特色果蔬活性成分对糖尿病的功效与机理研究进展

糖尿病是一种常见慢性代谢疾病，以持续高血糖为特征，并伴有碳水化合物、蛋白质和脂代谢异常。这种疾病是由胰岛素功能衰退、胰岛素抵抗而导致的代谢紊乱，除了血糖高之外，还有“三多一少”等临床特征，影响着千千万万人的健康，已成为世界各国公共卫生关注的焦点。若管理不当，会引发糖尿病并发症，特别是眼睛、肾脏、神经、心脏和血管。预计糖尿病患者总数将从2000年的1.71亿增加到2030年3.66亿[1]。控制血糖水平对于预防糖尿病并发症和改善糖尿病患者健康至关重要。目前双胍类、磺脲类及噻唑烷二酮类等药物可用于治疗糖尿病，但其副作用大及药物持续性差[2]。因此，亟须寻找一种副作用小的天然产品。

研究表明，天然产物对糖尿病的治疗是有效和安全的[3-5]。这可能涉及胰岛细胞的功能和存活、胰岛素分泌、胰岛素敏感性/抗性等方面的作用机制。本研究综述了山药、山楂、苦瓜、南瓜、魔芋5种特色果蔬食用营养成分及药用保健成分概况，阐明生物活性物质在糖尿病防治方面的保健功效，以期为果蔬天然生物活性物质在防治糖尿病及其他疾病方面提供参考。

1 特色果蔬的食用营养成分

特色果蔬中含有丰富的蛋白质、碳水化合物、膳食纤维、维生素 C、维生素、α-维生素 E、钾、磷、镁、钠和钙等矿质营养以及精氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，赖氨酸，苯丙氨酸，缬氨酸，色氨酸和蛋氨酸等必需氨基酸等营养成分。不同果蔬之间营养成分含量差异较大(表1)(以每100 g可食用部计)，其中苦瓜维生素C含量居瓜类蔬菜之首；南瓜钙、钾含量较高，而钠含量较低；魔芋具有低热能、低蛋白质、低维生素、高膳食纤维特点。果蔬营养成分含量经常受品种与地区影响。山药栽培品种与野生品种、本地品种与外地品种之间品质差异显著[7]。淮山药营养均衡，既可食用又可药用；铁棍山药品质优于普通怀山药，其多糖、黄酮含量高，药用性强[8]。苦瓜中不同品种、不同营养生长阶段、不同组织间含量也存在显著差异。苦瓜果肉皂苷含量、抗氧化活性及 α-葡萄糖苷酶抑制率、维生素C、可溶性蛋白、纤维素、氨基酸、总酸、总皂苷、多糖、类黄酮和总酚含量在品种间差异显著[9-11]，且不同苦瓜部位水分、粗纤维、多糖、黄酮和灰分含量也存在显著差异[12]。不同品种南瓜果实从嫩果期到老熟果的发育过程中营养成分含量存在一定的差异，其中总糖、还原糖、淀粉、氨基酸、水分、 β-胡萝卜素及矿质元素营养成分含量之间具有显著差异[13-15]。此外，在魔芋中也不例外。在我国记载的30多个品种中最具有开发价值的是白魔芋和花魔芋。经测定相较于白魔芋，花魔芋中氨基酸、淀粉及可溶性糖含量更丰富。在不同品种、产地、贮藏时间和加工前后魔芋中葡甘露聚糖含量差异较大[16-17]。孟庆杰等通过对生产上主栽的18个山楂品种果实主要营养成分及其资源利用研究，发现维生素C、总黄酮、钙含量高的品种对心血管疾病具有积极作用，而矿质元素锰、锌和铜等含量高的山楂果实不仅可预防心血管疾病，还具有抗癌的药理活性[18]。这将为筛选富含某种营养物质果蔬品种，为消费者饮食取向及以果蔬为原料的保健品研发提供重要参考意义。

2 特色果蔬活性成分及降血糖药理作用

2.1 山药

2.1.1 山药多糖山药多糖是山药主要的活性成分之一，目前研究分离出多种不同山药多糖，由于其组成和结构比较复杂，其多糖含量和糖基组成各不相同，主要由甘露糖、阿拉伯糖、半乳糖和葡糖糖组成。大量研究报道山药多糖具有显著降血糖功效[19-21]，Li等[22]采用沸水提取和逐步乙醇沉淀方法，结合切向流超滤膜系统，分离出3种不同浓度、不同分子量山药多糖(HSY-ⅰ、HSY-ⅱ和HSY-ⅲI)，建立地塞米松诱导的 IR 糖/脂代谢糖尿病小鼠模型，评价3种山药多糖的降血糖效果。结果表明，HSY多糖、HSY-Ⅰ和HSY-Ⅱ具有降血糖作用，且与其剂量成正相关。还有研究发现山药多糖的降血糖机制可能与山药多糖具有提高血清抗活性氧、改善免疫器官、抑制氧化应激反应、提高糖代谢关键酶活性及调整脂质代谢紊乱有关[23-25]。

2.1.2 山药脱氢表雄酮脱氢表雄酮是山药中的一种天然产物。它属于 C19 类固醇激素，是睾酮和雄二醇性激素的前体，具有极高医学研究价值。已有研究发现脱氢表雄酮可降低肝脏葡萄糖-6-磷酸酶、果糖-1，6-二磷酸酶活性，抑制肝糖异生，降低血糖浓度，对治疗糖尿病有一定疗效[26]。

2.2 苦瓜

2.2.1 苦瓜多糖苦瓜多糖属于多杂糖，是中医药发挥独特疗效的重要物质基础之一。具有调脂降血糖、抗肿瘤、抗氧化、增强免疫等多种生理功效。苦瓜水提多糖和碱提多糖均可降低链脲佐菌素(Streptozocin，STZ)诱导的糖尿病小鼠空腹血糖，尤其是碱提多糖组分降血糖效果最佳。苦瓜多糖降血糖机理可能是苦瓜多糖能在肠道中形成一层保护膜成为毒物再吸收的屏障，且可使部分淀粉酶失活。

2.2.2 苦瓜皂苷皂苷是由皂苷、糖醛酸或其他有机酸组成的一种化学成分较复杂的苷类化合物，属于植物糖苷一种。到目前为止，已从苦瓜中分离出40多种皂苷类成分，但并非所有皂苷都有降血糖功效，目前已确定的化合物有苦瓜脑苷、甾醇、苦瓜亭[27-28]。苦瓜皂苷是苦瓜中主要生物活性成分之一，具有降血糖、抗氧化、提高免疫力、抗肿瘤、抗病毒等生物活性，尤其是降血糖效果显著[29]。马春宇[30]研究了苦瓜总皂苷对2型糖尿(Type 2 Diabetes Mellitus，T2DM)病大鼠降血糖作用机制，认为其作用机制主要为促进肝糖原合成、抑制肝糖原分解以及通过外周组织 GLUT4 表达增强进而增加胰岛素敏感性等。

2.2.3 苦瓜蛋白质及多肽类鲜冻干制剂有良好的保鲜和恢复功能，能最大程度地保存植物本身的活性成分，尤其是肽类、蛋白质等原生代谢物质。蛋白质和多肽是苦瓜果实和种子中主要功能成分。目前已从不同部位分离出多种类型蛋白质和多肽，如苦瓜提取物成分中多肽 P-或-P 胰岛素是一种胰岛素样的降血糖蛋白，其降血糖功效与胰岛素类似[31-32]，有“植物胰岛素”之称。此外皮下注射的苦瓜多肽-P 可降低 T2DM大鼠血糖，降低血清胰岛素浓度，改善其糖耐量，升高肝脏和肌肉中糖原含量。苦瓜多肽-P 降血糖机理在于改善胰岛素抵抗(Insulin resistance，IR)，提高组织对胰岛素的敏感性。

2.2.4 苦瓜黄酮黄酮是一类广泛存在于植物中的天然次级代谢产物之一。黄酮类物质能够通过多种方式发挥降血糖作用。黄酮类化合物能够通过肝、骨骼肌中不同细胞信号传导途径发挥降血糖作用。这类化合物还能够直接作用于β细胞，通过抗脂质过氧化及非酶糖化损害，影响β细胞功能及能量代谢来发挥降血糖作用。苦瓜黄酮主要为黄酮苷类，苦瓜黄酮能够清除四氧嘧啶产生的超氧自由基，使胰岛素保持正常水平。从苦瓜果实中提取浓度为1 mg/mL苦瓜总黄酮具抗氧化性，对DPPH自由基清除能力与 Vc 相当，清除率达到93.1%。榭皮素能够降低血清中脂蛋白-a、载脂蛋白 B 、总胆固醇(TC)和丙二醛(MDA)含量，改善高密度脂蛋白含量，能够改善糖尿病大鼠脂质代谢异常，提高机体抗氧化能力。

综上所述，苦瓜药理学活性已被证实，但有关苦瓜降血糖机制目前尚无定论。通常认为苦瓜通过调节类胰岛素[33-34]或是促进胰岛素分泌[35-36]而达到降血糖作用。此外还有一些学者认为可能是苦瓜抗自由基作用、影响葡萄糖代谢以及组织对葡萄糖的提取发挥作用[37]。

2.3 南瓜

2.3.1 南瓜多糖南瓜多糖是一类水溶性的酸性糖，作为天然植物多糖在治疗糖尿病方面效果尤为显著。大量相关临床实验数据及学术研究文章均表明南瓜多糖降血糖作用机制可能是通过抑制机体 α-葡萄糖苷酶活性降低餐后血糖、修复胰岛 β 细胞，促进胰岛素分泌、改善 IR、清除自由基，抗脂质过氧化、改善糖尿病小鼠脂代谢紊乱、增加超氧化物歧化酶(SOD)水平保护胰岛细胞免受 STZ 损伤中某一种机制或多种机制协同发挥作用[38-47]。不同栽培品种南瓜果实中多糖提取物降血糖机制及降血糖效果存在一定差异[44-45]。南瓜多糖通过增加正常和糖尿病小鼠的血浆胰岛素而具有降血糖活性，并通过增加SOD和MDA以及减少一氧化氮(NO)产生保护胰岛细胞免受 STZ 损伤[47]。Wang等[48]通过腹腔注射给药四氧嘧啶诱导糖尿病雄性 ICR 小鼠，测定猪苓多糖快速血糖水平、空腹血清胰岛素和肝糖原，发现灌胃 7h 后，南瓜多糖具有明显降血糖作用(P<0.01)，并能显著提高肝糖原和胰岛素水平(P<0.05)。通过乙醇分步沉淀法和凝胶层析法获得的南瓜多糖具有增强胰岛细胞增殖活性。以上结果表明，南瓜多糖对四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠有潜在降血糖作用，并对糖尿病治疗有一定作用。

最新研究进展发现南瓜多糖抗氧化能力是通过上调核因子E2相关因子2(Nrf2)介导的靶基因和磷脂酰肌醇-3-羟激酶(Phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)信号通路在降低T2DM发病风险中发挥重要作用。还有研究发现南瓜多糖缓解糖尿病作用是改变T2DM大鼠肠道菌群和短链脂肪酸(SCFA)产生来调节。将灌胃南瓜多糖、二甲双胍、生理盐水分别给三组高脂饮食诱导的模型大鼠，并采用16S rRNA基因测序和多变量统计分析T2DM大鼠肠道菌群结构和关键种类。结果表明，南瓜多糖通过改善胰岛素耐受性，降低血糖(GLU)、TC和低密度脂蛋白(LDL-C)水平，同时提高高密度脂蛋白(HDL-C)水平，从而减轻T2DM[49]。

2.3.2 微量元素南瓜中矿质元素(特别是镁、锌、铬)能够实现对糖尿病的补充治疗，这些微量元素均与体内糖脂代谢有关[50]。Hruby A等[51]检测了2582个不同年龄的糖尿病患者参与空腹和负荷后葡萄糖和 IR 以及胰岛素敏感性变化与镁的摄入量关系，发现在高危人群中，镁摄入对降低患糖尿病风险效果较好。锌参与胰岛素合成、稳定胰岛素结构，协助葡萄糖在细胞膜运转，缺锌糖尿病人代谢紊乱；南瓜中铬是胰岛素辅助因子，是葡萄糖耐量因子(GTF)组分，糖尿病患者通常缺铬，铬缺乏引起胰岛功能下降，血糖上升，铬是胰岛素发挥作用的必需元素并能加速血糖氧化，改善血糖耐受量。

2.4 魔芋

魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan，KGM)为一种可溶性高膳食纤维多糖，具有低维生素、低热量、低脂肪等特点，在动、植物及微生物中广泛存在。近年来在预防和治疗糖尿病等疾病方面备受关注。这是由于膳食纤维能够改善T2DM患者的胰岛素敏感性，可溶性纤维通过提供大量食物与增加消化时间来减缓餐后葡萄糖吸收，降低血糖和胰岛素水平，从而改善饱腹感[52]。最近的研究报道发现KGM可降低T2DM大鼠甘油三酯、TC、血糖和胰岛素水平，可在一定程度上改善骨骼肌IRS 胰岛素信号通路蛋白表达[53]。临床研究发现，KGM 可降低健康成人或糖尿病患者血糖升高幅度，且KGM降低糖尿病患者血糖升高幅度优于健康人[54]。在病理和分子层面研究发现KGM能够显著改善糖尿病大鼠多饮、多食、体重减轻等症状，改善糖、脂代谢，降低氧化应激损伤，提高胰岛素敏感性和糖耐受能力，调整糖尿病大鼠血清及肝脏中糖类、胆汁酸等代谢的肠道菌群紊乱，维持功能组织结构和功能的完整性等途径发挥抗糖尿病作用。此外KGM分子量与降血糖功效呈正相关，且中分子量KGM降血糖效果优于高、低分子量。KGM乙酰基取代度与降血糖功效无关，但与模型大鼠葡萄糖耐受度呈负相关[55]。这将为代谢组学进一步靶向研究奠定基础。

2.5 山楂

2.5.1 山楂多糖山楂多糖是山楂重要生物活性物质之一，相较于其他功能成分，山楂多糖研究相对较少。提取山楂多糖方法主要有水提法、超声波提取和微波提取。由于微波提取法具有高效节能、安全无污染等优点而在工业生产中广泛应用。有研究对大果山楂多糖进行了纯化，并发现山楂粗多糖能够抗氧化[56]。徐丽珊团队[57]通过响应面法优化微波提取山楂多糖工艺。得出最佳提取条件为：提取温度63 ℃，微波功率 500 W，提取时间 7 min，在此条件下山楂多糖提取量最高达(147.10 ± 0.32)mg/g。山楂多糖能够抑制α-葡萄糖苷酶、胰脂肪酶活性，抗氧化效果显著，对DPPH·具有良好的清除能力。其IC50分别为(99.22±0.89),(22.50±0.79),(185.80±0.64)μg/mL，表明山楂粗多糖能够降血糖。Aierken A等研究山楂提取物对54只T2DM大鼠降血糖作用。结果发现山楂多糖处理组血清甘油三酯和TC水平低于T2DM大鼠对照组(P<0.01)。此外山楂提取物降低血糖水平，增加血浆胰岛素从胰腺释放[58]。由此表明山楂多糖提取物是一种有效预防或治疗T2DM药物。

2.5.2 山楂黄酮黄酮类化合物是山楂叶的主要成分，由芦丁、榭皮素等组成。药理作用表明山楂叶总黄酮具有明显抗氧化、抗动脉粥样硬化、降血糖调脂等功效。山楂叶总黄酮能够降低糖尿病小鼠血糖、空腹胰岛素水平及IR指数[59-60]。陈熠飞等[61]以T2DM模型大鼠为研究对象，探究了山楂叶总黄酮对T2DM大鼠热痛阈的影响，发现山楂叶总黄酮有助于降低大鼠血糖值，增加体重，同时可显著改善T2DM大鼠周围神经病变所致热痛觉迟钝现象的作用。

3 小结与展望

目前市场上治疗糖尿病药物存在一定副作用，长期使用易造成胰岛素依赖。因此开发具有预防和辅助降血糖的天然植物食品势在必行。山药、苦瓜、南瓜、山楂和魔芋等特色果蔬中富含多种对人体有益的营养物质和活性成分，是一类非常有前景的药食同源食品和辅助治疗糖尿病的原料。其中同类功能性成分的降血糖机理存在共性，但降血糖功效不同。目前对一些药食同源的特色果蔬中活性成分及药理功能研究还不够深入，且理论研究与功能产品开发未完全同步。因此，针对上述情况提出以下建议：第一，深入开展果蔬中活性成分研究，寻找更多具有药用价值及保健功能活性成分；第二，建立活性成分与药理功能关系，明确发挥药效活性成分及其作用机制。第三，现有研究多是从单一成分去研究降血糖功效，加强各种成分间的相互作用研究。

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