康的肠道菌群分类和调节可能是干预T2DM的有效途径。
沈阳农业大学食品学院的研究团队在本文中研究了木糖醇-酪蛋白非共价复合物对T2DM小鼠胰岛素抵抗、葡萄糖耐量、血脂代谢和肠道微生物群组成的影响，并确定肠道微生物群关键物种与T2DM发展的关系。该研究结果为木糖醇-酪蛋白非共价复合物作为有效干预T2DM的功能性食物补充剂提供了理论依据。
T2DM相关生理指标变化
血糖升高是T2DM患者的主要症状，血糖控制是T2DM治疗的首要问题。空腹血糖水平是诊断糖尿病最快捷、最简单的方法。GHb是T2DM的一个重要临床参数，是HB与血液中过量葡萄糖非酶不可逆共价键的产物。T2DM小鼠血糖浓度升高与蛋白糖基化上调有关。持续的高血糖也促进各种功能蛋白的糖基化，包括HB。在本研究中，经复合物干预6周后能显著下调T2DM小鼠的FBG、GHb和灌胃葡萄糖后的血糖水平以及AUC值（P＜0.05，表1和图1），提示复合物有改善葡萄糖稳态的潜力。
Ins是一种主要由胰岛β细胞分泌的降血糖肽激素。Ins不仅通过将葡萄糖转运到细胞中提供能量，还可以作为糖原储存在肝/骨骼肌细胞中，从而调节体循环中的葡萄糖摄取。HOMA-IR和QUICKI值是流行病学研究中广泛接受的IR和β细胞功能测量方法。与DC组相比，复合物对Ins水平、HOMA-IR值和QUICKI值有显著影响（表1），从而显示出潜在的抗高胰岛素/IR降低作用。
T2DM与多种并发症相关，如脑血管、心血管、肾病和神经病变，这些都是糖尿病人群死亡的主要原因。本研究中，与DC组相比，复合物干预可显著降低糖尿病小鼠各项血脂生化指标水平（图1），说明复合物可有效缓解T2DM小鼠血脂代谢紊乱及对脏器、组织、细胞的损害。
表1 6周干预期间FBG和Ins水平、HOMA-IR和QUICKI值的变化
图1 不同处理对HFD+STZ诱导小鼠OGTT（A）、OGTT期间AUC（B）、GHb（C）、HB（D）、TG（E）、TC（F）、AST（G）、ALT（H）、FFA（I）、CRE（J）、LDH（K）和CK（L）的影响
复合物对肠道菌群的调节作用
在本研究中，我们观察到各组之间肠道菌群的丰度和组成存在显著差异。与NC组相比，DC组的物种丰富度显著降低。复合物组的物种丰富度明显高于DC组，提示复合物对T2DM小鼠肠道菌群有潜在的调节作用。
门和属水平的肠道菌群组成组间差异显著。正如预期的那样，复合物处理有效地恢复了F/B比率（见正文）。此外，复合物干预组的Saccharibacteria、Proteobacteria和Actinobacteria的相对丰度低于DC组。Proteobacteria是一种机会致病菌，其丰度的减少可能与T2DM的减轻有关。在属水平上，复合物干预6周后，T2DM小鼠优势肠道菌群相对丰度的阳性或阴性变化可明显恢复（图2）。
图2 不同处理改变小鼠关键OTU相对丰度的热图
关键肠道菌群与T2DM发展之间的关系
在本研究中，Spearman相关分析显示，Alistipes、Bacteroides和Faecalibaculum的相对丰度与BW和QUICKI呈负相关，与FBG、Ins、HOMA-IR、GHb、HB、TG、TC、FFA、AST、ALT、LDH、CK、CRE、OGTT和AUC呈正相关。Akkermansia、Lactobacillus、Bifidobacterium和Turicibacter与这些参数的相关性相反。这些结果表明，复合物可能通过调节肠道菌群来改善糖耐量，降低血脂水平，并延缓T2DM的发展。
图3 不同处理改变小鼠肠道微生物群（属）与T2DM相关指标的Spearman相关性热图
结论
本研究结果表明，木糖醇-酪蛋白非共价复合物能够有效改善T2DM小鼠的胰岛素抵抗、葡萄糖耐量和血脂代谢，并对肠道菌群组成产生积极调节作用。这些发现为进一步开发功能性食品补充剂以预防和治疗T2DM提供了新的科学依据。
本文原文来自《食品科学与人类健康》杂志