鉻(Ⅲ)是人體重要的微量營養(yǎng)元素之一,具有降血糖功能。相對于無機(jī)鉻,有機(jī)鉻化合物吸收率高、毒性低,作為具有降血糖活性的功能食品和營養(yǎng)素補(bǔ)充劑已得到廣泛的應(yīng)用。目前市場上有機(jī)鉻化合物如吡啶甲酸鉻、煙酸鉻和酵母鉻等,其中以吡啶甲酸鉻應(yīng)用最廣,但吡啶甲酸鉻會(huì)引起DNA毒性、細(xì)胞毒性和生殖毒性,其安全性已備受關(guān)注。因此研究開發(fā)降血糖活性好的、安全性高的有機(jī)鉻補(bǔ)充劑是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。蘋果酸鉻是本實(shí)驗(yàn)室合成的有機(jī)鉻化合物,由Cr3+和L-蘋果酸螯合而成(分子式Cr2(C4H4O5)3·5H2O,分子量590.18 g/mol),可顯著降低四氧嘧啶所致糖尿病Institute of Cancer Research(ICR)小鼠的血糖值,且對DNA無損傷；急性毒性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其LD50大于5.0 g/kg body mass(bm),屬于實(shí)際無毒級,可見蘋果酸鉻是一種潛在的降血糖功能食品和營養(yǎng)素補(bǔ)充劑,具有重要的研究價(jià)值和應(yīng)用前景,而目前關(guān)于蘋果酸鉻對2型糖尿病大鼠降血糖活性、作用機(jī)制及安全性研究未見報(bào)道。因此,本文以蘋果酸鉻為研究對象,研究其對2型糖尿病大鼠糖代謝、學(xué)習(xí)記憶功能、相關(guān)酶及其量效關(guān)系,并探明其作用機(jī)制；揭示蘋果酸鉻在體內(nèi)的代謝動(dòng)力學(xué)及生物利用度；同時(shí)對其進(jìn)行90天喂養(yǎng)、繁殖、長期喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)及其對健康大鼠糖代謝、學(xué)習(xí)記憶功能及其相關(guān)酶研究,為蘋果酸鉻作為具有降血糖活性的功能食品和營養(yǎng)素補(bǔ)充劑的研究開發(fā)提供科學(xué)數(shù)據(jù)。主要研究內(nèi)容如下：(1)采用高脂高糖飼料喂養(yǎng)和腹腔注射鏈脲佐菌素(STZ)建立2型糖尿病大鼠模型,灌胃給予蘋果酸鉻,研究蘋果酸鉻對2型糖尿病大鼠的糖代謝、學(xué)習(xí)記憶功能及其相關(guān)酶的影響。結(jié)果表明,蘋果酸鉻可顯著降低2型糖尿病大鼠的空腹血糖值,其降血糖效果優(yōu)于陽性對照—吡啶甲酸鉻和三氯化鉻,可顯著降低2型糖尿病大鼠血清胰島素水平、胰島素抵抗指數(shù)和C-肽水平,增加肝臟中肝糖原、葡萄糖-6-磷酸酶和葡萄糖激酶含量,對2型糖尿病大鼠血清總膽固醇、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白和甘油三酯水平也具有較好的改善作用；蘋果酸鉻可改善2型糖尿病大鼠的學(xué)習(xí)記憶功能,并顯著提高大鼠海馬超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和乙酰膽堿酯酶活性；蘋果酸鉻可顯著提高2型糖尿病大鼠腸道革蘭氏陽性桿菌數(shù)量和革蘭氏桿菌／球菌比值。可見,蘋果酸鉻可有效改善2型糖尿病大鼠糖代謝、學(xué)習(xí)記憶功能及腸道革蘭氏菌群紊亂。(2)研究蘋果酸鉻對2型糖尿病大鼠降血糖活性的量效關(guān)系及其對血清中金屬元素的影響。結(jié)果表明,蘋果酸鉻具有較好的降血糖作用,且呈現(xiàn)出劑量依賴關(guān)系,當(dāng)蘋果酸鉻的劑量為7.5-20.8μg Cr/kg bm時(shí),量效關(guān)系方程為：Y=-0.4701X+20.914 (R2=0.9847,Y為空腹血糖值,X為鉻劑量),呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系,其最小有效量為7.5μg Cr/kg bm,50%最大效應(yīng)濃度為13.8μgCr/kg bm,有效劑量范圍為7.5-20.8 pμgCr/kg bm;此外,在劑量為17.5和20.0μg Cr/kg bm時(shí),蘋果酸鉻可顯著提高2型糖尿病大鼠血清鈣、鎂、鐵、銅和鋅濃度,有效改善血清金屬元素紊亂。(3)采用健康sprague-dawley(SD)大鼠,研究蘋果酸鉻的體內(nèi)代謝動(dòng)力學(xué)和生物利用度。結(jié)果表明,蘋果酸鉻體內(nèi)動(dòng)力學(xué)參數(shù)符合二室模型；在相同性別大鼠體內(nèi),蘋果酸鉻的平均滯留時(shí)間顯著長于吡啶甲酸鉻,且雄性大鼠的AUC0→∞顯著性高于毗啶甲酸鉻；蘋果酸鉻的相對生物利用度顯著高于吡啶甲酸鉻,且雄性大鼠體內(nèi)的相對生物利用度顯著高于雌性大鼠,其值分別為115.73+2.03%和105.28±1.62%；補(bǔ)充蘋果酸鉻不會(huì)顯著影響健康大鼠血清中鈣、鎂、鐵、銅和鋅元素的含量。可見蘋果酸鉻補(bǔ)鉻效果優(yōu)于吡啶甲酸鉻。(4)采用胰島素抵抗大鼠肝表皮細(xì)胞(BRL)模型,研究蘋果酸鉻對2型糖尿病降血糖作用機(jī)制。結(jié)果表明,蘋果酸鉻可顯著上調(diào)胰島素抵抗BRL細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4(Glut4)、磷酸化磷酸腺苷蛋白激酶β1(phosphor-AMPKβ1)和蛋白激酶B (Akt)及其mRNA的表達(dá)；蘋果酸鉻可顯著上調(diào)胰島素受體底物-1(Irs-1)、過氧化物酶體增殖物激活受體y(PPARγ)、磷脂酰肌醇-3-羥激酶(P13K)和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38-MAPK) mRNA的表達(dá),且調(diào)節(jié)效果顯著高于吡啶甲酸鉻和三氯化鉻�？梢�,蘋果酸鉻主要是通過促進(jìn)葡萄糖攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)及改善胰島素敏感性相關(guān)蛋白和基因表達(dá),從而達(dá)到降血糖和改善胰島素抵抗的作用。(5)選用健康SD大鼠,研究蘋果酸鉻90天喂養(yǎng)和繁殖實(shí)驗(yàn)及其對健康SD大鼠糖代謝、學(xué)習(xí)記憶功能及其相關(guān)酶的影響。結(jié)果表明,蘋果酸鉻劑量為10.0、15.0和20.0μgCr/kg bm時(shí),不會(huì)引起健康大鼠組織病理學(xué)變化,沒有出現(xiàn)中毒現(xiàn)象,且對雌性大鼠的受孕率和妊娠率沒有明顯影響,對新生鼠出生存活率和哺育存活率也沒有明顯影響；此外,蘋果酸鉻對健康大鼠糖代謝、學(xué)習(xí)記憶功能及其相關(guān)酶也沒有顯著的影響�？梢�,蘋果酸鉻在有效劑量范圍內(nèi)具有較好的安全性。(6)選用健康SD大鼠,研究長期喂養(yǎng)蘋果酸鉻對其機(jī)體功能、糖代謝、學(xué)習(xí)記憶功能及其相關(guān)酶的影響。結(jié)果表明蘋果酸鉻劑量為10.0、15.0和20.0μg Cr /kg bm時(shí),不會(huì)引起大鼠病理學(xué)變化,沒有出現(xiàn)中毒現(xiàn)象,對健康大鼠糖代謝及其相關(guān)酶含量沒有顯著影響；可顯著改善雄性大鼠血清脂代謝,提高雄性大鼠學(xué)習(xí)記憶功能及其相關(guān)酶活性。可見,蘋果酸鉻可作為新型輔助降血糖功能食品和營養(yǎng)素補(bǔ)充劑值得進(jìn)一步深入研究。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TS201.4
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
縮寫與符號
第一章 緒論
    1.1 糖尿病的流行病學(xué)、發(fā)病機(jī)制及治療
        1.1.1 糖尿病的流行病學(xué)及危害
        1.1.2 2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制
        1.1.3 2型糖尿病的藥物治療
        1.1.4 功能食品調(diào)節(jié)
        1.1.5 運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)
    1.2 有機(jī)鉻化合物對2型糖尿病降血糖的活性
        1.2.1 吡啶甲酸鉻
        1.2.2 酵母鉻
        1.2.3 丙酸鉻
        1.2.4 煙酸鉻
        1.2.5 氨基酸鉻
        1.2.6 其他有機(jī)鉻化合物
    1.3 有機(jī)鉻化合物對2型糖尿病降血糖活性的作用機(jī)制
        1.3.1 促進(jìn)葡萄糖攝取與轉(zhuǎn)運(yùn)
        1.3.2 增加胰島素敏感性
        1.3.3 調(diào)節(jié)脂代謝
    1.4 有機(jī)鉻化合物的毒理學(xué)研究
        1.4.1 急性毒性研究
        1.4.2 基因毒性研究
        1.4.3 細(xì)胞毒性研究
        1.4.4 90天喂養(yǎng)毒性研究
        1.4.5 繁殖毒性研究
        1.4.6 慢性毒性研究
    1.5 本課題研究的目的和意義
    1.6 研究的思路和主要內(nèi)容
第二章 蘋果酸鉻對2型糖尿病大鼠糖代謝、學(xué)習(xí)記憶功能及其相關(guān)酶研究
    2.1 儀器、材料與試劑
        2.1.1 儀器
        2.1.2 材料與試劑
    2.2 實(shí)驗(yàn)方法
        2.2.1 糖尿病大鼠模型的建立
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)分組與給藥
        2.2.3 對2型糖尿病大鼠體重和器官指數(shù)分析
        2.2.4 對2型糖尿病大鼠血液生化和血液學(xué)指標(biāo)的影響
        2.2.5 對2型糖尿病大鼠糖代謝的影響
        2.2.6 對2型糖尿病大鼠糖代謝相關(guān)酶的影響
        2.2.7 對2型糖尿病大鼠脂代謝的影響
        2.2.8 血清鉻和組織鉻含量測定
        2.2.9 組織病理學(xué)分析
        2.2.10 對2型糖尿病大鼠的學(xué)習(xí)記憶及其相關(guān)酶的研究
        2.2.11 對2型糖尿病大鼠的腸道革蘭氏菌群的初步研究
        2.2.12 統(tǒng)計(jì)分析
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 2型糖尿病模型的建立
        2.3.2 對2型糖尿病大鼠體重的影響
        2.3.3 對2型糖尿病大鼠器官指數(shù)的影響
        2.3.4 對2型糖尿病大鼠血生化和血常規(guī)的影響
        2.3.5 降血糖活性研究
        2.3.6 對2型糖尿病大鼠糖代謝及其相關(guān)酶的影響
        2.3.7 對2型糖尿病大鼠脂代謝的影響
        2.3.8 血清鉻和組織鉻含量測定
        2.3.9 組織病理學(xué)分析
        2.3.10 對2型糖尿病大鼠的學(xué)習(xí)記憶及其相關(guān)酶的影響
        2.3.11 對2型糖尿病大鼠腸道革蘭氏菌群的的影響
    2.4 本章小節(jié)
第三章 蘋果酸鉻對2型糖尿病大鼠降血糖活性的量效關(guān)系及其血清中金屬元素的影響研究
    3.1 儀器、材料與試劑
        3.1.1 儀器
        3.1.2 材料與試劑
    3.2 實(shí)驗(yàn)方法
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)分組與給藥
        3.2.2 對2型糖尿病大鼠體重和器官指數(shù)分析
        3.2.3 對2型糖尿病大鼠血液生化和血液學(xué)指標(biāo)的影響
        3.2.4 對2型糖尿病大鼠糖代謝的影響
        3.2.5 對2型糖尿病大鼠糖代謝相關(guān)酶的影響
        3.2.6 對2型糖尿病大鼠脂代謝的影響
        3.2.7 血清鉻和組織鉻含量測定
        3.2.8 對2型糖尿病大鼠血清中金屬元素的影響
        3.2.9 統(tǒng)計(jì)分析
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 對2型糖尿病大鼠體重的影響
        3.3.2 對2型糖尿病大鼠器官指數(shù)的影響
        3.3.3 對2型糖尿病大鼠血生化和血常規(guī)的影響
        3.3.4 降血糖活性的量效關(guān)系研究
        3.3.5 對2型糖尿病大鼠糖代謝的影響
        3.3.6 對2型糖尿病大鼠糖代謝相關(guān)酶的影響
        3.3.7 對2型糖尿病大鼠脂代謝的影響
        3.3.8 血清鉻與組織鉻含量測定
        3.3.9 蘋果酸鉻對2型糖尿病大鼠血清中金屬元素的影響
    3.4 本章小節(jié)
第四章 蘋果酸鉻的體內(nèi)代謝動(dòng)力學(xué)和生物利用度研究
    4.1 儀器、材料與試劑
        4.1.1 儀器
        4.1.2 材料與試劑
    4.2 實(shí)驗(yàn)方法
        4.2.1 在大鼠體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)及生物利用度研究
        4.2.2 研究指標(biāo)
        4.2.3 對大鼠血清金屬元素的影響
        4.2.4 統(tǒng)計(jì)分析
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 血清鉻濃度-時(shí)間曲線
        4.3.2 房室模型擬合曲線
        4.3.3 房室模型分析
        4.3.4 非房室模型分析
        4.3.5 相對生物利用度和絕對生物利用度研究
        4.3.6 組織分布研究
        4.3.7 排泄
        4.3.8 對大鼠血清金屬元素的影響
    4.4 本章小節(jié)
第五章 蘋果酸鉻對2型糖尿病降血糖作用機(jī)制研究
    5.1 儀器、材料與試劑
        5.1.1 儀器
        5.1.2 材料與試劑
    5.2 實(shí)驗(yàn)方法
        5.2.1 細(xì)胞的培養(yǎng)
        5.2.2 胰島素抵抗BRL細(xì)胞模型的建立
        5.2.3 對BRL細(xì)胞毒性研究
        5.2.4 對胰島素抵抗BRL細(xì)胞葡萄糖攝取的影響
        5.2.5 對胰島素抵抗BRL細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白表達(dá)的影響
        5.2.6 對BRL細(xì)胞葡萄糖攝取和胰島素敏感性相關(guān)基因表達(dá)的影響
        5.2.7 統(tǒng)計(jì)分析
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 胰島素抵抗BRL細(xì)胞模型的建立
        5.3.2 對BRL細(xì)胞毒性研究
        5.3.3 對胰島素抵抗BRL細(xì)胞葡萄糖攝取的影響
        5.3.4 對胰島素抵抗BRL細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白表達(dá)的影響
        5.3.5 對BRL細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因表達(dá)的影響
        5.3.6 對BRL細(xì)胞胰島素敏感性相關(guān)基因表達(dá)的影響
    5.4 本章小節(jié)
第六章 蘋果酸鉻90天喂養(yǎng)和繁殖實(shí)驗(yàn)及其對健康大鼠糖代謝、學(xué)習(xí)記憶功能及其相關(guān)酶研究
    6.1 儀器、材料與試劑
        6.1.1 儀器
        6.1.2 材料與試劑
    6.2 90天喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)方法
        6.2.1 實(shí)驗(yàn)分組與給藥
        6.2.2 蘋果酸鉻攝入量
        6.2.3 一般觀察
        6.2.4 對健康大鼠體重和器官指數(shù)分析
        6.2.5 對健康大鼠血液生化和血液學(xué)指標(biāo)的影響
        6.2.6 對健康大鼠尿液指標(biāo)的影響
        6.2.7 對健康大鼠糖代謝的影響
        6.2.8 對健康大鼠糖代謝相關(guān)酶的影響
        6.2.9 對健康大鼠脂代謝的影響
        6.2.10 血清鉻和組織鉻含量測定
        6.2.11 組織病理學(xué)分析
        6.2.12 對健康大鼠的學(xué)習(xí)記憶及其相關(guān)酶的影響
    6.3 繁殖實(shí)驗(yàn)方法
        6.3.1 實(shí)驗(yàn)分組與給藥
        6.3.2 蘋果酸鉻攝入量
        6.3.3 一般觀察
        6.3.4 子代大鼠檢測
        6.3.5 對健康大鼠體重和器官指數(shù)分析
        6.3.6 對健康大鼠血液生化和血液學(xué)指標(biāo)的影響
        6.3.7 對健康大鼠尿液指標(biāo)的影響
        6.3.8 對健康大鼠糖代謝的影響
        6.3.9 對健康大鼠糖代謝相關(guān)酶的影響
        6.3.10 對健康大鼠脂代謝的影響
        6.3.11 血清鉻和組織鉻含量測定
        6.3.12 組織病理學(xué)分析
        6.3.13 對健康大鼠的學(xué)習(xí)記憶及其相關(guān)酶的影響
    6.4 統(tǒng)計(jì)分析
    6.5 90天喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        6.5.1 蘋果酸鉻攝入量
        6.5.2 一般觀察
        6.5.3 對健康大鼠體重和器官指數(shù)的影響
        6.5.4 對健康大鼠血液生化指標(biāo)和血液學(xué)指標(biāo)影響
        6.5.5 對健康大鼠尿液指標(biāo)的影響
        6.5.6 對健康大鼠糖代謝的影響
        6.5.7 對健康大鼠糖代謝相關(guān)酶的影響
        6.5.8 對健康大鼠脂代謝的影響
        6.5.9 血清鉻和組織鉻含量測定
        6.5.10 組織病理學(xué)分析
        6.5.11 對健康大鼠的學(xué)習(xí)記憶及其相關(guān)酶的影響
    6.6 繁殖實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        6.6.1 蘋果酸鉻攝入量
        6.6.2 母代大鼠一般觀察
        6.6.3 子代大鼠一般觀察
        6.6.4 對健康大鼠體重和器官指數(shù)的影響
        6.6.5 對健康大鼠血液生化指標(biāo)和血液學(xué)指標(biāo)影響
        6.6.6 對健康大鼠尿液指標(biāo)的影響
        6.6.7 對健康大鼠糖代謝的影響
        6.6.8 對健康大鼠糖代謝相關(guān)酶的影響
        6.6.9 對健康大鼠脂代謝的影響
        6.6.10 鉻含量測定
        6.6.11 組織病理學(xué)分析
        6.6.12 對子代健康大鼠的學(xué)習(xí)記憶及其相關(guān)酶的影響
    6.7 本章小節(jié)
第七章 長期喂養(yǎng)蘋果酸鉻對健康大鼠機(jī)體功能、糖代謝、學(xué)習(xí)記憶功能及其相關(guān)酶影響
    7.1 儀器、材料與試劑
        7.1.1 儀器
        7.1.2 材料與試劑
    7.2 實(shí)驗(yàn)方法
        7.2.1 實(shí)驗(yàn)分組與給藥
        7.2.2 研究指標(biāo)
        7.2.3 統(tǒng)計(jì)分析
    7.3 結(jié)果與討論
        7.3.1 蘋果酸鉻攝入量
        7.3.2 一般觀察
        7.3.3 對健康大鼠體重和器官指數(shù)的影響
        7.3.4 對健康大鼠血液生化指標(biāo)和血液學(xué)指標(biāo)影響
        7.3.5 對健康大鼠尿液指標(biāo)的影響
        7.3.6 對健康大鼠糖代謝的影響
        7.3.7 對健康大鼠糖代謝相關(guān)酶的影響
        7.3.8 對健康大鼠脂代謝的影響
        7.3.9 血清鉻和組織鉻含量測定
        7.3.10 組織病理學(xué)分析
        7.3.11 對健康大鼠的學(xué)習(xí)記憶及其相關(guān)酶的影響
    7.4 本章小節(jié)
第八章 結(jié)論與展望
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    8.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄
攻讀博士學(xué)位期間主持和參與的科研項(xiàng)目

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2863241