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目的:(1)比较不同种类全谷物对胰岛素抵抗(Insulin Resistance,IR)的作用以及是否具有差异,为制定以IR为基础的代谢性疾病、2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)的膳食治疗方案,提供全谷物选择的理论和实验依据。(2)阐明全谷物改善IR的剂量效应关系,为代谢性疾病和T2DM的膳食治疗的制定提供全谷物的推荐摄入水平的实验依据。(3)提出全谷物通过改善肠道菌群、调控TLR4/NF-κB信号转导通路,调节炎性因子,进而影响糖脂代谢的可能作用通路,阐明全谷物改善糖脂代谢和炎性水平的可能的分子机制,为全谷物在T2DM人群中的应用提供理论依据。方法:(1)不同种类全谷物对IR大鼠糖脂代谢及相关机制的研究:90只SD大鼠按照HOMA稳态模型胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)水平,随机分成阴性对照组、高脂对照组、精米对照组、精面对照组、小麦组、玉米组、小米组、大麦组、燕麦组。连续喂养8周后,股动脉采血,颈椎脱臼处死动物,动物处死后迅速取出小肠及粪便以备用。(1)测定大鼠空腹血糖(fasting plasma glucose,FPG)、空腹胰岛素(fasting plasma insulin,FINS)、糖化血红蛋白(glycated hemoglobin,HbAlc)、C反应蛋白(C-Reactive protein,CRP)、肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)、白介素6(Interleukine-6,IL-6)、总胆固醇(Total cholesterol,TC)、甘油三脂(Triglyceride,TG)、高密度脂蛋白(High density lipoprotein-cholesterol,HDL-C)和低密度脂蛋白(Low density lipoprotein-cholesterol,LDL-C)等指标。(2)运用实时定量real time-PCR技术测定大鼠小肠组织中Toll样受体4(Tolllike receptors 4,TLR4)、Toll样受体5(Toll-like receptors 5,TLR5)、TNF-α、以及核因子(Nuclear factor-kappa B,NF-κB)的mRNA表达。运用western blot技术测定大鼠小肠组织中抑制性蛋白(inhibitory subunit of NF-kB,IkBα)、髓样分化因子(Myeloid differentiation factor 88,MyD88)、TLR4、NF-κB蛋白的表达。(3)提取粪便中的DNA,运用16S rDNA高通量测序技术进行测序,进行OTUs聚类和物种分类分析。(2)不同剂量燕麦对IR大鼠糖脂代谢及相关机制的研究:根据不同种类全谷物对IR大鼠糖脂代谢及肠道菌群影响的动物试验的实验结果,选择燕麦作为目标谷物。70只SD大鼠按照HOMA-IR水平,随机分成阴性对照组、高脂对照组、精米面对照组、25%燕麦组、50%燕麦组、75%燕麦组、100%燕麦组。连续喂养8周后,股动脉采血,颈椎脱臼处死动物,动物处死后迅速取出肝脏及粪便以备用。(1)血清测定指标及肠道菌群检测方法同上。(2)运用实时定量real time-PCR技术测定大鼠肝脏组织中固醇调节元件结合蛋白-1c(sterol regulating element binding protein 1c,SREBP1c)、糖类应答元件结合蛋白(carbohydrate response element binding protein,ChREBP)、TLR4及TNF-a的mRNA表达。运用western blot技术测定大鼠肝脏组织中IKB-α、MyD88、TLR4、NF-κB蛋白的表达。结果:(1)不同种类全谷物对IR大鼠糖脂代谢及相关机制的研究:(1)不同种类全谷物对IR大鼠糖脂代谢及肠道菌群影响的动物试验的结果表明,与精米对照组和精面对照组相比,五种谷物均能够降低大鼠的TG、TC、LDLC、FBG、FINS、HbAlc、HOMA-IR水平(P<0.05),升高HDL-C水平(P<0.05);五种谷物之间的差异无统计学意义(P>0.05),但是燕麦组对血糖血脂的改善作用优于其他四种谷物;精米精面组水平与高脂对照组水平相当。与精米对照组和精面对照组相比,大麦、小米、燕麦可以降低大鼠血清的LPS浓度(P<0.05),而小麦和玉米组与精米组和精面组相比,差异没有统计学意义(P﹥0.05);五种谷物能够降低大鼠血清hs-CRP浓度,低于精米组和精面组(P<0.05);五种谷物能够降低大鼠血清IL-6浓度,低于精米组和精面组(P<0.05),而玉米组和大麦组大鼠的IL-6水平低于其他全谷物组,差异具有统计学意义(P<0.05);与精米组和精面组相比,小麦组、玉米组、小米组和燕麦组大鼠血清的TNF-α水平有所降低,但差异无统计学意义(P﹥0.05),而大麦组TNF-α水平低于精米组和精面组(P<0.05)。(2)与精米对照组和精面对照组相比,五种全谷物均能下调小肠组织TLR4、TLR5、TNFα和NFκB mRNA水平以及IκBα、MyD88、TLR4和NFκB蛋白表达(P<0.05);五种全谷物的组间比较发现,对TLR4 mRNA的调控作用,玉米组低于小麦组和燕麦组(P<0.05);对TNFαmRNA的调控作用,大麦组和小米组下调作用最为显著,低于小麦组、玉米组和燕麦组(P<0.05);玉米组、大麦组、小米组和燕麦组其TLR4蛋白表达水平低于小麦组(P<0.05)。(3)不同种类全谷物对肠道菌群的作用是不同的,其肠道菌群的主要菌群的表达丰度和组成均有差异。在本次实验中拟杆菌、变形杆菌、软壁菌、梭杆菌、酸杆菌是不同种类谷物产生差异的主要菌种。燕麦改善肠道菌群的效果最为明显,与高脂组相比,燕麦能够增加杆菌和拟杆菌的表达。(2)不同剂量燕麦对IR大鼠糖脂代谢及相关机制的研究:(1)不同剂量燕麦对IR大鼠糖脂代谢和肠道菌群影响的试验结果表明,与精米面对照组相比,4种剂量组均能够降低高脂膳食诱导的大鼠血糖、血脂水平,降低TG、FPG、HbAlc、HOMA-IR水平,升高HDL-C水平(P<0.05);25%燕麦组的效果与精米面组接近;50%燕麦组效果与100%燕麦组改善血脂效果接近,差异没有统计学意义(P>0.05)。与高脂对照组相比,4种剂量燕麦可以降低大鼠血清的LPS浓度(P<0.05),而与精米面对照组相比,25%燕麦组差异没有统计学意义(P﹥0.05);不同剂量燕麦组均能降低大鼠血清hs-CRP、IL-6浓度(P<0.05),四组燕麦剂量组之间差异没有统计学差异(P﹥0.05);与精米面组相比,25%燕麦组的TNF-α水平有所降低,但差异无统计学意义(P﹥0.05),剩余剂量燕麦组都能够降低血清TNF-α水平(P<0.05),但不同剂量之间差异无统计学意义(P﹥0.05)。(2)与高脂对照组和精米面对照组相比,25%、50%、75%、100%燕麦组均能下调肝脏组织的TLR4、SREBP、ChREBP和TNF-αmRNA水平以及p-IkBa、NF-κB、MyD88、TLR4及SREBP1c的蛋白表达(P<0.05)。(3)不同剂量燕麦对肠道菌群的作用是不同的,其肠道菌群的主要菌群的表达丰度和组成均有差异。燕麦能够降低梭菌目细菌的表达丰度,增加杆菌和拟杆菌的表达,并且呈一定的剂量反应关系。结论:(1)不同种类全谷物均具有改善高脂膳食诱导的大鼠胰岛素抵抗的作用。其可能的机制是通过降低血脂血糖,调控小肠TLR4、TLR5和NF-κB表达,改善炎性因子状态,从而改善胰岛素抵抗。长期的高脂膳食会对大鼠的肠道菌群产生影响,饲喂不同种类的全谷物会引起肠道菌群结构和组成发生不同变化,其中燕麦改善肠道菌群的作用最为显著。全谷物改善糖脂代谢的可能机制为,通过改善肠道菌群,降低LPS的渗透,改善糖脂代谢及炎性因子的关键基因和蛋白的表达,从而降低由高脂高胆固醇膳食诱导的机体炎性水平,改善胰岛素抵抗水平,最终改善糖脂代谢。其中改善胰岛素抵抗状态效果最好的全谷物为燕麦。(2)不同剂量的燕麦均可以改善IR大鼠的胰岛素状态,并呈一定的剂量-反应关系。燕麦改善糖脂代谢的机制可能是通过降低大鼠的血糖、血脂水平,缓解脂毒性,降低肝脏NF-κB表达,提高机体的胰岛素敏感性,改善炎性状态和胰岛素抵抗状态。与其他谷物相比,燕麦以独特的方式影响肠道微生物群,饲喂不同剂量的燕麦也会引起肠道菌群结构发生不同变化。25%剂量组具有改善胰岛素状态的效果,但是改善作用有限,但50%燕麦替代精米面后就能显著改善糖脂代谢及炎性因子水平;随着剂量的升高,燕麦对血糖、血脂、炎性因子等呈现一定的剂量效应关系,但差异效果不明显,其可能是因为燕麦需要更长的时间才能明显发挥其生物学作用。