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糖尿病是一种由遗传和环境因素共同引起的糖代谢紊乱综合征,根据文献报告,全世界大约有4.35亿人被诊断患有糖尿病,预计到2040年这一数字将超过6.42亿[1]。糖尿病在我国患病率逐渐增高,居世界首位,严重影响人民生活健康,且与炎症密切相关。目前以肠组织为靶器官的研究相对较少,尤其是肠道免疫系统和肠道微生物的研究[2-4]。中药材黄精,是中国传统的大宗药材[5],在民间又是一种使用面非常广的药食同源植物,《中国药典》2015年版记载为滇黄精P. kingianum Coll. et Hemsl.、黄精P. sibiricum Red.或多花黄精P. cyrtonema Hua的干燥根茎[6];黄精在抗氧化和抗衰老、降血糖、调节免疫力、调血脂、抑制老年痴呆和改善记忆力、抗肿瘤、扩张血管、抗菌和抗病毒等方面显示出潜在的药用价值[7-8]。本研究以高脂高糖饲料喂养和一次性注射链脲菌素复制糖尿病模型,比较高、中、低剂量黄精多糖对小鼠降血糖以及对肠道组织结构的改善作用,旨在为中药治疗糖尿病提供理论依据,为黄精药材的开发应用奠定基础。
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由图1可知,正常组小鼠体重整个实验中一直呈增长趋势,但随着饲养时间增长,增长幅度变小;其余组小鼠在给予高脂高糖饲料一周后体质量下降,随后呈上升趋势分别增长26%、29%、32%和36%,而正常组增长率约为20%,第6周一次性注射STZ后,小鼠体重均急速下降,模型组小鼠体重下降5.31%,黄精多糖高、中、低剂量组分别下降7.85%、7.91%和6.18%,如图2;模型组给予生理盐水灌胃,继续添加高脂高糖饲料饲养,体重呈缓慢增长趋势,给药组分别以高、中、低剂量黄精多糖给予灌胃,继续喂养高脂高糖饲料,各组小鼠体重分别增加14.24%、11.97%、8.78%,如图3。由此可见,糖尿病影响小鼠体重变化,灌胃黄精多糖溶液后,各组小鼠体重均有恢复,且高剂量效果明显。
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实验过程中,给予充足的饮水和饲料,正常对照组小鼠活动正常,精神状态良好,色泽光亮,粪便呈浅墨绿色;模型组小鼠给予高脂高糖饲料第一周食欲下降,体重减轻,注射STZ后体重下降,表现不活泼、精神状态不好,竖毛,尿液呈深黄色,粪便呈黄棕色。黄精多糖组小鼠灌胃相应剂量后精神、饮食活动改善,尿液颜色变淡等,说明黄精多糖可以改善糖尿病小鼠的不良症状。结果表明,可能是STZ与高脂高糖饮食联合,破坏胰腺组织β细胞,并致胰岛素分泌发生不足,进而使体内糖代谢絮乱,发生胰岛素抵抗 [11-12]。
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如表1所示,建模前血糖无显著差异(P>0.05),建模成功后的7 d和14 d时,与正常对照组相比,模型组小鼠血糖极显著升高(P<0.01);与模型组相比,黄精多糖各剂量组均无显著差异(P>0.05)。在21 d时,与正常对照组相比,模型组差异极显著(P<0.01) ;与模型组相比,黄精多糖低剂量和中剂量组无显著差异(P>0.05),高剂量组具有极显著性差异(P<0.01)。在28 d时,与正常对照组相比,模型组差异极显著(P<0.01);与模型组相比,黄精多糖各剂量组小鼠血糖值均降低,差异极显著(P<0.01)。
表 1 黄精多糖对糖尿病小鼠空腹血糖的影响(
$ \overline{x}\pm s $ , n=10)组别 血糖含量 建模前 建模后7 d 建模后14 d 建模后21 d 建模后28 d 正常组 5.67±0.33 5.95±0.24 5.95±0.21 5.97±0.22 5.99±0.24 模型组 5.6±0.43 15.85±0.28** 15.79±0.15** 15.59±0.16** 15.25±0.13** 黄精多糖低剂量组 5.76±0.36 15.88±0.40 15.45±0.18 14.75±0.11 13.77±0.11## 黄精多糖中剂量组 5.44±0.25 15.86±0.23 14.7±0.11 13.69±0.16 12.32±0.12## 黄精多糖高剂量组 5.57±0.29 15.85±0.21 13.81±0.10 12.3±0.16## 11.63±0.36## *P<0.05、**P<0.01,与正常对照组比较;#P<0.05、##P<0.01,与模型对照组比较 -
小鼠小肠病理组织切片HE染色结果显示,正常组小鼠小肠绒毛较长,结构完整,排列整齐;模型组小鼠小肠绒毛明显缩短,小肠绒毛断裂不完整,排列不紧密,与正常组比较差异显著;黄精多糖各剂量组小鼠小肠呈明显恢复状态,绒毛增长,排列较整齐,效果随黄精多糖剂量升高而表现明显,见图4。
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生物信息学分析结果表明,肠道微生物组成丰富,如图5,健康组和黄精多糖灌胃组中厚壁菌门和拟杆菌门丰富,而这两种菌是人类肠道内的优势有益菌,对人体健康起着重要作用,而糖尿病模型组中疣微菌门增多,这种菌可能会损害子代的消化和代谢能力,糖尿病造成了肠道菌群的紊乱。由此可推测,黄精多糖可以调节小鼠肠道微生物组成,增加有益菌丰富度,从而保护肠道。
Study on hypoglycemic effect and intestinal effect of Polygonatum sibiricum polysaccharides in diabetic mice
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摘要:
目的 研究黄精多糖对2型糖尿病小鼠降血糖作用及其对肠道菌群和小肠病理结构的影响。 方法 雄性小鼠50只,除10只正常饲养外,其余以高脂高糖饲料喂养6周,腹腔注射链脲佐菌素制备2型糖尿病小鼠模型,建模成功后随机分为4组:模型组、黄精多糖高、中、低(500、250、125 mg/kg)组,模型组小鼠给予生理盐水。记录各组小鼠体重和血糖值变化。4周后,收集粪便,进行16S rRNA高通量测序,HE染色观察小肠组织病理结构变化。 结果 小鼠在糖尿病状态下体重下降,给予黄精多糖高、中、低剂量后小鼠体重分别增加14.24%、11.97%和8.78%,血糖值分别降低26.6%、22.3%和13.3%。此外,小肠病理组织学排列错乱和肿胀现象有所改善。模型组和黄精多糖组之间的肠道微生物存在显著差异,模型组中疣微菌门显著增多,而健康组和黄精多糖灌胃组中厚壁菌门和拟杆菌门的微生物丰度更高。 结论 黄精多糖对糖尿病小鼠具有显著的降血糖作用,且对其肠道具有一定保护作用,其机制可能通过增加有益菌丰富度,提高小鼠免疫功能来实现的,且呈一定剂量效应关系,其免疫功能有待进一步研究。 Abstract:Objective To study the hypoglycemic effect of Polygonatum sibiricum polysaccharides on type 2 diabetic mice and its effects on intestinal flora and pathological structure of small intestine. Methods Fifty male mice were used, except 10 were fed normally, the others were fed with high-fat and high-sugar diet for 6 weeks, and then injected with streptozotocin intraperitoneally to make type 2 diabetes mice model. After successful modeling, they were randomly divided into model group and Polygonatum sibiricum polysaccharides (500, 250, 125 mg/kg) group and the model group mice were given normal saline. The changes of bodyweight and blood glucose of mice in each group were recorded. After 4 weeks, feces were collected and sequenced by a 16S rRNA high-throughput sequencing, and the pathological changes of small intestine were observed by HE staining. Results In diabetic mice, the weight decreased. After given Polygonatum sibiricum polysaccharides, the weight of mice increased by 14.24%,11.97% and 8.78%, and the blood glucose decreased by 26.6%, 22.3% and 13.3%, respectively after high, medium and low doses of Polygonatum sibiricum polysaccharides were administered. In addition, the pathological disorder and swelling of intestinal histopathology were improved. There were significant differences in intestinal microorganisms between the model group and the Polygonatum sibiricum polysaccharides. Verrucomicrobiae in the model group increased significantly, while the microorganism abundance of Firmicutes and Bacteroidetes in the healthy group and Polygonatum sibiricum polysaccharides group was higher. Conclusion Polygonatum sibiricum polysaccharides has a significant hypoglycemic effect on diabetic mice and a certain protective effect on their intestines, the mechanism may be achieved by increasing the richness of beneficial bacteria and improving the immune function of mice, it’s in a certain dose-effect relationship, and its immune function needs further study. -
表 1 黄精多糖对糖尿病小鼠空腹血糖的影响(
$ \overline{x}\pm s $ , n=10)组别 血糖含量 建模前 建模后7 d 建模后14 d 建模后21 d 建模后28 d 正常组 5.67±0.33 5.95±0.24 5.95±0.21 5.97±0.22 5.99±0.24 模型组 5.6±0.43 15.85±0.28** 15.79±0.15** 15.59±0.16** 15.25±0.13** 黄精多糖低剂量组 5.76±0.36 15.88±0.40 15.45±0.18 14.75±0.11 13.77±0.11## 黄精多糖中剂量组 5.44±0.25 15.86±0.23 14.7±0.11 13.69±0.16 12.32±0.12## 黄精多糖高剂量组 5.57±0.29 15.85±0.21 13.81±0.10 12.3±0.16## 11.63±0.36## *P<0.05、**P<0.01,与正常对照组比较;#P<0.05、##P<0.01,与模型对照组比较 -
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