FSHW | 木糖醇-酪蛋白复合物对高脂饮食+链脲霉素诱导的2型糖尿病小鼠胰岛素抵抗和肠道菌群组成的影响

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Introduction

最近的研究表明，功能性食品在预防2型糖尿病（T2DM）的发生和发展中发挥着重要作用。木糖醇因其显著的健康益处而备受关注，尤其是作为T2DM患者的蔗糖替代品。据报道，口服木糖醇可减轻小鼠的高血糖和胰岛素抵抗，包括血清胰岛素浓度和葡萄糖耐量水平，并改善胰岛形态。多项实验表明，酪蛋白及其多肽在糖尿病干预中发挥重要作用，如控制餐后血糖，提高人类受试者胰岛素水平，减轻高血糖氧化应激引起的SD大鼠肝损伤。根据我们之前的研究，通过物理混合制备的木糖醇-酪蛋白非共价复合物具有适合作为食品补充剂使用的性能，然而目前，其在抗糖尿病和肠道菌群方面的确切作用尚不清楚。

功能性食品的有益作用可能与肠道菌群有关。肠道菌群被认为是构成人体动态生态系统的重要组成部分，其组成受到各种环境因素的影响。许多研究都报道了肠道菌群组成、糖尿病和饮食之间的关系。例如，补充黄精皂苷和多糖可降低拟杆菌门和变形菌门的丰度，增加厚壁菌门的丰度，改善T2DM大鼠肠道微生态。在高脂饮食和链脲霉素诱导的T2DM大鼠中，研究人员证实了Alistipes和Lachnospiraceae NK4A136的丰度与总胆固醇、总甘油三酯、血糖等稳态参数呈负相关。因此，健康的肠道菌群分类和调节可能是干预T2DM的有效途径。

沈阳农业大学食品学院孔繁华博士、岳喜庆教授等 在本文中研究了木糖醇-酪蛋白非共价复合物对T2DM小鼠胰岛素抵抗、葡萄糖耐量、血脂代谢和肠道微生物群组成的影响，并确定肠道微生物群关键物种与T2DM发展的关系。该研究结果为木糖醇-酪蛋白非共价复合物作为有效干预T2DM的功能性食物补充剂提供了理论依据。

Results and Discussion

T2DM相关生理指标变化

血糖升高是T2DM患者的主要症状，血糖控制是T2DM治疗的首要问题。空腹血糖水平是诊断糖尿病最快捷、最简单的方法。GHb是T2DM的一个重要临床参数，是HB与血液中过量葡萄糖非酶不可逆共价键的产物。T2DM小鼠血糖浓度升高与蛋白糖基化上调有关。持续的高血糖也促进各种功能蛋白的糖基化，包括HB。在本研究中，经复合物干预6周后能显著下调T2DM小鼠的FBG、GHb和灌胃葡萄糖后的血糖水平以及AUC值（P＜0.05，表1和图1），提示复合物有改善葡萄糖稳态的潜力。

Ins是一种主要由胰岛β细胞分泌的降血糖肽激素。Ins不仅通过将葡萄糖转运到细胞中提供能量，还可以作为糖原储存在肝/骨骼肌细胞中，从而调节体循环中的葡萄糖摄取。HOMA-IR和QUICKI值是流行病学研究中广泛接受的IR和β细胞功能测量方法。与DC组相比，复合物对Ins水平、HOMA-IR值和QUICKI值有显著影响（表1），从而显示出潜在的抗高胰岛素/IR降低作用。

T2DM与多种并发症相关，如脑血管、心血管、肾病和神经病变，这些都是糖尿病人群死亡的主要原因。本研究中，与DC组相比，复合物干预可显著降低糖尿病小鼠各项血脂生化指标水平（图1），说明复合物可有效缓解T2DM小鼠血脂代谢紊乱及对脏器、组织、细胞的损害。

表1 6周干预期间FBG和Ins水平、HOMA-IR和QUICKI值的变化

复合物对肠道菌群的调节作用

在本研究中，我们观察到各组之间肠道菌群的丰度和组成存在显著差异。与NC组相比，DC组的物种丰富度显著降低。复合物组的物种丰富度明显高于DC组，提示复合物对T2DM小鼠肠道菌群有潜在的调节作用。

门和属水平的肠道菌群组成组间差异显著。正如预期的那样，复合物处理有效地恢复了F/B比率（见正文）。此外，复合物干预组的Saccharibacteria、Proteobacteria和Actinobacteria的相对丰度低于DC组。Proteobacteria是一种机会致病菌，其丰度的减少可能与T2DM的减轻有关。在属水平上，复合物干预6周后，T2DM小鼠优势肠道菌群相对丰度的阳性或阴性变化可明显恢复（图2）。

关键肠道菌群与T2DM发展之间的关系

在本研究中，Spearman相关分析显示，Alistipes、Bacteroides和Faecalibaculum的相对丰度与BW和QUICKI呈负相关，与FBG、Ins、HOMA-IR、GHb、HB、TG、TC、FFA、AST、ALT、LDH、CK、CRE、OGTT和AUC呈正相关。Akkermansia、Lactobacillus、Bifidobacterium和Turicibacter与这些参数的相关性相反。这些结果表明，复合物可能通过调节肠道菌群来改善糖耐量，降低血脂水平，并延缓T2DM的发展。

第一作者

孔繁华，女，工学博士，在站博士后。主要研究方向为功能性乳蛋白的加工与利用、牛乳蛋白致敏性研究。参与国家十四五计划项目2项。在《Food Chemistry》、《Food Research International》和《Food Science and Human wellness》等国内外著名期刊公开发表学术论文20余篇，其中SCI收录11篇，以第一作者发表SCI论文6篇。是国内外多个期刊审稿人。

通信作者

岳喜庆，博士、教授、博士生导师、辽宁省乳制品加工与利用创新团队首席专家，动物源食品加工与利用团队学科带头人。曾获全国农科教推先进人物、国家优秀博士论文评审专家、辽宁省特聘教授、辽宁省教学名师等称号，入选辽宁省“兴辽英才计划”科技创新领军人才、辽宁省“百千万人才工程”百人层次及吉林省高层次创新创业引进人才。曾获“神农”中华农业科技三等奖、辽宁省科技进步二等奖、三等奖、辽宁省自然科学学术成果一等奖、二等奖、沈阳市科技进步奖等多项科研奖励。长期从事乳制品、肉制品、蛋制品及益生菌资源的综合技术开发工作，主要集中在不同乳源蛋白质组及其糖基化、磷酸化修饰，脂质、氨基酸等营养成分的分离纯化、结构鉴定、相互作用分子机制及功能性配方乳粉研发。现主持承担国家综改办项目、国家自然科学基金面上项目、“十三五”国家重点研发计划等项目10余项。共发表研究论文300余篇，其中发表SCI收录论文100余篇，EI收录论文60余篇。主编教材《畜产食品加工学》1 部，参编《现代乳品工业手册》1 部，授权发明专利10余项。

Effects of axylitol-casein complex on insulin resistance and gut microbiota composition in high-fat-diet + streptozotocin-induced type 2 diabetes mellitus mice

Fanhua Kong, Juan Zhang, Shimo Kang, Xinyu Shen, Aicheng Liu, Yan Zheng, Junhua Shao, Xiqing Yue*

College of Food Science, Shenyang Agriculture University, Shenyang 110866, China

*Corresponding author.

Abstract

This study investigated the effects of a xylitol-casein non-covalent complex (XC) on parameters related to type 2 diabetes mellitus (T2DM), in addition to related changes in gut microbiome composition and functions. High-fat-diet (HFD) + streptozotocin (STZ)-induced T2DM mice were treated with xylitol (XY), casein (CN), and XC, after which fecal samples were collected for gut microbiota composition and diversity analyses based on 16S rRNA high-throughput sequencing and multivariate statistics. XC decreased body weight and improved glucose tolerance, insulin sensitivity, pancreas impairment, blood lipid levels, and liver function in T2DM mice compared to XY- and CN-treated mice. Furthermore, XC modulated the α-diversity, β-diversity and gut microbiota composition. Based on Spearman’s correlation analysis, the relative abundances of Alistipes, Bacteroides, and Faecalibaculum were positively correlated and those of Akkermansia, Lactobacillus, Bifi dobacterium, and Turicibacter were negatively correlated with the phenotypes related to the improvement of T2DM. In conclusion, we found that XC alleviated insulin resistance by restoring the gut microbiota of T2DM mice. Our results provide strong evidence for the beneficial effects of XC on T2DM and motivation for further investigation in animal models and, eventually, human trials.

Reference:

KONG F H, ZHANG J, KANG S M, et al. Effects of axylitol-casein complex on insulin resistance and gut microbiota composition in high-fat-diet + streptozotocin-induced type 2 diabetes mellitus mice[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(5): 2741-2753. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250221.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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