镁是人体细胞内重要的阳离子, 可作为糖代谢中多种重要酶的辅助因子^〔1〕。β-胡萝卜素有较强的抗氧化及调节免疫的作用^〔2〕。本研究通过建立高糖高脂膳食和链脲佐菌素(STZ)诱导的2型糖尿病大鼠模型, 采用镁、β-胡萝卜素及其联合制剂进行实验, 通过观察镁、β-胡萝卜素及其联合制剂对糖尿病大鼠血糖(Glu)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)的作用, 并计算胰岛素抵抗指数(HOMA-IR), 探讨镁和β-胡萝卜素及其联合制剂对2型糖尿病大鼠糖脂代谢的影响及其作用机制。现将结果报告如下。

氧化镁(分析纯, 纯度≥98%, 北京化工厂); 大豆色拉油(青岛嘉里植物油有限公司); β-胡萝卜素(纯度为98%, 美国Sigma公司)。血糖拜安易试纸(拜易公司); 日立7600全自动生化分析仪及血脂试剂盒(北京利德曼生化技术有限公司); 胰岛素试剂盒(北京北方生物技术研究所)。

6~8周龄Wistar大鼠68只(青岛市实验动物中心), 雌雄各半, 平均体重200 g。

68只Wistar大鼠随机分为正常对照组(12只)和实验组(56只), 后者再分为糖尿病模型组、镁组、β-胡萝卜素组及镁+β-胡萝卜素组(各14只)。正常对照组:喂饲普通饲料; 糖尿病模型组:高糖高脂饲料+链脲佐菌素(STZ)注射; 镁补充组:高糖高脂饲料+STZ注射+镁(2 000 mg/kg饲料); β-胡萝卜素补充组:高糖高脂饲料+ STZ注射+β-胡萝卜素[每天5 mg/(kg·bw)]; 镁+β-胡萝卜素补充组:高糖高脂饲料+STZ注射+镁(2 000 kg/kg饲料)+β-胡萝卜素〔每天5 mg/(kg·bw)〕。正常对照组给予标准饲料喂养4周; 实验组给予高糖、高脂饲料(标准饲料66.5%、猪油20%、蛋黄2.5%、白砂糖10%、盐1%)喂养4周, 促发胰岛素抵抗, 使体重达到(340±10) g, 其中有6只体重未达标者, 从实验中剔除。继以小剂量STZ (30 mg/kg, 每周1次)连续腹腔注射2次, 正常对照组注入等量无菌枸椽酸钠缓冲液。72 h后尾静脉取血, 检测全血血糖, 以非空腹血糖> 16.7 mmol/L; 空腹血糖> 11.1 mmol/L作为糖尿病模型成功的标志^〔3〕, 确定为2型糖尿病大鼠模型, 血糖稳定1周后列入观察对象。造模期间有4只大鼠死亡, 6只大鼠血糖值偏低, 未列入观察对象。在高糖、高脂饲料中添加氧化镁并充分混匀, 在60 ℃以下烘干成饼保存; β-胡萝卜素用市售大豆色拉油调配成5 mg/mL浓度的β-C油剂并按1 mL/(kg·bw)灌胃。各组大鼠自由进食, 自由进水。实验期为4周。模型组继续给予高糖、高脂饲料喂养4周。

用乌拉坦麻醉大鼠, 腹主动脉取血。用0.5%的肝素钠抗凝, 取上层无溶血血浆置于带盖无锌离心管中, -20 ℃冰箱备测。

用微量试纸法测定血清葡萄糖(Glu); 采用日立7600全自动生化分析仪检测TG、HDL、LDL; 采用非饱和(顺序饱和)放射免疫法测定血清胰岛素(INS); 稳态模型法评估胰岛素抵抗, 胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)=空腹胰岛素×空腹血糖/22.5^〔4〕。胰岛素抵抗标准:HOMA-IR与对照组比较差异有统计学意义。

采用SPSS 11.5统计软件进行分析, 对照组与对应实验组均数比较采用配对t检验, 实验组间比较采用单因素方差分析; 两两比较采用q检验。

注射STZ后模型组大鼠体重等指标与正常对照组比较, 模型组大鼠血糖、胰岛素抵抗指数、甘油三酯明显增加, 差异有统计学意义(P < 0.01);体重明显增加(P < 0.05)。表明肥胖大鼠存在高糖高脂血症和胰岛素抵抗。

表 1

表 1 镁及β-胡萝卜素干预后各组大鼠血糖和胰岛素水平比较( x±s)

表 1 镁及β-胡萝卜素干预后各组大鼠血糖和胰岛素水平比较( x±s)

镁补充组、β-胡萝卜素和镁+β-胡萝卜素组血糖均较模型组大鼠分别降低4310%, 4017%(P < 0.05)和54.1%(P < 0.01);镁补充组HOMA-IR较模型组降低4414% (P < 0.05), 镁+β-胡萝卜素组降低58.5%(P < 0.01), 表明镁和β-胡萝卜素及联合补充均可以明显降低血糖, 镁可以明显改善胰岛素抵抗, 联合补充对改善胰岛素抵抗有协同作用。

表 2

表 2 镁及β-胡萝卜素干预后各组大鼠血脂水平比较( x±s, mmol/L)

表 2 镁及β-胡萝卜素干预后各组大鼠血脂水平比较( x±s, mmol/L)

镁+β-胡萝卜素组TG、LDL均较模型组明显降低, 分别降低38.5%(P < 0.01)和35.6%(P < 0.05);HDL较模型组明显升高37.0%(P < 0.05);镁、β-胡萝卜素组TG、LDL均较模型组无明显降低(P > 0.05), HDL升高(P > 0.05), 表明单独补充镁或β-胡萝卜素降脂作用不明显, 联合补充可以明显改善脂代谢。

β-胡萝卜素能有效地清除氧自由基, 降低脂质过氧化物损伤, 可有效地抑制细胞膜上的不饱和脂肪酸自由基链式反应, 减轻胰岛素抵抗, 降低血糖^〔5〕; 其抗氧化作用还能抑制Ox-LDL的氧化损伤^〔6〕, 适度补充能显著增加高密度脂蛋白(HDL)的含量^〔7〕。本实验结果显示, β-胡萝卜素组血糖明显降低, 但减轻胰岛素抵抗、改善脂代谢作用不明显, 考虑模型大鼠存在明显的高脂血症和胰岛素抵抗。

镁在胰岛素代谢过程中的关键酶-酪氨酸激酶激活的过程中起着举足轻重的作用, 它还可对抗自由基生成, 通过改善氧化应激, 减轻胰岛素抵抗^〔1〕。本实验结果显示, 镁能减轻胰岛素抵抗、降低血糖。镁能激活许多重要的脂质代谢相关酶, 使大量脂质转变形成乙酰辅酶A进入三羧酸循环^〔8〕; 镁摄入量增加可降低血中甘油三酯水平, 并升高血中高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平^〔9〕。本实验单独补充镁对脂代谢改善作用不明显, 表明高糖高脂膳食诱导的糖尿病大鼠存在明显的脂代谢障碍, 也可能与补镁的剂量有关, 有待进一步研究。

本实验结果表明, 镁和β-胡萝卜素联合补充的有效性, 通过抗氧化、改善糖脂代谢过程中一些关键酶的活性, 改善胰岛素敏感性, 进而明显改善糖脂代谢、减轻胰岛素抵抗。