糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一种以高血糖为主要特征的代谢性疾病^[1]，中国为糖尿病大国，糖尿病并发症引起的危害较大，糖尿病视网膜病变、糖尿病性肾病、糖尿病神经病变、糖尿病足等严重并发症使糖尿病受到越来越广泛的重视^[2]。糖尿病的病理基础是胰岛素分泌相对或绝对不足所引起的糖、蛋白质、脂肪代谢的紊乱，水、电解质代谢失衡。非胰岛素依赖型糖尿病又称为2型糖尿病，约占糖尿病发病率的85 % ～95 %^[3]。近年来研究表明，胰岛素抵抗和胰岛素分泌障碍是引发2型糖尿病的重要环节，胰岛素抵抗发生于胰岛素分泌障碍之前，出现在2型糖尿病临床过程的早期^[4]。大多数降糖西药均有一定副作用（如低血糖、肝损伤、神经功能损伤、消化道不适等），而中药降血糖作用温和持久，疗效稳定，副作用小^{[5 – 6]}。菊芋（Jerusalem artichoke），又名洋姜、鬼子姜，为菊科向日葵属宿根性草本植物，菊芋块茎营养丰富，可药食兼用，其块茎或茎叶入药具有利水除湿，清热凉血，益胃和中功效^[7]。菊芋多糖是由D–果糖通过β（1–2）糖苷键连接而成的链多糖，是一种菊糖^[8]。研究表明，菊糖具有调节肠胃功能、提高免疫力、改善脂质代谢、促进矿物质吸收、降血脂、降血糖等作用^{[9 – 11]}。目前关于菊芋多糖对2型糖尿病大鼠降血糖作用及机制尚不清楚。本研究以菊芋多糖为研究对象，探讨其对2型糖尿病大鼠胰岛细胞形态学改变及细胞凋亡影响及作用机制。结果报告如下。

Wistar雄性大鼠60只，SPF级，体重200～250 g，由吉林大学实验动物中心提供，许可证号：SCXK（吉）– 2010 – 0001；大鼠高脂饲料购自吉林大学基础医学院实验动物中心；适应性饲养1周后开始实验。

菊芋（产地徐州市沛县），称取适量菊芋，以固液比1 : 14加入蒸馏水，置于恒温水浴锅中，85 ℃提取40 min，提取2次，将提取液合并，抽滤、浓缩后，按料醇比1 : 3加入乙醇，静置分层，抽滤、干燥得菊芋多糖，苯酚–硫酸法检测菊芋多糖含量为73.54 %^[12]；链尿佐菌素（streptozotocin，STZ）（美国Sigma公司）；大鼠胰岛素酶联免疫（ELISA）试剂盒（瑞典Mercodia公司）；血糖测定试剂盒（葡萄糖氧化酶法）（北京利德曼生化技术有限公司）；胰岛素免疫组织化学试剂盒（上海盈公试剂有限公司）。751分光光度计（上海分析仪器厂）；EL-301型酶联免疫仪（美国Bio-Tek公司）；1261型γ放射免疫计数仪（瑞典Pharmacia LKB公司）；生物组织石蜡包埋机、石蜡切片机（德国Leica公司）；BX51光学显微镜（日本Olympus公司）。

随机选择大鼠8只作为对照组，饲以普通饲料（53 % 碳水化合物、5 % 脂肪、23 % 蛋白质，总热量25 kJ/kg），其余大鼠高脂饲料（48 % 碳水化合物、22 % 脂肪、20 % 蛋白质，总热量44.3 kJ/kg）喂养4周造模，30 mg/kg STZ大鼠腹腔注射2次，间隔1周。期间继续高脂饲料饲养，STZ诱导4周后，检测大鼠空腹血糖（fastingblood-glucose，FBG）水平，FBG > 7.8 mmol/L为2型糖尿病模型成功。

造模成功大鼠按血糖水平（7.8～16.0 mmol/L）随机分为5组，每组8只：二甲双胍组（100 mg/kg，阳性对照）、模型组、菊芋多糖低、中、高剂量组（20、40、80 mg/kg）。在喂饲高脂饲料同时，二甲双胍组大鼠灌胃给予二甲双胍100 mg/kg，模型组大鼠给予双蒸水，菊芋多糖各剂量组给予相应剂量菊芋多糖，每日1次，连续6周，对照组大鼠给予等量双蒸水。

大鼠末次给药后，禁食12 h，自由饮水，腹腔注射乌拉坦100 mg/kg，腹主动脉抽取大鼠全血3 mL，处死大鼠，3 000 r/min离心15 min，分离血清，置于 – 80 ℃冰箱保存。FBG检测按试剂盒说明书操作；放免法检测血清胰岛素水平（fasting insulin level，FINS），胰岛素敏感指数（insulin sensitivity index，ISI）= ln[l/（FBG × FINS）]。

取大鼠胰腺组织，4 ℃生理盐水冲洗，置入10 % 福尔马林固定液中，固定24 h，0.01 mol/L磷酸盐缓冲液（phosphate buffer saline，PBS）中浸泡12 h，常规苏木精–伊红染色（hematoxylin-eosin staining，HE），乙醇梯度脱水，二甲苯透明，浸蜡，石蜡包埋，5 μm切片、贴片，光学显微镜观察、摄片。

采用免疫组织化学链霉菌抗生物素蛋白–过氧化物酶连结（streptavidin-perosidase，S-P）法，检测各组大鼠胰腺胰岛素表达，烤片，二甲苯脱蜡，浸入无水乙醇I、无水乙醇II中各3 min，浸入95 %、90 %、80 %、70 %酒精中各3 min，蒸馏水洗3 min，浸入3 % H₂O₂ 5 min，0.01 mol/L构椽酸盐缓冲液（pH6）加热10 min，PBS洗3 × 5 min，加 5 % 牛血清白蛋白封闭20 min，吸干后加入一抗，4 ℃过夜，PBS洗3次，滴加标记二抗，37 ℃孵育30 min，PBS洗3 × 5 min，加入血清、二抗、三抗封闭液（SABS液），37 ℃孵育30 min，PBS洗3 × 5 min，DAB显色，苏木素复染，常规脱水，透明，干燥，封片，显微镜观察，图像分析软件计算胰腺胰岛素表达量。

计量资料以 $\bar x \pm s$ 表示，采用SPSS 16.0软件进行统计分析，组间比较采用t检验，以P < 0.05为差异有统计学意义。

与对照组比较，模型组大鼠FBG明显上升，血清胰岛素水平、胰岛素敏感指数下降，差异均有统计学意义（均P < 0.05）；与模型组比较，菊芋多糖40、80 mg/kg组及二甲双胍组大鼠FBG均下降，ISI升高，差异均有统计学意义（均 P < 0.05）；与模型组比较，菊芋多糖80 mg/kg组大鼠FINS均升高，差异有统计学意义（ P < 0.05）。

表 1

表 1 菊芋多糖对2型糖尿病大鼠FBG、FINS和ISI影响（ $\bar x \pm s$ ，n = 8） 组别（mg/kg） FBG（mmol/L） FINS（ng/mL） ISI 对照组 4.48 ± 0.57 17.55 ± 1.34 – 4.36 ± 0.68 模型组 18.24 ± 1.32a 14.89 ± 1.76a – 5.60 ± 0.31a 二甲双胍组 6.33 ± 1.58c 14.69 ± 1.87 – 4.93 ± 0.47b 菊芋多糖组 20 18.21 ± 0.98 14.38 ± 1.58 – 5.56 ± 0.81 　　 40 10.77 ± 0.12b 14.92 ± 1.67 – 5.07 ± 0.47b 　　 80 8.56 ± 1.45c 16.46 ± 1.88b – 4.54 ± 0.13b 　　注：与对照组比较，a P < 0.05；与模型组比较，b P < 0.05，c P < 0.01。

表 1 菊芋多糖对2型糖尿病大鼠FBG、FINS和ISI影响（ $\bar x \pm s$ ，n = 8）

结果显示，对照组大鼠胰腺组织结构清晰，胰岛细胞排列整齐呈圆形团索状（图1A）；与对照组比较，模型组大鼠胰岛细胞坏死严重，边界模糊，数量减少排列紊乱，伴大量淋巴细胞侵润，胞浆水肿，部分细胞出现空泡变性（图1B）；二甲双胍组（图1C）和菊芋多糖低、中、高剂量组（图1D、E、F）大鼠胰岛细胞轻度胞浆疏松，形态较完整；与模型组比较，菊芋多糖组大鼠胰岛细胞损伤程度减轻，无明显肿胀和坏死。

图 1

注：A：对照组；B：模型组；C：二甲双胍组；D、E、F：菊芋多糖20、40、80 mg/kg组。 图 1 菊芋多糖对糖尿病大鼠胰腺组织形态学影响（HE，× 200）

对照组大鼠胰岛细胞结构完整，边界清晰，胰岛素阳性表达在胰岛细胞内呈棕色颗粒均匀分布（图2A）；与对照组比较，模型组大鼠胰岛细胞变小，边界模糊，胰岛细胞内多浅棕色颗粒分布，数量减少，胰岛素阳性表达下降至对照组的（72.26 ± 1.32） % （图2B）；与模型组比较，二甲双胍组与菊芋多糖80 mg/kg组大鼠胰岛细胞较完整，细胞内阳性染色颗粒数量增多，胰岛素阳性表达水平[分别为对照组的（86.52 ± 1.17） %、（79.56 ± 1.06） %]明显升高。

图 2

注：A：对照组；B：模型组；C：二甲双胍组；D、E、F：菊芋多糖20、40、80 mg/kg组。 图 2 菊芋多糖对糖尿病大鼠胰腺组织胰岛素表达影响（SP）

2型糖尿病以胰岛素相对缺乏或胰岛素抵抗为主要病因^[18]。中国糖尿病患者大多以2型糖尿病为主，约占糖尿病患者总人数的93.7 %，由于其症状比较隐匿，病程初期难于确诊^[19]。2型糖尿病发病机制不清，与环境、遗传及行为等因素有关，表现为机体对胰岛素敏感性降低而导致的胰岛素抵抗，在其发病过程中，持续高血糖是代谢严重紊乱的主要表现之一，糖毒性可导致胰岛素的合成与分泌减少^[20]。2型糖尿病不能被完全治愈，现阶段临床治疗方法主要以药物治疗和注射胰岛素为主，药物治疗只可稳定患者的血糖值，但仍不能控制其并发症的产生。临床常用的口服降糖药主要以化学药物为主，减少肝脏葡萄糖输出，并促进细胞摄取葡萄糖，或刺激胰岛细胞释放胰岛素，加速葡萄糖的代谢而降低血糖。但这种药物副作用较多，长期服用有促发心脏病等不良影响。近年来中国传统医药在治疗2型糖尿病方面被广泛重视。传统中药可较好的辅助降低2型糖尿病患者空腹血糖值，还可预防2型糖尿病及其并发症的发生^{[21 – 22]}。

本研究采用高脂饮食和腹腔注射STZ诱导大鼠2型糖尿病模型，该模型稳定且重现性好，可体现因膳食改变引起的肥胖，STZ破坏胰岛细胞分泌功能，进而出现糖尿病综合征的病理特征。本研究结果显示，菊芋多糖可明显降低糖尿病大鼠血糖，菊芋多糖80 mg/kg组降低大鼠FBG的程度与二甲双胍组类似。提示，菊芋多糖具有降低2型糖尿病大鼠血糖作用。本研究结果还显示，菊芋多糖还可提高2型糖尿病大鼠FINS，具有促进胰岛素分泌的作用；菊芋多糖还可减轻2型糖尿病大鼠的胰腺病理学改变，减少胰岛细胞的损伤，使胰岛β细胞数目增多，使胰岛素表达水平明显升高。

综上所述，菊芋多糖具有较好的降血糖、改善胰岛素抵抗作用，其机制可能与菊芋多糖可明显增强糖尿病大鼠胰岛β细胞功能，促进胰岛素表达有关。