厲佳怡，王紅磊，楊倩倩，楊進(jìn)潔，嵇 威，南希駿，盛桂華,*

（1.山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255049；2.山東省高校農(nóng)產(chǎn)品功能化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 淄博 255049；3.煙臺(tái)雙塔食品股份有限公司，山東 煙臺(tái) 265404）

糖尿病的治療已成為當(dāng)今最重要的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)之一?；加?型糖尿?。╰ype 2 diabetes mellitus，T2DM）的人口數(shù)量約占糖尿病患者的90%。目前，糖尿病的治療主要是通過(guò)飲食干預(yù)、藥物治療以及加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)來(lái)控制血糖，其中飲食干預(yù)是治療的重要途徑。相比于藥物治療，改善糖尿病人的飲食結(jié)構(gòu)、增加膳食纖維的攝入副作用更小。膳食纖維屬于多糖類物質(zhì)，是一種優(yōu)質(zhì)的功能性食品，可以保持人體健康和預(yù)防機(jī)體疾病，具有一定的生理功效。根據(jù)相關(guān)研究表明，膳食纖維在降血糖方面有顯著作用，其降血糖的作用可能包括以下幾個(gè)方面：1）在人體內(nèi)能夠影響-淀粉酶活力，降低淀粉的水解速度，減緩葡萄糖的釋放及濃度上升；2）在腸道中能夠吸附游離的葡萄糖并排出；3）可以增加神經(jīng)末梢對(duì)胰島素的敏感性，改善胰島素抵抗的狀態(tài)。

研究發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，糖尿病患者腸道中擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）、變形菌門(mén)（Proteobacteria）的豐度升高，厚壁菌門(mén)（Firmicutes）豐度降低，此外雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌的豐度也顯著減少。張影研究了膳食纖維和蛋白質(zhì)兩種物質(zhì)對(duì)T2DM患者腸道菌群的影響，結(jié)果表明，膳食纖維飲食能夠改善糖尿病患者的血糖濃度，使腸道有益菌豐度升高；而蛋白質(zhì)飲食雖然能夠改善患者的糖穩(wěn)態(tài)，降低血糖濃度，但是會(huì)加重患者的胰島素抵抗。Qin Junjie等利用宏基因組技術(shù)對(duì)345 名志愿者的腸道菌群樣本進(jìn)行測(cè)序；結(jié)果表明T2DM患者腸道菌群明顯失調(diào)，各種致病菌的豐度增加，而某些產(chǎn)丁酸鹽等短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs）的常見(jiàn)細(xì)菌豐度減少。SCFAs能夠在小腸、胰腺和肝臟等器官中作為信號(hào)分子調(diào)節(jié)體內(nèi)的能量代謝，進(jìn)而調(diào)控血糖水平。

有學(xué)者認(rèn)為膳食纖維降血糖與腸道菌群及其代謝產(chǎn)物SCFAs有關(guān)系。不能消化吸收的膳食纖維可以調(diào)節(jié)腸道菌群的紊亂行為，同時(shí)能夠被腸道中的數(shù)百種菌群所分解利用，產(chǎn)生的代謝物質(zhì)SCFAs能被人體吸收參與代謝。Zhao Liping等研究表明，碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生的SCFAs可以調(diào)節(jié)腸道微生物系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境，高膳食纖維飲食可以促進(jìn)特定腸道益生菌的增殖，從而調(diào)節(jié)糖尿病患者的腸道菌群，這些益生菌在腸道生態(tài)系統(tǒng)中比其他產(chǎn)生SCFAs的細(xì)菌和致病菌更具競(jìng)爭(zhēng)力。

豌豆膳食纖維（pea dietary fiber，PDF）具有潛在的降血糖功能開(kāi)發(fā)價(jià)值。Hashemi等通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，PDF具有降低血糖的效果，并且可能有改善腸道菌群組成的作用。然而目前鮮有研究報(bào)道PDF的降血糖機(jī)制。由實(shí)驗(yàn)室前期研究結(jié)果可知，超微粉碎的PDF具有更小更均勻的粒徑、更高的可溶性膳食纖維含量，這都有利于發(fā)揮降糖效果。因此，本研究探討超微粉碎豌豆膳食纖維（ultrafine grinded pea dietary fiber，UGPDF）對(duì)小鼠腸道菌群豐度、物種組成及代謝產(chǎn)物、肝臟組織形態(tài)及磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）/類胰島素生長(zhǎng)因子（insulinlike growth factors，IGF）蛋白表達(dá)的影響，以期從腸道菌群角度探究UGPDF降血糖機(jī)制，拓寬PDF的應(yīng)用領(lǐng)域，為PDF降血糖機(jī)制研究提供新的思路和理論參考。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物、材料與試劑

BALB/C雄性小鼠，體質(zhì)量（25±3）g，購(gòu)自濟(jì)南金豐實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司，生產(chǎn)許可證號(hào)：SCXK（魯）2014-0007。

豌豆膳食纖維由煙臺(tái)雙塔食品股份有限公司提供。

鏈脲佐菌素（streptozocin，STZ）、二甲雙胍、十二烷基硫酸鈉 上海愛(ài)純生物科技有限公司；RIPA裂解液 北京索萊寶生物科技有限公司；聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）膜 美國(guó)Millipore公司；AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒 美國(guó)Axygen公司。

1.2 儀器與設(shè)備

血糖儀、血糖試紙條 長(zhǎng)沙三諾生物傳感股份有限公司；FDV型超微粉碎機(jī) 江蘇省金壇市金城國(guó)盛實(shí)驗(yàn)儀器廠；凝膠電泳儀 美國(guó)Bio-Rad公司；JY04S-3B型凝膠成像分析系統(tǒng) 上海圣科儀器有限公司；ABI GeneAmp9700型聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction，PCR）儀 美國(guó)ABI公司；Miseq型測(cè)序儀美國(guó)Illumina公司；8890B-5977B GC/MSD氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)安捷倫科技有限公司；微型熒光計(jì)美國(guó)Promega公司；倒置顯微鏡 德國(guó)Leica公司。

1.3 方法

1.3.1 超微粉碎膳食纖維制備

參考Wang Meng等的方法，用FDV型超微粉碎機(jī)將PDF粉碎（粉碎30 s、停歇30 s，循環(huán)2 次）得UGPDF。

1.3.2 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以BALB/C雄性小鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分籠飼養(yǎng)，自由進(jìn)食和飲水飼喂1 周以適應(yīng)環(huán)境，保持溫度（22±2）℃、相對(duì)濕度（55±10）%以及無(wú)菌通風(fēng)狀態(tài)。動(dòng)物飼養(yǎng)和處理遵循中國(guó)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)協(xié)會(huì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利和倫理委員會(huì)規(guī)定。

用0.1 mol/L檸檬酸緩沖液配制STZ溶液，現(xiàn)用現(xiàn)配，避光冰浴保存，10 min內(nèi)完成腹腔注射。小鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)1 周后，斷食16 h，不斷水，將小鼠分為正常對(duì)照組（10 只）和實(shí)驗(yàn)組（40 只），實(shí)驗(yàn)組一次性腹腔注射STZ溶液（100 mg/kg），正常對(duì)照組（NC）腹腔注射等體積檸檬酸緩沖液。3 d后血糖儀測(cè)定小鼠尾靜脈血糖水平，以空腹血糖濃度大于11.1 mmol/L判定為糖尿病小鼠模型造模成功。正常對(duì)照組（NC）腹腔注射等體積檸檬酸緩沖液。

將建模成功小鼠隨機(jī)分為模型組（DC）、膳食纖維高劑量組（UGPDF-GH，0.9 g/（mL·d））、膳食纖維低劑量組（UGPDF-GL，0.45 g/（mL·d））、陽(yáng)性（二甲雙胍）對(duì)照組（PC，10 mg/（mL·d）），每組10 只，NC組與DC組給予標(biāo)準(zhǔn)飼料，UGPDF-GH、UGPDF-GL、PC組小鼠灌胃劑量為0.25 mL/d，周期為4 周。

1.3.3 小鼠血糖濃度測(cè)定

每周最后1 d在小鼠尾部靜脈取血，用血糖儀測(cè)定各組小鼠血糖濃度。

1.3.4 肝臟組織形態(tài)觀察

解剖小鼠后，將各組肝臟組織分別浸泡在體積分?jǐn)?shù)10%福爾馬林溶液中；分別用體積分?jǐn)?shù)為70%、80%、95%、100%的乙醇梯度脫水，石蠟包埋切片（5 μm）。用蘇木精-伊紅染色，在放大400 倍的倒置顯微鏡下觀察肝臟組織形態(tài)變化。

1.3.5 Western blot檢測(cè)

將小鼠肝臟組織切開(kāi)，用RIPA裂解液對(duì)肝臟蛋白質(zhì)抽提，用BCA法對(duì)抽提后樣本蛋白質(zhì)量濃度進(jìn)行定量，使各樣本的蛋白質(zhì)量濃度達(dá)到相近水平，再將處理后的蛋白樣本置于99 ℃水浴中加熱5 min，使蛋白變性，隨后取出冰浴5 min。通過(guò)十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳對(duì)處理好的樣品進(jìn)行蛋白分離，用PVDF膜進(jìn)行膜轉(zhuǎn)化后清洗1～2 次，4 ℃密封過(guò)夜。在原稀釋液中孵育1 h，洗滌3 次，每次5 min，第二次抗體孵育步驟同上，最后置于凝膠成像儀中拍照分析。

1.3.6 腸道菌群分析

1.3.6.1 糞便DNA提取、擴(kuò)增、測(cè)序

對(duì)各組小鼠糞便抽提DNA，1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。檢測(cè)合格后PCR擴(kuò)增。擴(kuò)增區(qū)域?yàn)閂3～V4可變區(qū)，引物為338F：ACTCCTACGGGAGGCAGCAG，806R：GGACTACHVGGGTWTCTAAT，擴(kuò)增后進(jìn)行2%瓊脂糖凝膠電泳，AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒，切膠回收PCR產(chǎn)物，Tris-HCl緩沖液洗脫，利用微型熒光計(jì)的QuantiFluor?-ST系統(tǒng)定量后通過(guò)IIlumina GAIIx高通量測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序。以上操作由上海美吉生物有限公司協(xié)助完成。

1.3.6.2 生物信息學(xué)分析

將Miseq測(cè)序儀測(cè)序得到的數(shù)據(jù)根據(jù)overlap進(jìn)行拼接，質(zhì)控過(guò)濾，優(yōu)化去雜；聚類分析區(qū)分樣本序列，形成操作分類單元（operational taxonomic units，OTU）劃分，通常對(duì)97%相似水平下的OTU進(jìn)行生物信息統(tǒng)計(jì)分析。在域、界、門(mén)、綱、目、科、屬、種水平統(tǒng)計(jì)樣本的群落物種組成，對(duì)比的數(shù)據(jù)庫(kù)包括細(xì)菌和古菌16S rRNA數(shù)據(jù)庫(kù)、真菌18S rRNA數(shù)據(jù)庫(kù)、真菌ITS數(shù)據(jù)庫(kù)、功能基因數(shù)據(jù)庫(kù)?；贠TU聚類結(jié)果，得到對(duì)應(yīng)的物種信息和豐度分布；分析群落的豐富度（Chao指數(shù)）、群落多樣性（Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)）；并通過(guò)群落柱狀圖與群落熱圖分析各組在門(mén)、屬水平上的群落結(jié)構(gòu)組成情況。

1.3.7 腸道SCFAs含量測(cè)定

小鼠糞便中SCFAs含量采用GC-MS測(cè)定。取100 mg樣品于2 mL研磨管中，加入900 μL甲醇和100 μL內(nèi)標(biāo)溶液（1 000 μg/mL 2-乙基丁酸）后冷凍研磨兩次，每次3 min。研磨后冰水浴超聲30 min，-20 ℃靜置30 min，13 000×離心15 min（4 ℃），取上清液，加50 mg無(wú)水硫酸鈉再次離心，取上清液進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜分析。

色譜條件：HP FFAP毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），以流速1.0 mL/min高純氦氣為載氣，進(jìn)樣口溫度260 ℃，進(jìn)樣量1 μL，分流比為10∶1。管柱初始溫度80 ℃，以40 ℃/min升至120 ℃，再以10 ℃/min升溫至200 ℃，后230 ℃保持1 min。質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，傳輸線溫度230 ℃。全掃描模式，掃描范圍：30～300/。通過(guò)Masshunter定量軟件計(jì)算結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

每個(gè)實(shí)驗(yàn)3 次重復(fù)，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，進(jìn)行單因素方差分析，采用Origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 UGPDF對(duì)小鼠血糖濃度的影響

研究表明，飲食中的膳食纖維含量可反映血糖指數(shù)，當(dāng)攝食高含量膳食纖維時(shí)，人體血糖指數(shù)下降，因此，膳食纖維攝入量是T2DM最重要的預(yù)測(cè)因素之一。表1為4 周內(nèi)各組小鼠的血糖濃度變化情況，DC組小鼠的血糖濃度呈持續(xù)上升趨勢(shì)，并在第4周血糖濃度達(dá)到（19.10±1.65）mmol/L；經(jīng)過(guò)UGPDF干預(yù)后，與DC組相比，不同劑量組小鼠血糖濃度均顯著降低（＜0.05），且存在劑量依賴關(guān)系，其中UGPDF-GH組和PC組的降血糖效果最顯著，第4周血糖濃度分別降到（6.70±0.90）、（6.90±0.53）mmol/L，與NC組無(wú)差異（＞0.05），與文獻(xiàn)[21-22]報(bào)道結(jié)果一致。

表1 不同組別小鼠4 周內(nèi)血糖濃度變化Table 1 Changes in blood glucose of DM mice during the four-week administration period mmol/L

2.2 UGPDF對(duì)糖尿病小鼠肝臟組織形態(tài)的影響

肝細(xì)胞具有解毒、調(diào)節(jié)多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分泌、排泄代謝產(chǎn)物等功能，是肝臟主要的功能細(xì)胞，也是體內(nèi)葡萄糖代謝異常、發(fā)生糖異生的主要場(chǎng)所。如圖1所示，NC組的肝細(xì)胞排列整齊、緊密，細(xì)胞形態(tài)飽滿，肝小葉形態(tài)完整，而DC組肝細(xì)胞的胞間隙變大，細(xì)胞核大小不均，形態(tài)有所改變，這與王賽等建立的T2DM模型肝細(xì)胞形態(tài)相似。經(jīng)過(guò)4 周干預(yù)后，與模型組相比，PC組肝臟細(xì)胞間隙較明顯變小，細(xì)胞形態(tài)也有所改善，UGPDF對(duì)細(xì)胞改善情況呈劑量依賴性，UGPDF-GH組肝細(xì)胞排列整齊，糖原沉積情況有所緩和，核質(zhì)分布均勻。表明UGPDF對(duì)糖尿病小鼠肝組織損傷具有明顯的改善作用。

圖1 UGPDF對(duì)糖尿病小鼠肝臟細(xì)胞形態(tài)的影響Fig. 1 Effect of UGPDF on hepatic cell morphology in diabetic mice

2.3 UGPDF對(duì)糖尿病小鼠肝臟PI3K/AKT/IGF蛋白表達(dá)的影響

IGF與胰島素的結(jié)構(gòu)類似，功能也相似，具有促進(jìn)細(xì)胞增長(zhǎng)、促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)代謝、增強(qiáng)人體對(duì)胰島素敏感度、促進(jìn)損傷細(xì)胞修復(fù)的功能。有相關(guān)研究報(bào)道，IGF可以通過(guò)激活PI3K/AKT通路，從而刺激胰島β細(xì)胞增殖，增加胰島素敏感性。小鼠肝臟組織Western blot檢測(cè)結(jié)果如圖2、3所示。與NC組相比，DC組小鼠肝臟的PI3K、AKT和IGF表達(dá)量顯著降低。使用陽(yáng)性藥物和UGPDF干預(yù)，顯著改善了糖尿病小鼠肝臟內(nèi)的蛋白表達(dá)，其中以陽(yáng)性藥物效果最為顯著，與DC組相比，PC組PI3K、AKT、IGF蛋白表達(dá)量分別升高了495.42%、255.11%、385.09%。UGPDF-GH組蛋白表達(dá)量明顯高于UGPDF-GL組，與DC組相比，UGPDF-GH組PI3K、AKT、IGF蛋白表達(dá)量分別升高了420.33%、105.71%、327.67%。結(jié)合肝組織蘇木精-伊紅染色圖像來(lái)看，推測(cè)DC組上游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子PI3K/AKT表達(dá)受影響后，導(dǎo)致肝糖代謝異常，進(jìn)一步影響肝細(xì)胞損傷。表明UGPDF能夠通過(guò)提高糖尿病小鼠肝臟細(xì)胞PI3K/AKT信號(hào)通路的傳導(dǎo)，促進(jìn)IGF蛋白表達(dá)，修復(fù)肝臟組織損傷。

圖2 小鼠肝臟蛋白Western blot圖Fig. 2 Protein expression in liver tissues of mice measured by Western blot

圖3 小鼠肝臟中PI3K、AKT、IGF蛋白表達(dá)量Fig. 3 Expression levels of PI3K, AKT, IGF proteins in liver

2.4 UGPDF對(duì)糖尿病小鼠腸道菌群的影響

2.4.1 腸道菌群的多樣性

Coverage指數(shù)代表各樣本文庫(kù)覆蓋率，由表2可知，所有組中的Coverage指數(shù)都大于0.998，接近于1，說(shuō)明該測(cè)序結(jié)果能夠反映出樣本中微生物的真實(shí)情況。Chao指數(shù)用于估計(jì)樣本中所含OTU數(shù)，Shannon與Simpson指數(shù)用來(lái)估算樣本中微生物多樣性，Shannon指數(shù)越大，菌群群落多樣性越高；Simpson指數(shù)與之相反。

在大于97%的序列相似性的篩選下，各組小鼠的OTU數(shù)及腸道菌群Alpha多樣性如表2所示。由表2與圖4可知，DC組OTU數(shù)為188±28，與NC相比顯著下降了51.80%；且DC組與NC組共有的OTU數(shù)為120，特有的OTU數(shù)為68，說(shuō)明糖尿病小鼠腸道菌群發(fā)生顯著改變，豐度和多樣性發(fā)生變化；而UGPDF-GH組和PC組的OTU數(shù)分別為300±36、331±29，與DC組共有的OTU數(shù)分別為152、149，與NC組共有的OTU數(shù)目分別為190、242；說(shuō)明在經(jīng)過(guò)UGPDF和二甲雙胍干預(yù)4 周后，糖尿病小鼠的腸道菌群豐度和多樣性得到不同程度的顯著改善，并向NC組小鼠靠近。Shannon與Simpson指數(shù)也側(cè)面反映了這個(gè)趨勢(shì)，與NC組相比，DC組小鼠腸道菌群Shannon指數(shù)顯著降低，Simpson指數(shù)顯著升高；與DC組相比，經(jīng)UGPDF干預(yù)后，UGPDF-GH組Shannon指數(shù)顯著升高，Simpson指數(shù)顯著降低，并且這兩個(gè)指數(shù)與NC組相比，沒(méi)有顯著差異性。這一趨勢(shì)與魏國(guó)華的研究結(jié)果相似。這可能是因?yàn)閁GPDF可以被腸道內(nèi)菌群發(fā)酵，改變腸道內(nèi)pH值，從而調(diào)節(jié)腸道菌群豐度及多樣性，改善糖尿病導(dǎo)致的腸道菌群紊亂。

表2 小鼠腸道菌群豐度及多樣性變化Table 2 Changes in intestinal flora abundance and diversity in mice

圖4 小鼠腸道菌群OTU數(shù)Venn圖Fig. 4 Venn diagram showing the number of unique and shared OTUs in the intestinal flora of mice

2.4.2 腸道菌群在門(mén)水平的差異

在對(duì)腸道菌群高通量測(cè)序后，與數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)可以得到小鼠腸道菌群組成與豐度變化情況。為了明顯觀察UGPDF對(duì)糖尿病小鼠腸道菌群多樣性及物種組成的影響，對(duì)腸道菌群在門(mén)和屬水平上差異進(jìn)行比較分析。由圖5A可知，F(xiàn)irmicutes與Bacteroidetes為腸道內(nèi)兩大優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，占85%以上。由圖5B可知，與NC組相比，DC組小鼠腸道中Firmicutes和Bacteroidetes相對(duì)豐度顯著下降（＜0.05），Epsilonbacteraeota與Proteobacteria豐度顯著增加（＜0.05），經(jīng)過(guò)UGPDF的干預(yù)后，與DC組相比，F(xiàn)irmicutes相對(duì)豐度顯著提高，Epsilonbacteraeota與Proteobacteria相對(duì)豐度顯著下降（＜0.05），Bacteroidetes相對(duì)豐度也下降，但變化不顯著（＞0.05）。這與Wang Xueliang等的研究結(jié)果類似。有研究報(bào)道，F(xiàn)irmicutes與Bacteroidetes的相對(duì)豐度變化影響著機(jī)體代謝從而控制體質(zhì)量增長(zhǎng)率，F(xiàn)irmicutes相對(duì)豐度高于Bacteroidetes時(shí)，會(huì)使機(jī)體有效吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，體質(zhì)量增加。Epsilonbacteraeota與Proteobacteria包含條件致病菌，如腸桿菌、幽門(mén)螺旋桿菌等，過(guò)度富集容易引起腸道慢性炎癥，從而引起胰島素抵抗，以及增加代謝疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 小鼠腸道菌群物種門(mén)水平組成（A）與優(yōu)勢(shì)物種豐度（B）Fig. 5 Intestinal flora composition at the phylum level (A) and dominant species abundance (B)

2.4.3 腸道菌群在屬水平的差異

如圖6A、B所示，各組小鼠腸道菌群在屬水平的相對(duì)豐度存在明顯差異。為了更直觀反映各組小鼠優(yōu)勢(shì)菌屬水平的差異，選取3 類具有代表性的菌屬（圖7）：1）有益菌：乳酸菌（）、普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）、顫桿菌克屬（）；2）條件致病菌：螺桿菌屬（）、克雷伯氏菌屬（）、梭狀桿菌（）、腸球菌（）；3）產(chǎn)SCFAs的菌：毛螺菌科（Lachnospiraceae）、擬普雷沃菌屬（）、布勞特氏菌（）。由圖7A、B可知，與NC組小鼠相比，糖尿病小鼠的腸道菌群在屬水平存在紊亂現(xiàn)象，其中有益菌屬、Prevotellaceae、的相對(duì)豐度顯著降低（＜0.05）；條件致病菌、、過(guò)度富集，而、、這些致病菌在正常小鼠腸道內(nèi)的相對(duì)豐度低于0.1%，甚至檢測(cè)不出；由圖7C可知，糖尿病小鼠腸道內(nèi)的部分產(chǎn)SCFAs的菌群相對(duì)豐度顯著降低（＜0.05），這與聶啟興的研究結(jié)果一致。經(jīng)過(guò)UGPDF的飲食干預(yù)后，與DC組小鼠相比，有益菌屬和產(chǎn)SCFAs的菌屬豐度整體上顯著升高，達(dá)到甚至超過(guò)正常小鼠的水平，其中UGPDF-GL干預(yù)組中大量富集，成為主要菌屬。為乳酸菌的一種桿狀菌群，分解糖類物質(zhì)能力極強(qiáng)，最終代謝產(chǎn)物為乳酸；Prevotellaceae與可以發(fā)酵碳水化合物，產(chǎn)物為乙酸、琥珀酸等SCFAs；代謝產(chǎn)物為乙酸。在4 周的飲食干預(yù)下，UGPDF可以被腸道內(nèi)的有益菌及產(chǎn)SCFAs菌群所發(fā)酵利用，調(diào)節(jié)腸道pH值，達(dá)到抑制致病菌的效果，因此UGPDF可以調(diào)節(jié)小鼠腸道菌群環(huán)境，促進(jìn)腸道菌群健康。

圖6 小鼠腸道菌群屬水平物種分析Fig. 6 Intestinal flora composition at the genus level of mice

圖7 小鼠腸道菌群屬水平的相對(duì)豐度Fig. 7 Intestinal flora abundance at the genus level

2.5 UGPDF對(duì)糖尿病小鼠糞便SCFAs含量的影響

臨床研究表明，SCFAs可以維持腸道形態(tài)和功能，并具有一定的調(diào)節(jié)作用，可用于評(píng)估腸道內(nèi)細(xì)菌的種類和活性。因此，腸道或糞便中SCFAs的含量是評(píng)估各種腸道慢性疾病的主要指標(biāo)之一。由圖8可知，乙酸、丙酸和丁酸是小鼠糞便中主要的SCFAs，其含量明顯高于異丁酸、戊酸、異戊酸。與NC組相比，糖尿病小鼠糞便中各SCFAs含量顯著降低（＜0.05），與Zhao Liping等的研究結(jié)果一致。經(jīng)過(guò)UGPDF飲食干預(yù)后，與DC組相比，小鼠糞便內(nèi)的SCFAs含量顯著升高，且存在劑量依賴關(guān)系，其中以UGPDF-GH組效果最為顯著，其乙酸、丙酸、丁酸含量分別為（1.49±0.11）、（0.51±0.06）、（0.49±0.05）μg/mg，較DC組分別提高了63.7%、75.9%和96.0%，且接近NC組小鼠。

圖8 各組小鼠糞便SCFAs含量Fig. 8 Contents of SCFAs in feces of mice in each group

研究表明，乙酸能夠減少肝臟中木酮糖-5-磷酸的積累和降低磷酸果糖激酶-1的活性，從而調(diào)節(jié)機(jī)體的糖酵解、糖異生代謝，降低糖尿病患者的血糖濃度；丙酸能夠作用于胰島細(xì)胞，促進(jìn)胰島素分泌，減緩胰島β細(xì)胞凋亡，同時(shí)刺激胰高糖素樣肽-1的分泌，改善胰島素抵抗；丁酸可以增加胰島素敏感性，以及通過(guò)促進(jìn)腸道糖異生作用抑制肝臟糖異生，改善代謝，同時(shí)丁酸在腸道中可以調(diào)節(jié)微生物生態(tài)，增加豐度降低腸桿菌等致病菌的豐度。而UGPDF攝入后可以被這些菌群所發(fā)酵代謝，提高乙酸、丙酸等SCFAs的代謝產(chǎn)量，從而調(diào)節(jié)代謝，達(dá)到降血糖的作用。

3 結(jié) 論

UGPDF可以修復(fù)肝臟細(xì)胞損傷，改善小鼠肝臟PI3K/AKT/IGF蛋白表達(dá)；調(diào)節(jié)糖尿病小鼠體內(nèi)腸道菌群的豐度及多樣性，改善小鼠腸道環(huán)境，增加有益菌的豐度，抑制致病菌的增殖；此外，由于不易消化的特性，使其可以在腸道內(nèi)被功能性菌群所發(fā)酵代謝，增加其代謝產(chǎn)物SCFAs的含量。UGPDF能夠被小鼠腸道內(nèi)有益菌群所發(fā)酵，如、Lachnospiraceae等，同時(shí)抑制致病菌、等的增殖，促進(jìn)腸道菌群環(huán)境健康。從代謝產(chǎn)物SCFAs來(lái)看，經(jīng)過(guò)UGPDF干預(yù)后，小鼠糞便內(nèi)的6 種SCFAs含量較DC組均顯著升高，其中以UGPDF-GH組提升效果最為顯著，其SCFAs含量接近NC組小鼠水平。本研究為UGPDF的應(yīng)用提供了思路，并補(bǔ)充完善了其降血糖的機(jī)制，為UGPDF功能性應(yīng)用提供了參考。