加工增强米糠提取物通过缓解氧化应激与Ca2+稳态失衡减轻STZ诱导的β细胞损伤及糖尿病相关代谢紊乱

《Journal of Agriculture and Food Research》：Enhanced rice bran extracts attenuate STZ-induced β-cell injury and diabetes-related metabolic disturbances

　　

加工增强米糠提取物可保护STZ（streptozotocin，链佐菌素）所致胰腺β细胞活力（β-cell viability）下降；提取物可降低ROS（reactive oxygen species，活性氧）并恢复胰腺β细胞钙稳态（calcium homeostasis）；膳食补充可改善STZ糖尿病小鼠的血糖控制（glycemic control）；基于组织病理学分析，增强米糠提取物可减轻肝脂肪变性（hepatic steatosis）；增强米糠提取物可恢复STZ诱导的eWAT（epididymal white adipose tissue，附睾白色脂肪组织）减少。

糖尿病是一种以糖稳态受损为特征的慢性代谢病，源于胰岛素分泌或作用异常，典型表现包括多饮、多尿、视力损害和体重下降，临床分为1型和2型。全球疾病负担（GBD）研究和世界卫生组织（WHO）资料显示，1990—2022年糖尿病患病率较1990年升高约四倍，低中收入国家增长最快。现有磺脲类、胰岛素和噻唑烷二酮类等药物虽多，但存在低血糖、体重增加、水肿、心力衰竭和骨折等风险，糖尿病管理仍不充分。米糠为碾米副产物，约占全谷10%，富含γ-oryzanol、酚类、生育酚/三烯生育酚、植物甾醇和膳食纤维等；传统上在东亚用于胃肠及循环障碍，临床前研究报道其具有抗增殖、抗癌、抗氧化、抗炎、改善胰岛素抵抗、降糖和降脂作用。但米糠脂酶活性和自氧化导致酸败、异味和快速劣变，真菌和细菌处理仍未完全解决，因此需要表征其药理效应并优化加工条件。该研究据此考察不同酶加工米糠提取物是否通过调节胰腺β细胞存活及对链佐菌素（streptozotocin, STZ）损伤的反应发挥抗糖尿病作用。研究人员在体外以仓鼠来源HIT-T15和小鼠来源NIT-1 β细胞建立STZ损伤模型，在体内以雄性C57BL/6小鼠建立STZ糖尿病模型，评估提取物对细胞活力、胞内Ca²⁺、活性氧（reactive oxygen species, ROS）和下游信号通路，以及体重、摄食饮水、血糖、糖尿病相关标志物和组织学的影响。研究结论提示，米糠提取物可减轻STZ诱导的β细胞毒性、降低ROS、恢复Ca²⁺稳态并部分保留Pdx1、Glut1和Glut4表达，同时改善糖尿病小鼠高血糖、烦渴、肝脂肪变性、胰腺损伤、血浆胰高血糖素样肽-1（glucagon-like peptide-1, GLP-1）和附睾白色脂肪组织（epididymal white adipose tissue, eWAT）状态；其意义在于为米糠高值化利用及糖尿病膳食管理策略提供实验依据。

关键技术方法：以Cheongwon Farming Accounting Corporation的Alchanmi米糠为原料，经酶解、固态/液态发酵及复配制得FA、FAenh、GO、GOenh、FA+GO、FAenh+GOenh、FER-FAenh+GOenh提取物，用高效液相色谱（HPLC）定量FA与γ-oryzanol；菌株BOT1869、BOT406分别来自传统koji和热带芒果。用ATCC的NIT-1、HIT-T15 β细胞在0.35 mM STZ下给予10 μg/mL提取物，以MTT、结晶紫、DCFH-DA、Fluo-4 AM、qRT-PCR和Western blot检测活力、ROS、Ca²⁺及Glut1/Glut4/Pdx1。用雄性C57BL/6N小鼠建立改良STZ模型，0.5%提取物干预10周，行口服葡萄糖耐量试验（OGTT）、血浆GLP-1/胰岛素ELISA、苏木精-伊红（H&E）和eWAT分析。

3.1 优化NIT-1和HIT-T15细胞中STZ浓度及米糠提取物剂量：通过MTT法观察到STZ浓度升高使两株细胞活力呈剂量依赖性下降，0.4和0.5 mM时约50%细胞失去活力，1 mM时超过90%失去活力，故选用0.3—0.4 mM建立损伤模型；提取物250 μg/mL使活力低于50%，10 μg/mL维持>90%，50—100 μg/mL维持>60%，最终确定0.35 mM STZ与10 μg/mL提取物用于后续实验。

3.2 米糠提取物对STZ诱导细胞毒性的保护作用：通过MTT和结晶紫染色评估，0.35 mM STZ使NIT-1和HIT-T15细胞活力分别降至72%和81%；10 μg/mL共处理总体提高活力，NIT-1中GO、FA+GO和FAenh+GOenh显著恢复，HIT-T15中仅FER-FAenh+GOenh显著；100 μg/mL共处理总体降低活力，提示高剂量细胞毒性过强。结论为提取物可减轻STZ诱导的β细胞毒性。

3.3 米糠提取物在STZ处理β细胞系中的抗氧化和细胞保护作用：通过DCFH-DA荧光探针和流式分析，NIT-1中STZ使ROS升至对照约120%，GO、GOenh、FAenh+GOenh和FER-FAenh+GOenh显著降低ROS；HIT-T15中STZ仅轻度非显著升高ROS，提取物未显著降低。qRT-PCR显示STZ降低NIT-1中mfn1、opa1和bcl2表达，部分提取物可部分恢复；HIT-T15中部分提取物显著增加mfn1和opa1，bcl2仅FA处理恢复。结论为提取物可部分缓解STZ相关氧化应激、线粒体融合和抗凋亡基因表达异常，且存在细胞类型差异。

3.4 米糠提取物对STZ所致Ca²⁺稳态破坏的保护作用：通过Fluo-4 AM和流式分析，STZ使NIT-1和HIT-T15胞质Ca²⁺降至对照的64%和66%；NIT-1中多数提取物仅呈非显著恢复趋势；HIT-T15中FAenh、GO、GOenh、FA+GO、FAenh+GOenh和FER-FAenh+GOenh显著提高Ca²⁺并接近对照。结论为提取物可减轻STZ诱导的Ca²⁺稳态破坏，且在HIT-T15中更明显。

3.5 米糠提取物对STZ诱导的Glut1、Glut4和Pdx1表达变化的影响：通过Western blot检测，NIT-1中STZ趋于降低Glut1、Glut4和Pdx1，仅Pdx1降低显著；GOenh显著恢复Glut1和Pdx1，FER-FAenh+GOenh显著增加Glut4。HIT-T15中STZ降低三者，仅Glut1降低显著；FA显著恢复Glut1，Glut4和Pdx1未见显著恢复。结论为STZ对上述蛋白的影响具有细胞类型和蛋白特异性，提取物对其调节亦呈差异。

3.6 米糠提取物缓解STZ小鼠糖尿病症状：改良STZ模型建立5周后给予含提取物饲料10周。STZ组体重几乎不增并趋降，提取物组体重相似或略高但无显著差异；STZ组饮水量较正常对照每日高10 mL以上，提取物组每日少4—7 mL，提示部分减轻烦渴；提取物组血糖随时间渐降并接近对照，OGTT显示糖处理改善，曲线下面积显著降低；食物摄入未显示摄食厌恶。结论为膳食补充提取物可改善STZ糖尿病小鼠体重、烦渴和高血糖。

3.7 STZ糖尿病小鼠肝和胰腺组织学分析：通过H&E染色，STZ组肝脂滴积累明显增加，多数提取物组减少，发酵混合提取物组组织学接近正常对照；胰腺中STZ组腺泡细胞胞质空泡化和增大，提取物组减轻；STZ组胰岛数量减少且形态受损，提取物组胰岛数量和形态恢复至接近对照。结论为提取物可部分减轻STZ诱导的肝脏代谢紊乱和外分泌胰腺损伤。

3.8 米糠提取物调节糖尿病模型血浆GLP-1和eWAT：通过ELISA和组织称量/大体观察，STZ小鼠血浆GLP-1约为正常对照2.3倍，多数提取物组降至低于STZ组，FAenh组则较STZ组高约1.6倍；STZ组血浆胰岛素显著高于正常对照，所有提取物组显著降低；STZ组eWAT重量和大小减少超过50%，提取物组eWAT重量增加约6—20 mg且宏观体积增大，趋于恢复。结论为提取物可调节血浆GLP-1反应和eWAT状态，并可能影响胰岛素作用或敏感性。

讨论部分总结：STZ经GLUT2介导摄取，通过DNA烷基化、ATP降解及ROS生成损伤β细胞，而β细胞抗氧化酶活性不足使ROS累积。该研究中NIT-1对STZ诱导的ROS升高更明显，HIT-T15反应较弱；提取物效应差异与γ-oryzanol和FA富集程度及组合有关。NIT-1与HIT-T15差异不仅涉及物种来源，还涉及遗传背景、永生化历史和培养相关功能特征；NIT-1来源于表达SV40 large T抗原的NOD/Lt小鼠β细胞腺瘤，HIT-T15为叙利亚金仓鼠胰岛细胞SV40转化系。FAenh对肝脂降低和血糖控制较明显，GOenh对烦渴和血糖改善较明显，FAenh+GOenh对整体糖尿病表型和胰岛损伤较明显，FER-FAenh+GOenh对总体血糖控制和eWAT减少较明显。讨论还涉及ROS与Ca²⁺双向串扰、mfn1/opa1/bcl2的初步证据、Glut和Pdx1保护，以及改良STZ模型非自身免疫介导的特点；初始低剂量STZ未形成稳定高血糖，故第29天追加150 mg/kg。原文指出FAenh组GLP-1升高与FA直接结合GLP-1并抑制DPP-4降解、增加内源性GLP-1稳定性有关；STZ组胰岛素升高可反映残余β细胞代偿性分泌或胰岛素清除改变等尚未检测的可能解释。局限性包括未直接比较两株细胞GLUT2功能、STZ摄取、抗氧化能力、葡萄糖刺激胰岛素分泌、胰岛素清除、药代和生物利用度，也未明确具体活性成分。

研究结论（翻译）：该研究证明，米糠提取物在STZ诱导的β细胞损伤模型和STZ诱导的糖尿病小鼠模型中均具有抗糖尿病作用。体外，STZ降低细胞活力并诱导氧化应激和Ca²⁺稳态破坏，而米糠提取物处理可减弱ROS生成并恢复胞质Ca²⁺水平，保留Pdx1、Glut1和Glut4等关键β细胞调控蛋白表达；这些保护作用具有提取物和细胞类型依赖性，在NIT-1 β细胞中较HIT-T15更明显。体内，STZ糖尿病小鼠膳食补充米糠提取物可减轻体重下降、烦渴、高血糖和糖耐量受损，并减轻肝脂肪变性和胰腺腺泡细胞改变；米糠提取物还可使血浆GLP-1水平和eWAT质量趋向正常血糖对照。总体而言，米糠提取物可减轻与氧化和Ca²⁺应激相关的STZ诱导β细胞损伤，并通过协调肝脏脂质代谢、肠促胰岛素反应和脂肪组织状态改善系统代谢稳态，支持其作为糖尿病管理膳食策略的潜力。