FSHW | 蜜树茶可减轻氧化失衡和高脂血症以改善2型糖尿病大鼠的葡萄糖稳态

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Introduction

糖尿病（DM）是一种多因素慢性代谢紊乱性疾病，已经成为与健康相关的全球流行病。DM主要分为1型糖尿病和2型糖尿病（T2D）。T2D是最常见的糖尿病形式，占糖尿病患者的90%以上。其特征是慢性高血糖和胰岛素分泌异常或胰岛素不敏感。慢性高血糖导致活性氧自由基（ROS）积累和内源性抗氧化防御系统的损伤，很可能引发氧化应激。氧化应激反过来与高血糖合并，增加胰岛素抵抗并加重β细胞功能障碍，从而加剧T2D。因此，调节高血糖和氧化应激对于控制或治疗T2D及其并发症至关重要。目前，用于治疗T2D的药物通常具有不良的副作用。大约80%的新兴国家更倾向于使用营养保健品来预防、管理和治疗T2D。这种做法可能涉及利用南非本土植物物种，包括红蜜树茶（RHT）。

蜜茶（Cyclopia属）是南非特有的灌木，由Cyclopia属的不同植物部分制成。传统发酵型蜜茶也被称为RHT。蜜茶包括23～24种，其中6种已被证明具有商业用途或药用特性。这些种类是Cyclopia genistoides、C. intermedia、C.sessifloria、C. maculata、C. subternata和C. longifolia。Cyclopia属植物的抗氧化、抗糖尿病、抗癌和促健康的特性已有研究证实，这主要归因于它们的植物化学物质，如芒果苷、异芒果苷、橙皮苷和异槲皮素。C. genistoides是最早被用作草药茶消费的Cyclopia属植物，也是唯一有记录的传统药用植物。然而，迄今为止，还没有关于RHT的体内抗糖尿病研究发表。

因此，本研究着重研究RHT的热水提取物，因为它代表了日常制备草药茶的方式，以评估经果糖喂养链脲佐菌（STZ）诱导的2型糖尿病大鼠模型中的体内抗氧化活性和抗糖尿病效果。

Results

RHT对食物和水摄入量、每周体质量变化、胰腺质量和相对质量的影响

如图1A所示，所有糖尿病组的平均每日采食量和饮水量显著高于NC组和NRH组（P＜0.05），其中DBC组的每日采食量和饮水量最高。与DRHL组相比，DRHH组的采食量略低，饮水量略高。同时，DBM组的饲料和饮水摄入量显著低于RHT处理组。RHT处理组和DBG组之间在采食量方面没有显著差异（P＞0.05），而DBG组的饮水量显著（P＜0.05）低于DRHH组。

图1 （A）不同动物组的饲料和液体摄入量以及（B）平均体质量

图1B显示了所有动物组的每周体质量（BW）变化。不同组的初始体质量（第0周）没有显著差异；然而，注射STZ后，糖尿病组的体质量增加明显低于NC组和NRH组（P＜0.05）。随着实验（第2周至第6周）的进行，与DBC组相比，RHT和格列本脲治疗组的体质量仅略有增加，但不显著。DBM组的体质量增益显著高于DBC组（P＜0.05）。DRHL组和DRHH组之间没有显著性差异。

RHT对每周血糖水平和口服葡萄糖耐量试验（OGTT）的影响

如图2A所示，与正常组相比，在诱导T2D后，所有糖尿病组的血糖浓度均显著增加。此外，所有糖尿病治疗组的血糖水平相比于DBC组都有所降低，在干预期的最后两周表现出明显更低的血糖水平。

图2B显示了OGTT的结果和相应的曲线下面积（AUC）。正常组（NC和NRH）的糖耐量能力明显优于所有糖尿病组（P＜0.05）。在口服2 g/kg BW的葡萄糖后，各组在30 min内的血糖水平都有显著的变化（P＜0.05）。除DBC组外，所有糖尿病组的血糖水平均在此时达到峰值，并在OGTT试验结束后开始下降。所有糖尿病组在60、90和120 min的血糖水平均显著低于DBC组（P＜0.05）。所有动物组中，120 min时的血糖水平最低。经RHT治疗的糖尿病组在血糖峰值后的血糖水平明显低于其他糖尿病组。正常组和其他糖尿病治疗组的AUC显著低于DBC（P＜0.05），这再次证实了它们的葡萄糖耐受性优于DBC，其中DRHH的效果优于DRHL。

图2 不同动物组的（A）每周血糖浓度和（B）口服葡萄糖耐量试验（OGTT）以及相应的曲线下面积（AUC）

RHT对胰岛组织病理学的影响

图3显示了各组动物收集的胰腺组织的组织学分析。对NC组的胰腺切片进行显微镜检查显示出胰岛的正常形态特征，其染色较周围的腺泡细胞浅。胰岛的内分泌和外分泌腺体之间的边界清晰。胰岛组织学形态规则，朗格汉斯岛中有许多且密集排列的胰岛，细胞核均匀，细胞质丰富。而在DBC组，T2D的诱导导致胰岛结构的破坏，一些组织严重裂解，细胞核消失。与NC组相比，胰岛中的细胞数量显著减少，注射STZ的大鼠中只有少数胰岛β细胞留存。然而，在接受RHT和标准药物治疗的糖尿病组中，这种情况有所改善，高剂量的RHT治疗表现出比DRHL组更好的胰岛保护和再生能力。而DBM比DBG组显示出更好的效果。

图3 不同动物组胰腺的组织病理学检查

RHT对血清脂质的影响

如图4所示，DBC组的总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇浓度明显高于正常组（P＜0.05）。同样，所有糖尿病组经过治疗后，这些胆固醇的含量都明显降低（P＜0.05），其中DRHH组的含量明显低于DRHL组。此外，与正常组相比，DBC组的高密度脂蛋白胆固醇水平显著降低，但这一情况在治疗组中得到明显逆转，DRHH组的结果优于DRHL组。DBC组的血清甘油三酯明显高于其他组（P＜0.05），而所有糖尿病治疗组都明显高于正常组（P＜0.05），其中DRHL组的血清甘油三酯水平在糖尿病治疗组中最低。

图4 不同动物组的血清脂质谱

肝脏质量、相对肝脏质量和肝糖原

如表1所示，各组的肝脏质量没有显著差异（P＞0.05）。DBC组的相对肝脏质量与正常组相比显著增加（P＜0.05），而在糖尿病组中无显著差异（P＞0.05）。肝糖原在DBC组显示最低水平。然而，在所有其他组中，这种情况显著逆转，DRHH和DBM组之间没有显著差异。DRHH组的肝糖原水平显著高于DRHL组（P＜0.05）。

表1 干预期结束时不同动物组的肝脏质量、相对肝脏质量和肝糖原水平

RHT对糖尿病并发症血清参数的影响

如表2所示，与正常组相比，除NRH组的尿素外，DBC组的血清AST、ALT、ALP、尿素、尿酸、肌酐和CK-MB水平均显著升高（P＜0.05）。在所有糖尿病组中，DBC组动物的血清谷草转氨酶、谷丙转氨酶和肌酸激酶水平均显著升高（P＜0.05），但在所有治疗糖尿病组中，这些水平均显著降低（P＜0.05）。除DBG组外，治疗糖尿病大鼠的血清ALT水平明显低于DBC组。除DRHL组外，DBC 组大鼠的血清尿酸和肌酐水平明显高于其他糖尿病组（P＜0.05）。与DRHH组相比，DRHL组在ALT、ALP等指标上表现更好。

表2 实验结束时不同动物组血清生化参数

RHT对血清胰岛素水平的影响

表3显示了血清胰岛素和果糖胺浓度、计算得出的HOMA-IR和HOMA-β评分。DBC组的血清胰岛素水平明显低于正常组（P＜0.05），而治疗糖尿病组的结果则明显相反。与其他组相比，DBC组的HOMA-IR评分明显升高（P＜0.05），而RHT治疗糖尿病组的HOMA-IR评分明显降低（P＜0.05），其中DRHL组的结果优于DRHH组。此外，与正常组相比，DBC组的HOMA-β评分明显降低（P＜0.05），而接受RHT治疗的糖尿病组的HOMA-β评分明显高于DBC组（P＜0.05）。在血清果糖胺方面，DBC组的果糖胺浓度明显高于正常组（P＜0.05），而其他糖尿病治疗组的果糖胺浓度则明显降低，其中DRHH组的果糖胺浓度明显低于DRHL组。

表3 实验结束时不同动物组的血清胰岛素和果糖胺浓度以及计算的HOMA-IR和HOMA-β评分

RHT对体内抗氧化活性的影响

如图5A所示，与正常组相比，在糖尿病对照组（DBC）的胰腺、肝脏、肾脏和心脏中的MDA水平显著升高（P＜0.05）。糖尿病治疗组的MDA水平显著降低，这在不同的研究器官中也得到了复制，与DRHL相比，DRHH表现出的MDA水平显著较低（P＜0.05）。

图5B显示了所有动物组中器官的GSH水平。与正常组相比，DBC组的胰腺、肝脏和肾脏中的GSH水平显著降低（P＜0.05）。与DBC组相比，RHT治疗组和标准药物治疗组的胰腺、肝脏和肾脏中的GSH水平显著升高，其中肝脏中的DRHH显著高于DRHL组。而在心脏方面，各组之间没有显著性差异。

如图5C所示，DBC器官中的GR活性显著低于正常组（P＜0.05）。RHT组和标准药物治疗组显著改善了器官中的GR活性，其中DRHH组在心脏和胰腺中的GR活性高于DRHL组。而在肝脏和肾脏中，DRHL提高的酶活性明显高于DRHH组。

图5 （A）所有动物组的胰腺、肝脏、肾脏和心脏中的硫代巴比妥酸反应物质（MDA），（B）还原型谷胱甘肽（GSH）水平和（C）谷胱甘肽还原酶（GR）活性

图6A显示了所有动物组的胰腺、肝脏、肾脏和心脏中SOD活性的数据。DBC组大鼠SOD活性显著低于正常组（NC和NRH）（P＜0.05）。然而，除DRHL组的心脏外，RHT和标准药物治疗组的胰腺、肝脏、肾脏和心脏的情况显著逆转。DRHL组肝脏SOD活性显著（P＜0.05）高于DRHH组，而胰腺和肾脏SOD活性无显著性差异（P＞0.05）。在心脏中，DRHH组表现出显著高于DRHL组的SOD活性。

所有动物组器官中过氧化氢酶的活性如图6B所示。DBC组胰腺、肝脏、肾脏、心脏过氧化氢酶活性显著低于正常组（P＜0.05）。RHT治疗的糖尿病组肝脏、肾脏和心脏的过氧化氢酶活性显著高于DBC组，其中DRHL组的结果优于DRHH组。而在胰腺中，DRHL组过氧化氢酶活性高于DRHH组，但与DBC组相比无显著性差异。

图6 各组动物胰腺、肝脏、肾脏、心脏的（A）SOD活性、（B）过氧化氢酶活性

Discussion

T2D与慢性高血糖密切相关，其特征是胰腺β细胞功能障碍和IR。糖尿病研究中通常使用两种主要的啮齿动物模型，即自发诱导的遗传模型和实验诱导的非遗传模型。本实验采用非遗传性T2D大鼠模型，通过含果糖饮食（10%果糖溶液）喂养两周联合单次腹腔注射链脲佐菌素（STZ；40 mg/kg BW）诱导。果糖溶液用于诱导胰岛素抵抗，而STZ用于产生部分胰腺β细胞破坏，导致高血糖。雄性Wistar大鼠因其行为相对较温顺、体型较小、易于操作且对STZ诱导的细胞毒性比雌性更敏感而被采用。

在早期临床阶段，典型的糖尿病症状和体征如多尿、多饮、多食、体质量减轻等与高血糖有关。多尿（数据未显示）是由于葡萄糖的肾脏阈值超过导致葡萄糖通过尿液排出。多渴是由于尿液中水分过多流失导致的高渗状态所致。此外，由于葡萄糖利用不足而导致多食症，导致脂肪、肌肉和组织蛋白的消耗，并伴随体质量减轻。在我们的实验中，与正常组相比，DBC组的水和饲料摄入量显著增加（P＜0.05），并且体质量显著降低，证实了T2D的诱导（图1A、B）。此外，在整个干预期间，与DBC组相比，糖尿病治疗组的体质量增加更好，表明大鼠从糖尿病状况中逐渐恢复。因此，阐明的参数揭示了RHT对常见T2D症状的潜在治疗作用。

血糖稳态通过胰腺释放的胰高血糖素和胰岛素的作用来实现，这对于评估和预防T2D至关重要。作为T2D的主要病理特征，慢性高血糖归因于胰岛β细胞数量少和剩余β细胞分泌需求增加，导致β细胞功能障碍和胰岛素抵抗，进而可能诱导β细胞凋亡，加重β细胞缺陷。这与DBC组的血糖水平升高（图2A）、胰岛素抵抗增加、血清胰岛素水平降低以及胰岛β细胞功能减弱（表3）相对应。这也与胰腺组织学分析显示的β细胞减少相一致（图3）。另外，在治疗组（RHT和标准药物）的干预期间测得较低的血糖（NFBG和FBG），以及实验结束时血清胰岛素水平的增加，证实了胰岛β细胞功能的恢复（表3），以及胰岛β细胞的再生（图3）。这些结果支持了RHT对控制和治疗糖尿病具有抗高血糖和抗糖尿病活性和治疗效果。

此外，与DBC组相比，RHT处理后的大鼠果糖胺水平显著降低（P＜0.05），这也暗示了RHT的抗糖尿病效果（表3）。

糖脂代谢紊乱、胰岛素敏感性降低和胰岛素信号传导障碍导致IR的发生，导致果糖喂养和STZ诱导的T2D大鼠FBG升高。FBG和糖耐量的监测在糖尿病IR检测中起着重要作用。OGTT常用于研究葡萄糖负荷状态下的血糖调节能力和实验动物胰岛β细胞功能。葡萄糖曲线下面积（AUC）可作为衡量血糖波动的指标。DBC组口服葡萄糖后，血糖水平波动在较高水平，表明其糖耐量比正常组（NC和NRH）更差，存在胰岛β细胞功能障碍和胰岛素不敏感性（图2B）。这意味着胰腺β细胞功能障碍和胰岛素不敏感的发生，与正常组相比，DBC组的HOMA-IR显著增加和HOMA-β评分降低也支持了这一点（表3）。然而，与DBC组相比，RHT治疗组的血糖水平显著下降（P＜0.05），表明该治疗的糖耐量得到改善，这进一步支持了其抗T2D作用。

作为胰岛素作用的主要靶器官之一，肝脏对于维持正常的葡萄糖稳态至关重要。肝糖原的合成是降低人体血糖水平的重要途径。在我们的实验中，在DBC大鼠中观察到的肝糖原水平显著降低（P＜0.05）（表1）可能是由于T2D诱导后的IR导致糖原磷酸化增加或糖原合酶活性降低。与DBC相比，RHT治疗大鼠的肝糖原水平显著升高（P < 0.05）（表1），表明RHT具有改善肝脏糖原合成能力的作用。这与RHT治疗的糖尿病大鼠的血糖水平降低（图2A）和葡萄糖耐量增加（图2B）相一致，进一步揭示了其抗糖尿病潜力，这可能归因于其胰岛素敏感性的改善。

果糖-链脲佐菌素诱导的T2D大鼠血清TC、TG、LDL-C水平升高，血清HDL-C水平降低，这对应于我们研究中的DBC大鼠（图4）。这些血脂的检测用于评估糖尿病患者的脂肪代谢，也是临床评价糖尿病防治效果的常用指标。RHT治疗组血清TG、TC、LDL-C水平显著降低（P＜0.05），HDL-C水平显著升高（P＜0.05），提示RHT具有抗糖尿病潜力，这可能是通过改善血脂异常来实现的。和胰岛素敏感性。

以链脲霉素诱导的T2D大鼠血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天门冬氨酸氨基转移酶（AST）和碱性磷酸酶（ALP）水平升高作为生物标志物，已在多项研究中报告为肝损伤的指示物，这与我们的研究中DBC组中这些指标显著（P＜0.05）高于正常组的结果一致（表2）。与DBC相比，RHT治疗的大鼠中这些酶的水平显著降低（P＜0.05），这证明RHT的保肝特性。

T2D中血清尿素和尿酸水平升高是糖尿病肾衰竭的因果关系。RHT通过降低上述生物标志物的水平，在STZ诱导的大鼠中表现出其肾脏保护潜力（表2）。

CK（肌酸）和CK-MB（肌酸激酶同工酶）水平升高表明心脏损伤的风险增加，因为它们被用作T2D相关冠心病的生物标志物。与未经治疗的糖尿病大鼠相比，RHT通过降低肌酸和CK-MB水平显示出其心脏保护能力（表2），这与其抑制血清TG、TC、LDL-C水平的作用一致并提高HDL-C水平（图4）。

糖脂代谢紊乱导致过氧化与抗氧化失衡。当内源性抗氧化系统被过多产生的自由基超负荷时，就会产生氧化应激。GSH水平降低，MDA水平升高，以及抗氧化酶等活性降低。SOD、过氧化氢酶和GR在STZ介导的氧化应激中已得到充分证实。MDA是脂质过氧化的生物标志物，GSH负责保护细胞免受氧化应。而GR将GSSG还原为GSH，以维持支持内源性抗氧化防御系统的GSH含量。在本研究中，大多数研究的糖尿病大鼠器官中MDA、GSH水平和GR活性的改善（图5A-C）可能归因于RHT的酚类物质。

SOD和过氧化氢酶是首要防御系统中相互对抗氧化应激的抗氧化酶。在本研究中，STZ诱导的T2D大鼠器官中SOD和过氧化氢酶活性的改善表现出RHT增强首要防御系统的强大能力（图6A，B）。这可以通过其酚类物质和同一科植物在不同实验模型中的表现来证明，这证实了其体内抗氧化潜力。

抗氧化特性也可归因于据报道RHT中存在的植醇和维生素E的协同效应。据报道，这些植物化学物质，特别是维生素E具有有效的抗糖尿病和抗氧化特性。

Conclusion

综合所有结果表明，通过饮水途径给予RHT热水提取物的实验具有体内抗氧化和抗糖尿病特性，在STZ诱导的T2D大鼠中表现出降糖、降脂和抗氧化效应，因此展示了其在改善T2D及其某些相关并发症方面的潜力。

Red honeybush (Cyclopia genistoides) tea mitigates oxidative imbalance and hyperlipidemia, while improving glucose homeostasis in type 2 diabetic rats

Xin Xiao a , Ochuko L. Erukainure a,b , Md. Shahidul Islam a,*

a Department of Biochemistry, University of KwaZulu-Natal, Westville Campus, Durban 4000, South Africa

b Department of Pharmacology, University of the Free State, Bloemfontein 9300, South Africa

*Corresponding author .

Abstract

Red honeybush tea (RHT) is a tea product developed from Cyclopia spp. which is endemic to South Africa. Aside refreshment, RHT has over the years been used traditionally in the treatment of various diseases including type 2 diabetes. This study investigated the in vivo antioxidant and anti-diabetic activity of RHT concentrated hot water extract in type 2 diabetes (T2D) model of rats. T2D was induced starting with feeding 10 % fructose solution ad libitum for 2 weeks followed by a single intraperitoneal injection of streptozotocin (40 mg/kg body weight (BW)). Five weeks of treatment of RHT led to significant (P < 0.05) elevation in serum insulin, pancreatic β-cell function, HDL-c levels with concomitant decrease in AST, ALT, ALP, urea, CK-MB, fructosamine, total cholesterol, triglycerides, LDL-c, and insulin resistance in diabetic rats. RHT also significantly (P < 0.05) decreased MDA levels and enhanced level of GSH, activity of SOD, catalase, GR in most of organs (pancreas, liver, kidneys, and heart). Significantly (P < 0.05) improved morphological changes in the islets and β-cells were observed in rats treated with RHT. The data of this study suggest that RHT demonstrates an outstanding antioxidant and anti-diabetic effects in STZ-induced T2D model of rats.

Reference:

XIAO X, ERUKAINURE O L, ISLAM M S. Red honeybush (Cyclopia genistoides) tea mitigates oxidative imbalance and hyperlipidemia, while improving glucose homeostasis in type 2 diabetic rats[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(6): 2029-2039. DOI:10.1016/j.fshw.2023.03.018.

编辑： 梁安琪； 责任编辑： 张睿梅

封面图片来源：图虫创意