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燕麦β- 葡聚糖对高胆固醇小鼠血脂和游离脂肪酸的影响研究

04.27.2017

摘 要:研究了不同分子量及剂量的燕麦β-葡聚糖对高胆固醇小鼠血浆血脂及游离脂肪酸(FFA)的影响。高糖高脂饲料联合果糖水溶液建立高胆固醇小鼠模型,使用两种不同分子量(150ku和850ku)和剂量的燕麦β-葡聚糖对高胆固醇小鼠进行干预。干预实验第4、7、10周时测定血浆总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和FFA的含量。结果表明:两种分子量(150ku和850ku)的β-葡聚糖都可显著降低小鼠空腹血浆TC和LDL-C水平,同时可使高胆固醇小鼠血浆TG恢复到正常水平,但对HDL-C无显著影响;低分子量(150ku)的燕麦β-葡聚糖可显著升高血浆的FFA含量。说明不同分子量的β-葡聚糖对小鼠血脂和FFA影响有差异,作用效果具有时间和剂量依赖性。
燕麦是主要的谷类作物之一,可分为带壳燕麦和裸燕麦,带壳燕麦主要产自欧美,而我国主产裸燕麦,与带壳燕麦相比,裸燕麦具有裸粒、大粒等优点,其产地主要分布于内蒙、山西、青海、甘肃等地。
燕麦具有的多种生理功效,主要是由于其含有的存在于燕麦籽粒的糊粉层和亚糊粉层细胞壁中的水溶性非淀粉多糖—β-葡聚糖,一种以D-吡喃葡萄糖为单位,通过β→(1,3)和β→(1,4)糖苷键连接而成的大分子多糖[3-4]。β-葡聚糖具有清肠、降低胆固醇、抗氧化、调节血糖、提高免疫力等生理功能,血清中TC和LDL-C浓度过高是导致心血管疾病发生的重要因素,β-葡聚糖对防止心血管疾病的发生有一定的作用。高血脂产生的脂毒性对人体造成严重伤害,而在引起脂毒性的众多因素中,FFA的升高起了主导作用[7-8]。燕麦β-葡聚糖可显著降低高胆固醇患者LDL-C水平,增加胆汁酸的合成,减少胆固醇的吸收,但对HDL-C和TG没有显著影响。
部分学者对燕麦β-葡聚糖对血脂和FFA的影响有一定研究,但对β-葡聚糖的分子量对高胆固醇小鼠血浆血脂和FFA的影响研究尚不明确。为此本实验采用高低两种不同分子量(150ku和850ku)和剂量的β-葡聚糖对高胆固醇小鼠进行干预,探究β-葡聚糖分子量和剂量对小鼠血浆血脂和FFA的影响,为燕麦β-葡聚糖在降血脂和FFA中的作用提供更多的理论和数据支持。
1 材料与方
1.1 材料与仪器
燕麦β-葡聚糖:高分子量(850ku)的β-葡聚糖相对分子质量为8.5×105g/mol,其中75% β-葡聚糖、9%蛋白质、1%脂肪、2%树胶醛半乳糖、5%水分、5%~6%阿拉伯木聚糖、2%~3%灰分;低分子量(150ku)的β-葡聚糖相对分子质量为1.5×105g/mol,其中70%β-葡聚糖、12%蛋白质、1%脂肪、3%树胶醛半乳糖、5%水分、4~6%阿拉伯木聚糖、3%~5%灰分、铅≤1.0mg/kg、砷≤1.0mg/kg;实验动物雄性ICR小鼠90只,4周龄,体重(26.1±1.6)g 北京维通利华实验动物有限公司;普通饲料成分含35%玉米面、15%面粉、5%黄豆、15%豆粕、15%麦麸、7%芝麻饼、2%奶粉、2.5%骨粉、2.0%酵母粉、0.5%盐、0.5%复合预混剂、0.5%菜籽油、高糖高脂饲料成分含10%猪油、10%果糖、1%胆固醇 、0.25%猪胆盐、78.75%普通饲料;TC、TG、HDL-C、LDL-C检测试剂盒;FFA检测试剂盒 南京建成生物工程研究所。721型可见分光光度计;TGL-16B型高速离心机;XMTD-6000型水浴锅 特奥科技;SZ-96型自动纯水蒸馏器;移液枪Dragon-lab。
1.2 实验方法
1.2.1 高胆固醇小鼠模型的建立健康小鼠适应性喂养1周后随机分为正常组(NC组,n=10)和模型组(MC组,n=80),NC组给予普通饲料和普通饮用水,MC组给予高糖高脂饲料和浓度为15%的果糖水溶液,此过程持续时间为6周。
1.2.2 实验分组饮食诱导6周后,以模型组小鼠血浆TC显著(p<0.05)高于正常组为造模成功标准,将符合高胆固醇模型标准的小鼠随机分成5组,每组10只,MC组:高胆固醇小鼠,喂食高糖高脂饲料(作模型对照组);燕麦β-葡聚糖干预组,均喂食掺有燕麦β-葡聚糖的高糖高脂饲料150ku HG组(低分子量高剂量组):高胆固醇小鼠,燕麦β-葡聚糖分子量:1.5×105g/mol,燕麦 β - 葡聚糖含量:12g/kg;150ku LG 组(低分子量低剂量组):高胆固醇小鼠,燕麦β-葡聚糖分子量:1.5×105g/mol,燕麦β-葡聚糖含量:6g/kg;850ku HG组(高分子量高剂量组):高胆固醇小鼠,燕麦β-葡聚糖分子量:8.5×105g/mol,燕麦β-葡聚糖含量:12g/kg;850ku LG组(高分子量低剂量组):高胆固醇小鼠,燕麦β-葡聚糖分子量:8.5×105g/mol,燕麦β-葡聚糖含量:6g/kg。各实验组高胆固醇小鼠饮水仍为15%的果糖水,正常组为普通饮用水和普通饲料,连续饲喂10周。
1.2.3 指标的测定在干预实验过程中,分别在4、7、10周,将小鼠禁食(不禁水)12~13h,眼球后静脉丛取血,于8000r/min离心7min,分离血浆,按照试剂盒说明书测定血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和游离脂肪酸(FFA)。
1.2.4 统计分析实验数据均采用SPSS 17.0软件进行分析,采用单因素方差分析ANOVA(one-way analysisof variance),实验结果以均值±标准偏差(x ±SD)表示,p<0.05为具有显著差异,p<0.01为具有极显著差异。
2 结果与分析
2.1 高胆固醇小鼠模型的建立
小鼠的高胆固醇发病机理与人类相似,高糖高脂饲料联合果糖水诱导6周后,测定血浆TC值,数据显示模型组小鼠TC水平与正常组相比有极显著差异(p<0.01),说明高胆固醇模型小鼠造模成功。
2.2 燕麦β-葡聚糖对高胆固醇小鼠血脂的影响
2.2.1 燕麦β-葡聚糖对高胆固醇小鼠TC和TG的影响 整个干预实验中,MC组小鼠血浆TC水平始终极显著的高于NC组(p<0.01)。实验4周时,与MC组相比,各实验组小鼠血浆TC水平均极显著降低(p<0.01);干预实验进行到第7周时,850ku HG、150kuHG与150ku LG组血浆TC水平与MC组有极显著差异(p<0.01),850ku LG血浆TC水平有显著差异(p<0.05);组别 TC(Mean±SD)正常小鼠 2.60±0.99高胆固醇小鼠 4.04±0.86** 正常组与高胆固醇模型组小鼠血浆TC值(x±SD,mmol/L,n=10)Table 1 The contents of Plasma TC in normal group andhypercholesterolemic model group mice(x±SD,mmol/L,n=10)注:与正常组对比,**p<0.01。第10周时,150ku HG组与MC组相比血浆TC水平极显著降低(p<0.01),其他各β-葡聚糖组与MC组对比均无显著差异。表明燕麦β-葡聚糖对降低高脂血症小鼠血浆TC水平有明显作用,且有时间和剂量依赖性,高剂量的β-葡聚糖在降低血浆TC水平中效果更好更迅速,随着干预时间的推移,其作用逐渐减弱,到实验后期,其降低血浆TC效果已不明显。实验数据显示,低分子量(1.5×105g/mol)β-葡聚糖在降低TC水平上比高分子量(8.5×105g/mol)β-葡聚糖效果更显著。
β-葡聚糖对TG的影响实验中,实验进行到第4周时,MC组小鼠血浆TG水平低于NC组,但不显著;与MC相比,850ku HG血浆TG水平有极显著差异(p<0.01),其他实验组均无显著差异;第7周时,MC组小鼠血浆TG水平极显著低于NC组小鼠(p<0.05),150ku HG组小鼠TG水平与MC组小鼠相比无显著差异,其他各实验组均有极显著差异(p<0.01);实验进行到第10周时,MC组血浆TG与NC组有显著差异(p<0.05),与MC组相比,两分子量高剂量组血浆TG有显著差异(p<0.05),低剂量无显著差异。结果显示高脂血症小鼠已处于脂代谢紊乱状态,β-葡聚糖对调节TG水平,使之恢复到正常水平有显著作用,高分子量的β-葡聚糖效果更加显著,但有时间依赖性,剂量依赖性不强。
2.2.2 β-葡聚糖对高胆固醇小鼠血浆HDL-C和LDL-C 水平的影响 整个实验过程中,MC 组小鼠血浆HDL-C水平始终显著低于NC组(p<0.05),各β-葡聚糖干预组对提高血浆HDL-C水平无显著效果。而MC组小鼠血浆LDL-C水平始终极显著高于NC组(p<0.01),与MC组相比,第4周时,150ku HG组血浆LDL-C水平显著降低(p<0.05),其他实验组无显著差异;第7周时,150ku HG、150ku LG和850ku HG组血浆LDL-C水平极显著差异降低(p<0.01),850ku LG也有显著差异(p<0.05);第10周时,150ku HG组有显著差异(p<0.05),其他均无显著差异。表明低分子量β-葡聚糖降低血浆LDL-C水平比高分子量β-葡聚糖效果更好,但有一定的剂量和时间依赖性。
2.2.3 β-葡聚糖对高胆固醇小鼠血浆FFA水平的影响 实验后期,空腹摘眼球取血测定各组小鼠血浆游离脂肪酸(FFA)的含量,数据显示,MC组小鼠与NC组血浆FFA水平无显著差异,与MC组相比,150ku HG组血浆水平显著升高(p<0.05),其他各β-葡聚糖实验组无显著差异。表明低分子量的β-葡聚糖对于升高血浆FFA水平效果显著,且剂量越高效果越明显。
3 讨论
人体血液中TC和LDL-C的升高是引发冠心病、动脉粥样硬化、缺血性脑血管疾病和周围血管性肌病等的重要因素。胆汁酸是胆固醇代谢的主要终产物,体内约有50%的胆固醇被分解成胆汁酸,胆固醇在肝脏中转化成水溶性的胆汁酸,小部分由肠道随粪便排出,大部分在肠道中被重吸收运回肝脏再次合成胆汁酸,这个过程称为肝肠循环[15-16]。对于燕麦β-葡聚糖降血脂的机制,目前还存在争议,部分学者认为是β-葡聚糖可阻止胃肠对部分胆固醇的吸收,同时增加胆汁酸的排泄,因此清除胆汁酸或者减少胆汁酸的重吸收可加大胆固醇的消耗从而降低血清胆固醇水平。但也有部分学者研究表明β-葡聚糖在降低血液TC时对排泄物中的胆汁酸浓度并无影响。Kim HJ等采用分子量分别为7.09×105、3.48×105、2.42 ×105、1.61 ×105、0.87 ×105、0.46 ×105g/mol 的β-葡聚糖研究其降低胆固醇的作用,发现处于2.42×105~1.61×105g/mol分子量水平的β-葡聚糖具有较强的胆汁酸结合能力并能产生较多的短链脂肪酸(SCFA),具有良好的降低胆固醇功效,且该分子量水平的β-葡聚糖水溶性也是最好的。然而TinaImmerstrand等分别用分子量为2348、1311、241、56、21、10ku的β-葡聚糖研究降血浆胆固醇效果,结果显示不同分子强的β-葡聚糖对降低TC和LDL-C水平以及提升HDL-C效果并无明显差异。本实验结果表明小分子量(1.5×105g/mol)的β-葡聚糖对于降低血浆TC和LDL-C水平上效果要比大分子量(8.5×105g/mol)的β-葡聚糖显著,因此对于不同分子量的β-葡聚糖在降低血浆TC、LDL-D、和提高HDL-C方面仍需进一步的探究和验证。
部分学者研究发现,高脂饮食会导致体内TG水平升高,且通过β-葡聚糖可有效降低血液中的TG含量。但本实验中模型小鼠通过高糖高脂饮食诱导后,血浆TG水平显著下降,表明小鼠已处于脂代谢紊乱状态,经过β-葡聚糖的干预后,实验组小鼠的血浆TG水平升高,且高分子量的燕麦β-葡聚糖相对于低分子量的效果更显著,使其恢复到正常小鼠水平,表明β-葡聚糖在调节脂代谢紊乱状态具有显著效果,Li Y等的研究结果也得出相同结论。血浆中FFA水平的升高是导致肥胖、胰岛素抵抗和Ⅱ型糖尿病的重要因素,高糖高脂饮食诱导后血浆FFA水平升高,蔡凤丽[23]研究发现,β-葡聚糖可显著降低FFA含量,而张培培等[24]研究结果显示,β-葡聚糖可显著增加血液中FFA的浓度;本实结果显示β-葡聚糖非但不能降低血浆中FFA含量,反而增加了血浆中的FFA含量。且分子量越低、剂量越大效果越显著。4 结论
本实验结果表明,不同剂量及分子量的β-葡聚糖对降低小鼠空腹血浆TC效果极显著,但对HDL-C无显著影响;低分子量的β-葡聚糖对于降低血浆LDL-C水平和升高FFA含量效果较高分子量的显著;而高分子量的β-葡聚糖对TG恢复到正常水平效果较低分子量的作用更显著。结论显示不同剂量和分子量的β-葡聚糖对小鼠血脂和FFA影响有差异,β-葡聚糖的分子量对降低血液中TC和LDL-C水平、升高血液中FFA水平和调节脂代谢紊乱,使血液中TG水平恢复正常有重要作用,且作用效果具有一定的时间及剂量依赖性,剂量越大,效果越好,但随着时间的推移,其调节血脂和FFA的作用逐渐削弱。

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