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Introduction
全球糖尿病患者中，2型糖尿病（T2DM）占90%以上。目前糖尿病的预防和治疗主要以药物为主, 副作用相对较大, 如呕吐等胃肠道不适等症状。因此，消费者对饮食调整和改变以预防肥胖和糖尿病的需求不断增加。抗性淀粉（RS）是指在体外和人体小肠中不被α-淀粉酶消化但在到达人体大肠时降解的淀粉，近年来因其独特的健康益处而受到广泛关注。RS可以通过物理、化学或酶促修饰来产生以实现特定的功能，并分为5类：RS1、RS2、RS3、RS4和RS5。其中RS5是一种被称为淀粉-脂质复合物的抗性淀粉，它是一种新型膳食纤维，由淀粉与脂质（例如脂肪酸）间相互作用而形成的复合结构。目前对于RS5的了解不如其他类型的抗性淀粉广泛，也只有少数研究探索其潜在的健康影响，且至今未见报导RS5对T2DM患者糖脂代谢、炎症和肠道微环境调控的影响。课题组前期研究中揭示了不同RS的理化特性，并阐明与其他RS类型相比，RS5在肠道丁酸生产方面具有优势，并促进了特定肠道益生菌的丰度。为了进一步解析新型淀粉脂质复合物介导的各项生理特征变化，并探索分子水平的干预机制，在本项研究中对Sprague Dawley大鼠进行了T2DM造模，通过饲喂不同RS种类及添加量的饮食，对其健康指标和肠道菌群概况进行系统的评估分析。
Result and Discussion
实验首先采用高脂高糖喂养的大鼠注射链脲佐菌素建立T2DM动物模型。通过系统对比饲喂新型抗性淀粉RS5与普通高直链型抗性淀粉RS2的2型糖尿病造模大鼠在身体特征（表1和2）、糖脂代谢（表3）、炎症和肠道微生物群特征方面的能力 （图1）。从而揭示了不同类型的抗性淀粉可以增强特定肠道微生物菌群的丰度，进而使其介导糖脂代谢并减轻炎症反应。
表1 比较不同饮食条件下喂养大鼠四个星期内的体质量变化
表2 各组间大鼠器官质量指标的比较
表3 不同饲喂对各组大鼠胰岛素分泌及胰岛功能的影响
图1 LEfSe分类图表征的不同饲喂组大鼠肠道微生物群概况
研究进一步发现RS5膳食干预与胰岛素分泌稳态模型评估（HOMA-IS）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、脂联素（ADP）、胰岛素作用指数（IAI）、胰高血糖素样肽-1 （GLP1） 和短链脂肪酸 （SCFA）呈显著正相关，但与低密度脂蛋白 （LDL-C） 和炎症细胞因子呈负相关。RS5因而展现出缓解与T2DM有关的糖脂代谢、肠道微环境和炎症等症状的能力。另一方面，RS2的饮食干预亦对调节胰岛素分泌及改善葡萄糖代谢有一定影响 （图2）。
图2 PLS-R图揭示了8个T2DM大鼠组中测量的生化指标与膳食成分差异之间的相关性
此外，为了在分子水平上进一步研究RS摄入对T2DM大鼠葡萄糖代谢的反应机制，考察经典的PI3K/AKT信号通路，其被证实与胰岛素抵抗相关疾病如糖尿病、肥胖和炎症有显著的相关性。评估了RS喂养4周后大鼠PI3K/AKT 信号通路上几个重要基因的表达，包括 AKT、PI3K、GLUT2、GLUT4、IS1、PDX-1 和 TRB3。总体而言，RS5的摄入可以对PI3K/AKT信号通路产生影响，从而有助于改善T2DM大鼠糖脂代谢、胰岛素抵抗和炎症反应。
Conclusion
虽然对 RS5 的研究仍处于早期阶段，但本研究证实了给T2DM大鼠补充RS可以成为潜在的有效干预手段，特别是在糖脂代谢、炎症和肠道菌群失调方面。研究同时探究了RS2和RS5对T2DM大鼠肠道微生物菌落组成和活性的影响以及其在T2DM发病机制中的作用。最后，通过探索糖脂代谢和炎症相关基因的表达，提出了通过 RS饮食干预缓解 T2DM 症状的建议，以期未来在安全性、有效性和最佳剂量评估后推广到临床试验中。综上，本研究在揭示了新型淀粉-脂质复合物所介导的生理特征之外，将有助于富含抗性淀粉的新功能食品的研发与创新，以满足消费者寻求健康饮食方式的需求。
第一作者
吕莹爽副教授
南开大学医学院
于美国伊利诺伊大学香槟分校食品科学与人类营养专业取得博士学位。致力于探究碳水化合物的结晶及非晶化过程引起的结构改变对食品材料稳定性及体系品质与安全性的影响。多次在北美食品科学技术（IFT）、国际食品保护学会（IAFP）国际感官专业学会（SSP）等国际会议年会上进行学术汇报。其科研成果先后4次于IFT年会参评获奖，发表高水平SCI期刊论文十数篇，得到了同行的广泛认可。近年来通过研究食品分子间的相互作用，成功提升了活性成分的生物利用率，构建功能因子的高效稳定的靶向释放系统并申请国际专利2项。
秦仁炳讲师
河南科技学院食品学院
主要从事食品加工与营养健康等方面研究，利用现代分析技术解析淀粉的微观结构在食品加工过程中变化规律，构建淀粉结构-肠道菌群-代谢产物相互作用模型，从深层次上揭示淀粉结构对营养与健康的影响机制，实现靶向生产精准营养与个性化、功能性淀粉类食品。主持省部级科研项目1 项，先后在学术期刊上发表论文16 篇，其中SCI一区2 篇、EI收录3 篇，参编著作1 部。
通信作者
王硕特聘杰出教授
南开大学医学院
国家杰出青年基金获得者，长江学者特聘教授，国家万人计划科技领军人才，教育部“新世纪优秀人才支持计划”人员，国家“百千万人才工程”国家级人选，IUFoST国际食品科学院Fellow，IUFoST执委。“安全科学与工程”第七届学科评议组成员，国家食品安全标准审评委员会委员，国家食品风险评估专家委员会委员，中国营养学会营养与保健食品分会委员，中国营养保健食品协会肠道微生物专业委员会委员，享受国务院特殊津贴。王硕教授以第一作者或通信作者身份在国内外知名SCI学术刊物上发表论文746 篇，总他引次数14218 次， H指数49。2015—2022年连续八年入选Elsevier发布的中国高被引学者榜单。主持和参与出版了9 部食品领域专著，获得50余项发明专利授权。近5 年，先后承担了国家863计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、教育部和人事部等国家级重大科研项目30余项。获得国家科技进步二等奖1 项，国家专利优秀奖1 项，天津市科技进步一等奖1 项，天津市专利金奖1 项，教育部、天津市自然科学和科技进步二等奖4 项。
The impact of the novel starch-lipid complexes on the glucolipids metabolism, inflammation, and gut dysbiosis of type 2 diabetes mellitus rats
Yingshuang Lua,1, Renbing Qinb,1, Jin Wanga, Fengjuan Xiangb, Yan Zhanga, Bowei Zhanga, Dancai Fana, Huan Lüa, Xuemeng Jia, Shujun Wangc, Shuo Wanga,*
a Tianjin Key Laboratory of Food Science and Health, School of Medicine, Nankai University, Tianjin 300071, China
b School of Food Science, Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453600, China
c State Key Laboratory of Food Nutrition and Safety, Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300457, China
1 Both authors contributed equally.
*Corresponding author.
Abstract
It has been widely accepted that resistant starch (RS) provides numerous health benefits for human. In this research, we aimed at evaluating the performance of novel starch-lipid complexes, RS5, in comparison with RS2 on physical features, glucolipids metabolism, inflammation, and gut microbiota profiles of type 2 diabetes mellitus (T2DM) rats. The T2DM model was established by streptozotocin injection to the high-fat-sugar fed rats. According to a serial of biochemical analyses, we found that RS5 diets were strongly correlated with enhanced homeostatic model assessment for insulin secretion (HOMA-IS), high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C), adiponectin (ADP), insulin action index (IAI), glucagon-like peptide-1 (GLP1), and short-chain fatty acids (SCFAs) in T2DM rats whilst negatively associated with the low-density lipoprotein (LDL-C) and inflammatory cytokines, showing the capabilities to ameliorate T2DM symptoms by regulation of glucolipid metabolism, gut metabolites, and inflammation. On the other hand, RS2-enriched supplementations were influential in the mediation of insulin secretion to improve glucose metabolism. The increasing evidence collected herein suggested that intestinal microbiota could mediate glucolipids metabolism and alleviate inflammation after certain microflora nourished by RS. In addition, RS intake made an impact on phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B signaling pathway that might contribute to the improvement of glucose metabolism, insulin resistance, and inflammatory responses.
Reference:
LU Y S, QIN R B, WANG J, et al. The impact of the novel starch-lipid complexes on the glucolipids metabolism, inflammation, and gut dysbiosis of type 2 diabetes mellitus rats[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(6): 3210-3223. DOI:10.26599/FSHW.2023.9250008.
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：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、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）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、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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