科研 | 车前草多糖缓解2型糖尿病大鼠的高血糖、高血脂并调节结肠微生物菌群结构（国人作品）
一、导读
2型糖尿病(T2D)是一种以高血糖、轻度炎症、胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能衰竭为特征的代谢性疾病，主要影响糖、脂和蛋白质代谢。根据国际糖尿病联合会的数据，全世界有3.8亿甚至更多的人患有糖尿病，预计到2035年这一数字将增加到5.92亿，其中2型糖尿病(T2D)至少占90%。据报道，慢性代谢性疾病是由遗传因素和环境因素，如饮食、年龄、肠道微生物群、生活方式和肥胖等共同造成。同时，越来越多的证据表明，肠道微生物群与糖尿病的发展密切相关。
许多抗糖尿病药物，如双胍类，α-葡萄糖苷酶抑制剂和噻唑烷二酮类用于治疗糖尿病，但是在给药后患者出现包括肠胃胀气，不适和有时腹泻的副作用。从植物中分离的化学物质（如多糖）具有潜在抗糖尿病的作用，且生产成本低、副作用小。据报道，一些多糖通过靶向功能障碍的β细胞、胰岛素增强、抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶等多种机制发挥抗糖尿病作用。
车前草是一种传统中药。本课题组从车前草种子中分离纯化出一种新型多糖（PLP），PLP粘度高，富含木糖（60%）和阿拉伯糖（32%）。研究发现， PLP可显著降低正常大鼠血清总甘油三酯、胆固醇和动脉粥样硬化指数并改善结肠微菌群结构。
二、论文ID
原名：Polysaccharide from Plantago asiatica L. attenuates hyperglycemia, hyperlipidemiaand affects colon microbiota in type 2 diabetic rats
译名：车前草多糖缓解2型糖尿病大鼠的高血糖、高血脂并调节结肠微生物菌群结构
期刊：Food Hydrocolloids
IF：4.747
发表时间：2017年
通讯作者：Shaoping Nie
通讯作者单位：南昌大学
三、实验设计
四、实验结果
1、PLP对大鼠体重、摄食量和饮水量的影响
将大鼠随机分为7组，部分组喂食高脂食物，并使用链脲霉素STZ诱导大鼠得糖尿病。结果显示，与正常大鼠相比，STZ诱导的糖尿病大鼠逐渐消瘦，体重下降，食物摄取增加和水消耗增加。这些症状通过治疗PLP得到缓解。与非糖尿病对照组相比，2型糖尿病大鼠（DM组）的摄食量和水分消耗显着增加。与未治疗的糖尿病大鼠相比，PLP治疗显着降低糖尿病大鼠的饮水量。CON组体重稳定增加，DM组体重显著下降，而PLP治疗4周后显著缓解了小鼠的体重下降。
表 1 不同组间食物与水的摄取量
注：与DM组比较（*P ＜0,05，**P＜0,01）
图2 不同组间大鼠的体重
注：与DM组比较（*P ＜0,05，**P＜0,01）
2、与糖尿病相关的生理生化指标
2.1 PLP对空腹血糖水平（FBG）、糖化血清蛋白（GSP）和胰岛素水平的影响
实验结束时，测定各组FBG、GSP和胰岛素水平（图3）。结果显示， DM组血糖最高(31.2)，LP+DM组血糖最低(19.8)。与DM组相比，LP-DM组、MP-DM组、HP-DM组和Met组的FBG水平分别降低了36.5%、17.9%、25.3%和32.1%。与DM组比较，PLP和二甲双胍治疗组血糖水平降低，GSP水平下降。DM组的胰岛素抵抗水平(53.41%)明显高于对照组。与DM组相比，低、中、高剂量PLP和二甲双胍组大鼠胰岛素水平分别从54.7±2.6降至44.8±2.6、45.1±1.1、48.0±4.0和46.0±3.9。QUICKI指标低，表明糖尿病大鼠的胰岛素抵抗水平低。
图3 不同组间的 FBG (A), GSP (B), insulin (C)和 QUICKI值
注：与DM组比较（*P ＜0,05，**P＜0,01）
2.2 PLP对血脂及肾功能的影响
结果显示，DM组TC、TG、LDL-C分别比对照组升高0.5、4.7和1.7倍，HDL-C水平降低0.3倍。与糖尿病大鼠相比，PLP显著降低TC(除中剂量PLP外)、TG及HDL-C水平（P<0.05），PLP还可部分改善糖尿病大鼠LDL-C水平。
糖尿病肾病是糖尿病严重并发症之一。与正常大鼠相比，糖尿病大鼠的肾功能参数如，CRE（3.0倍），UA（1.9倍）和BUN（1.5倍）显着升高（表2），而PLP和二甲双胍改善了肾功能参数。值得注意的是，PLP对CRE和UA的调节作用优于二甲双胍。结果提示PLP可能对糖尿病大鼠肾脏有保护作用。
表 2 PLP对2型糖尿病大鼠血脂及肾功能的影响
注：与DM组比较（*P ＜0,05，**P＜0,01）
2.3 PLP对MDA水平及抗氧化活性酶的影响
结果显示，DM组TC、TG、LDL-C分别比对照组升高0.5、4.7和1.7倍，HDL-C水平降低0.3倍。与糖尿病大鼠相比，PLP显著降低TC(除中剂量PLP外)、TG及HDL-C水平（P<0.05），PLP还可部分改善糖尿病大鼠LDL-C水平。
糖尿病肾病是糖尿病严重并发症之一。与正常大鼠相比，糖尿病大鼠的肾功能参数如，CRE（3.0倍），UA（1.9倍）和BUN（1.5倍）显着升高（表2），而PLP和二甲双胍改善了肾功能参数。值得注意的是，PLP对CRE和UA的调节作用优于二甲双胍。结果提示PLP可能对糖尿病大鼠肾脏有保护作用。
表 3 PLP对MDA水平及抗氧化活性酶的影响
注：与DM组比较（*P ＜0,05，**P＜0,01）
3、车前草多糖对肠道菌的作用
3.1 结肠微生物组成的变化
结果显示，肠道微生物的组成可能直接导致与2型糖尿病相关的低度炎症。T2D患者革兰氏阴性菌的丰度相对较高。如图4，DGGE细菌谱的多样性指数显示，DM组的丰富度（20.2±1.5）显著低于对照组(26.0±1.4)，PLP和二甲双胍组的丰富度明显高于非糖尿病组。
图 4 大鼠结肠内容物微生物菌群分析
注：（A）细菌16S rDNA扩增V3区的DGGE扩增图和DGGE谱的UPGMA聚类分析图；（B，C和D）PLP，DM和Met的RDA。圆圈表示范多本圆圈。红圈表示正相关，蓝圈表示负相关。
3.2 PLP对粪便SCFA浓度和pH值的影响
醋酸盐、丁酸盐和丙酸盐是微生物发酵的主要产物（图5A）。结果显示， DM组与CON相比,乙酸、丙酸、戊酸和总SCFA浓度明显低于对照组。与糖尿病大鼠的乙酸水平（2.41±0.43）相比，在低、中、高剂量PLP和二甲双胍治疗的糖尿病大鼠的乙酸分别提高到3.90±0.30、3.78±0.20、3.67±0.14和4.30±0.44。在DM组和PLP治疗组之间还观察到丙酸和丁酸量的显著差异。
糖尿病大鼠的粪便pH值（7.95±0.12）显着高于正常大鼠（7.63±0.11），与糖尿病大鼠相比，低，中剂量PLP和二甲双胍显着降低糖尿病鼠的pH值。
图 5 不同组粪便SCFA(A)的浓度和PH值(B)
五 研究结论
本研究采用高脂饮食和链脲霉素(STZ)诱导2型糖尿病大鼠模型发现，车前草多糖PLP治疗与未进行治疗的糖尿病大鼠相比，PLP治疗4周后的血糖、胰岛素、总胆固醇、甘油三酯、非酯化脂肪酸和丙二醛浓度明显降低，高密度脂蛋白、胆固醇和抗氧化酶活性显著升高。PLP治疗后糖尿病大鼠粪便中短链脂肪酸(SCFA)含量明显升高。此外，PLP能显著提高结肠细菌多样性和Bacteroides vulgatus、Lactobacillus fermentum、Prevotella loescheii和Bacteroides ovatus的丰度。
六 点评
本研究测定大鼠糖尿病相关的生理生化指标，并且检测各组大鼠结肠肠道菌群的变化。说明PLP具有抗糖尿病作用，并且2型糖尿病与肠道微生物群的调节、SCFA水平的升高有关。
本文由李红霞编译，莫秋芬、江舜尧编辑。