ι-卡拉四糖在缓解代谢综合征及制备相关制品中的应用

摘要

本发明公开了一种ι‑卡拉四糖及其含有ι‑卡拉四糖的组合物在改善代谢综合征方面的应用。所述ι‑卡拉四糖，可通过改善血糖稳态、抑制胰岛β细胞凋亡、减轻脂质紊乱来缓解代谢综合征。所述组合物含有ι‑卡拉四糖、壳寡糖、褐藻多糖等海洋活性寡糖或多糖，以及菊粉、低聚果糖等膳食纤维，可协同降低血糖、有效缓解代谢综合征。本发明所述的ι‑卡拉四糖及其组合物在改善代谢综合征方面安全有效、价格低廉，同时实现了ι‑卡拉胶的高值化开发与利用。

说明书

技术领域

本发明属于功能食品技术领域，具体涉及ι-卡拉四糖在缓解代谢综合征及制 备相关制品中的应用。

背景技术

代谢综合征是以胰岛素抵抗、脂质异常(高胆固醇血症和血脂异常)、高血 压、炎症为主要风险因子的代谢紊乱症候群。代谢综合征是对全球公共卫生造 成重大威胁的流行性疾病，特别是在发展中国家，由于饮食模式和生活方式的 巨大变化，例如过量摄入高糖高脂食物、久坐不运动、不规律作息等不良生活 方式，上述因素造成代谢综合征的发病率持续攀升。目前，我国居民代谢综合 征的患病率可达21.9％。代谢综合征合并心血管疾病、癌症等其他疾病，增加 死亡风险。除了常规药物治疗之外，利用食物中具有调节糖、脂代谢功效的生 物活性物质，进行预防及辅助治疗代谢综合征具有重要意义。

目前，治疗代谢综合征的药物中通常只能针对其中的1-2种症状，如降血糖 药物、降血压药物，且药物长期服用引发肝、肾、骨等多方面健康问题；而用 于缓解代谢综合征的功能食品或生物制品中，往往价格昂贵，无法满足长期使 用的需求。

ι-卡拉胶是在食品领域广泛应用的海洋活性多糖，其价格低廉，且前期研究 中已发现ι-卡拉胶具有抗病毒、提高免疫力等多种生物功效。但由于ι-卡拉胶的 生物利用度低，其生物活性的开发一直受到限制。

发明内容

本发明提供了ι-卡拉四糖在缓解代谢综合征及制备相关制品中的应用，ι-卡 拉四糖及其组合物可用于制备改善代谢综合征相关的功能性食品，从而有效降 低血糖、抑制胰岛β-细胞凋亡、减少脂质紊乱，从而改善代谢综合征。

本发明首先提供ι-卡拉四糖在制备用于缓解代谢综合征的制品中的应用，所 述的ι-卡拉四糖的结构式如下所示：

本发明另一个方面还提供一种使用ι-卡拉四糖制备的，具有改善代谢综合征 功效的组合物；

所述的组合物中还包含有壳寡糖和/或褐藻多糖；

所述组合物中ι-卡拉四糖与壳寡糖或褐藻多糖的质量比为1.5～2：1；

进一步的，所述组合物中还包含有菊粉和/或低聚果糖；

所述组合物中，ι-卡拉四糖与菊粉的质量比为5～8：1；

所述组合物中，ι-卡拉四糖与低聚果糖的质量比为12～16：1。

本发明所提供的ι-卡拉四糖制备的组合物可有效降低血糖、抑制胰岛β-细 胞凋亡、减少脂质紊乱，从而改善代谢综合征。

附图说明

图1：ι-卡拉四糖对小鼠空腹血糖、胰岛素和口服糖耐量的影响图，其中A. 空腹血糖；B.血清胰岛素水平；C.血糖变化曲线；D曲线下面积；

图2：胰腺H&E与TUNEL染色图，其中A胰腺H&E染色；B胰腺TUNEL 染色；

图3：胰岛β细胞中线粒体凋亡通路关键基因mRNA表达分析图；

图4：ι-卡拉四糖对小鼠脂代谢的影响，其中A.血清脂质水平分析；B.肝脏HE染色分析；

图5：不同组合物对小鼠空腹血糖、胰岛素和口服糖耐量的影响图，其中 A.空腹血糖；B.血清胰岛素水平；C.血糖变化曲线；D曲线下面积；

图6：不同组合物对小鼠胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)和胰岛素敏感指数 (QUICKI)的影响图。

具体实施方式

本发明所使用的ι-卡拉四糖的分子量为95Da，结构式如下所示：

ι-卡拉四糖的一种制备过程为：ι-卡拉胶与ι-卡拉胶酶Cgi82A(来源于海洋 细菌Wuyingzhuangia fucanilytica，其氨基酸序列为SEQ ID NO：1)按1U： 100mg比例混合，在NaH

申请人研究发现该ι-卡拉四糖在高糖高脂饮食诱导的代谢综合征小鼠模型 中具有降血糖、改善胰岛损伤、降血脂的功效，具体表现为：

1)可降低小鼠空腹血糖、提高口服糖耐量、提高血清胰岛素水平。

2)在胰腺H&E染色中表征可改善小鼠胰岛空泡化。

3)ι-卡拉四糖在胰腺TUNEL染色中表征可减少凋亡的β细胞数量。

4)ι-卡拉四糖可抑制胰岛β细胞中线粒体凋亡通路激活，抑制该通路关键 基因在mRNA水平表达。

5)ι-卡拉四糖可降低模型小鼠的血清脂质水平、减少肝脏脂质积累。

进一步地，本发明还发现ι-卡拉四糖的组合物在高糖高脂饮食诱导的代谢综 合征小鼠模型中具有改善作用，具体表现为：

1)可降低小鼠空腹血糖、提高口服糖耐量、降低血清胰岛素的代偿性升高。

2)所述组合物可提高小鼠胰岛素敏感指数、降低胰岛素抵抗指数。

因此，以ι-卡拉四糖为功效因子，开发成改善代谢综合征的功能食品，对提 高ι-卡拉胶的生物利用度、改善代谢综合征患者健康状况变得尤为重要。

下面结合具体实施例进一步描述本发明，但所述实施例仅是范例性的，不 对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发 明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这 些修改或替换均在本发明的保护范围内。

实施例1

ι-卡拉四糖通过高糖高脂饮食诱导的代谢综合征小鼠模型中进行功效评价， 阐明其具有降血糖、改善胰岛损伤、降血脂的功效。

实验方法：雄性C57BL/6J小鼠，6-8周龄，16-18g，小鼠通过高糖高脂饮 食诱导建立代谢综合征模型。适应性喂养1周后，小鼠随机分为4组(每组8 只)：正常组(N，生理盐水)、模型组(M，生理盐水)、低剂量ι-卡拉四糖干 预组(ιCTs-L,30mg/kg.bw)、高剂量ι-卡拉四糖干预组(ιCTs-H,90mg/kg.bw)。其中 正常组给予低糖低脂饮食喂养(LFSD)，其余组给予高糖高脂饮食(HFSD)。所 有小鼠均通过灌胃干预(剂量为10mL/kg，每天1次)，实验周期为20周。

实验进行第19周时，小鼠禁食不禁水8h，灌胃葡萄糖(2g/kg·bw)用于口 服糖耐量检测。实验进行20周时，在末次灌胃后，小鼠再行禁食不禁水8h， 小鼠摘眼球取血、脱颈椎处死。迅速分离小鼠血清，并摘取小鼠胰腺尾部组 织进行固定(10％中性甲醛)或液氮冷冻保存。其中，血清用于生化指标分 析，固定的胰尾用于组织形态学分析，冻存胰尾用于基因分析。

实验结果如下：

1.对ι-卡拉四糖对糖稳态的影响

(1)空腹血糖水平是胰岛素抵抗的首选诊断指标，口服葡萄糖耐量可反映血糖 在短期内的变化。与正常组相比，模型组的空腹血糖水平增加了100.58％(P <0.01)(图1A)，表明HFSD引发了胰岛素抵抗症状。ιCTs-L和ιCTs-H干预后， 空腹血糖分别下降35.11％(P<0.01)和27.41％(P<0.05)(图1A)，AUC值 分别降低了34.16％(P<0.01)和24.92％(P<0.05)。胰岛素是维持血糖稳定的 关键激素，与正常组相比，模型组胰岛素水平降低了29.38％(图1B)，ιCTs-L 和ιCTs-H干预后，胰岛素水平分别增加30.47％和5.44％。以上结果表明，ιCTs 可促进胰岛素分泌、降低血糖，来缓解胰岛素抵抗。

(2)胰岛β细胞功能障碍会加速胰岛素抵抗进程，表现为胰岛显微结构受损。 如图2A所示，与正常对照组相比，模型组胰岛空泡化严重、细胞呈现出萎缩状 态，ιCTs-L干预后上述现象得到缓解，表明ιCTs-L可改善胰岛显微结构破坏。 所述ι-卡拉四糖在胰腺TUNEL染色中表征可减少凋亡的β细胞数量。

(3)胰岛β细胞凋亡是引发胰岛功能异常重要诱因之一。胰腺TUNEL染色所 示(图2B)，模型组胰岛中的TUNEL阳性β细胞数量较正常组显著增加(P <0.01)；而ιCTs-L干预后，TUNEL阳性细胞数量减少21.80％(P<0.05)，以 上结果表明ιCTs减轻了胰岛β细胞凋亡。

(4)线粒体凋亡是胰岛β细胞凋亡的内在机制。如图3所示，模型组中Bax、 Bak、细胞色素C、Caspase-9和Caspase-3等促凋亡因子的mRNA表达均明显上 调(P<0.05)，而抗凋亡因子Bcl2的表达显著下调(P<0.01)。以上说明，模型 组中线粒体的凋亡信号被高度激活，促凋亡因子Bax和Bak诱导细胞色素C从 线粒体释放到细胞质，进一步下游基因Caspase-9和Caspase-3引发细胞凋亡。 相反，而当ιCTs-L和ιCTs-H干预后逆转上述趋势，Bax、细胞色素C、Caspase-9 和Caspase-3的表达均显著降低(P＜0.05)，而Bcl2的表达则显著增加(P＜0.05)。 这些结果说明了ιCTs通过线粒体凋亡途径抑制胰岛β细胞凋亡。

2.ι-卡拉四糖对脂代谢的影响

代谢综合征引起血脂代谢紊乱。如图4所示，模型组血清中总胆固醇(TC)、 总甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)含量显著上升，高密度脂蛋 白胆固醇(HDL-C)含量显著下降。而当ιCTs-L和ιCTs-H干预后，显著降低 血清中TC、TG和LDL-C水平，升高HDL-C水平。并结合肝脏H&E染色分析， ιCTs-L和ιCTs-H降低肝脏脂质积累水平。上述结果表明ι-卡拉四糖改善了代谢 综合征小鼠的脂代谢紊乱。

综上所述，ι-卡拉四糖具有降血糖、改善胰岛β细胞损伤、改善脂代谢异常 的功效。

实验例2

以ι-卡拉四糖作为功效因子，与其他具有降血糖、促进肠道蠕动功效的寡 糖或多糖配伍，设计1～2种具有改善胰岛素抵抗的组合物。

设计依据：①ι-卡拉四糖，依据实施例1说明其具有改善胰岛素抵抗的功效； ②壳寡糖，来源于自然界中虾、蟹及其它甲壳类动物外壳。选用聚合度为6-8， 分子量为1500Da，水溶性好、易被吸收、且已被研究证实具有降血糖的功效； ③褐藻多糖(分子量200KDa)，广泛分布在海带、羊栖菜、鼠尾草，是含有岩 藻糖和硫酸基的水溶性杂聚糖，其具有调节血脂和血糖的作用。④菊粉(聚合 度2-60)，一种链状果聚糖，广泛分布于菊芋、韭菜、洋葱等植物中，可作为功 能性食品基料，可增加肠道益生菌群占比，达到缓解小鼠肥胖的功效。⑤低聚 果糖(聚合度2-7，分子量500-800Da)，广泛存在于香蕉、大蒜、西红柿、芦笋、 菊芋和麦类等天然植物中，可降低血糖、调节肠道菌群促进有益菌生长、增强 免疫力。

基于上述依据，共设计2种含有ι-卡拉四糖用于胰岛素抵抗治疗的组合物， 具体如下：

(1)组合物1：ι-卡拉四糖3mg/mL，壳寡糖2mg/mL，菊粉0.6mg/mL，低 聚果糖0.2mg/mL。

(2)组合物2：ι-卡拉四糖3mg/mL，褐藻多糖2mg/mL，菊粉0.6mg/mL， 低聚果糖0.2mg/mL。

基于以上组分和用量的筛选，将各组分充分溶于水中，通过均质机均质， 使颗粒大小均一，进一步通冻干，可得2种不同组合物。其中，组合物1为棕 黄色粉末，组合物2为褐色粉末。

实施例3

对实施例2中所得组合物通过代谢综合征小鼠模型进行功效验证。

实验方法：雄性C57BL/6J小鼠，6-8周龄，16-18g，小鼠通过高糖高脂饮 食诱导建立代谢综合征小鼠模型。适应性喂养1周后，小鼠随机分为4组(每 组5只)：正常组(N，生理盐水)、模型组(M，生理盐水)、组合物1组(组 合物1,58mg/kg.bw)、组合物2组(组合物1,58mg/kg.bw)。其中正常组给予低糖低 脂饮食喂养(LFSD)，其余组给予高糖高脂饮食(HFSD)。所有小鼠通过灌胃干 预(剂量为10mL/kg，每天1次)，实验周期为16周。

实验进行第15周时，小鼠禁食不禁水8h，灌胃葡萄糖(2g/kg·bw)用于口服 糖耐量检测。实验进行16周时，在末次灌胃后，小鼠再行禁食不禁水8h，小鼠 予以摘眼球取血、脱颈椎处死。迅速分离小鼠血清，

实验结果：在本实施例中，如图5所示，组合物1和组合物2均可显著降 低小鼠空腹血糖(P＜0.05)、增加口服糖耐量(P＜0.05)，降低模型小鼠胰岛素 水平代偿性升高(P＜0.05)；并且，组合物1和组合物2可显著降低胰岛素抵抗 指数HOMA-IR(如图6)，增加胰岛素敏感指数QUICKI。以上结果表明，组合 物1和组合物2均可有效降低代谢综合征小鼠的胰岛素抵抗症状。

以上是本发明的具体实施例，仅作为范本案例，本发明并不仅限于上述实 施例。任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明范畴内。因此，其他 任何在不脱离本发明的精神和原理下所作的均等变换、修改、替代、组合和简 化，都应涵盖在本发明范围内。

序列表

<110> 中国海洋大学

<120> ι-卡拉四糖在缓解代谢综合征及制备相关制品中的应用

<160> 1

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 513

<212> PRT

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 1

Met Lys Leu Thr Ile Lys Lys Val Gly Leu Phe Met Ala Met Phe Ala

1 5 10 15

Gly Ile Ser Cys Ala Asn Glu Ile Glu Gln Glu Ile Thr Ala Asn Asn

20 25 30

Gln Gln Glu Phe Asn Leu Ser Arg Glu Ala Lys Thr Gly Ile Thr Ser

35 40 45

Thr Gly Tyr Asn Ser Thr Asn Tyr Phe Gln Pro Pro Thr Asn Leu Pro

50 55 60

Thr Lys Asn Phe Thr Gly Ser Thr Ser Thr Gln Leu Gln Thr Leu Ile

65 70 75 80

Asn Asn Ser Ser Thr Gly Ala Ile Ile Lys Ile Pro Lys Lys Thr Tyr

85 90 95

Asn Trp Gly Glu Ile Lys Leu Lys Ser Lys Ile Gln Leu Glu Ile Glu

100 105 110

Ser Gly Thr Ile Ile Lys Pro Ser Asn Asn Asn Ile Lys Arg Ile Phe

115 120 125

Ser Ile Gly Ser Ser Gly Asn Gly Thr Arg Val Thr Asp Val Ser Ile

130 135 140

Ile Gly Val Gly Gly Lys Phe Thr Ile Asp Leu Ser Ala Thr Ala Asn

145 150 155 160

Leu Asn Gln Asn Met Ala Val Ile Lys Met Gly Arg Val Ser Asn Phe

165 170 175

Lys Ile Ser Asn Phe Ile Ile Lys Asp Arg Arg Thr Ser Leu Ala Ser

180 185 190

Ile Leu Leu Asn Tyr Ile Pro Ser Asn Ser Asp Asn Glu Pro Tyr Pro

195 200 205

Lys Asn Gly Val Ile Glu Lys Ile Asn Gln Thr Gly Ile Ser His Thr

210 215 220

Gly Tyr Gly Leu Ile Gln Ala Tyr Ser Ala Ser Asn Val Leu Phe Lys

225 230 235 240

Asn Leu Tyr Cys Lys Gly Gly Val Thr Leu Arg Leu Glu Thr Asp Asp

245 250 255

Lys Thr Met Lys Asp Ala Val Lys Asn Gly Gly Lys Leu Phe Gly Leu

260 265 270

Arg Asn Ile Tyr Ala Asp Met Ile Lys Cys Thr Ser Gly Leu Cys Pro

275 280 285

Ile Met Phe Ser Pro His Phe Thr Glu Asn Gly Lys Ile Thr Ala Arg

290 295 300

Asn Ile Thr Ala Thr Gly Cys Ala Phe Ala Val Arg Val Glu His Gly

305 310 315 320

Phe Ile Glu Val Phe Asp Thr Asn Lys Thr Tyr Ala Leu Thr Ser Ser

325 330 335

Gly Gly Asn Gln Phe Lys Asn Phe Ile Ala Gly Lys Ile Ser Gly Thr

340 345 350

Gly Asn Ser Ser Lys Phe Ile Gly Asn Gln Tyr Lys Arg Ala Asn Gly

355 360 365

Thr Gln Trp Ala Ile Arg Leu Ser Asp Ala Ser Ile Asn Gly Ser Leu

370 375 380

Asp Pro Tyr Ile Thr Asn Gln Ile Gly Tyr Leu Lys Asn Gly Ser Phe

385 390 395 400

Glu Ser Thr Thr Ile Glu Asn Val Thr Thr Ile Tyr Lys Pro Thr Asn

405 410 415

Ala Lys Leu Lys Gln Ser Phe Leu Pro Phe Ile Pro Cys Asn Asp Trp

420 425 430

Thr Ser Lys Ile Lys Asn Pro Thr Asp Thr Gly Met Gly Asn Gly Phe

435 440 445

Glu Tyr Tyr Gly Pro Ser Leu Gly Glu Arg Phe Asp Asn Thr Asn Gly

450 455 460

Thr Asn Ser Asn Gly Asn Tyr Ile Ile Asn Val Asn Gly Thr Thr Thr

465 470 475 480

Arg Phe Ser Thr Val Arg Asn Ile Leu Tyr Asn Thr Pro Thr Ala Cys

485 490 495

Thr Ser Asn Ala Tyr Gly Thr Ile Pro Thr Thr Ser Asn Ser Pro Gly

500 505 510

Leu