膳食补充剂可以有效改善糖尿病

2021-11-30 16:05:52

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糖尿病（DM）是一系列以慢性高血糖为主要特征的异质性代谢紊乱的总称。糖尿病是由胰岛素分泌紊乱或功能紊乱（或两者同时存在）引起的，并受到遗传和环境因素的影响。糖尿病会增加心血管疾病并发症的风险（图1），并构成严重的全球健康问题；它是仅次于癌症和脑血管疾病的第三大常见慢性病。据国际糖尿病联合会估计，2017年全球有4.51亿糖尿病患者，预计到2045年将增至6.93亿。饮食对健康有很大影响，并与包括糖尿病在内的各种疾病的发展有关。因此，由于生活方式和饮食习惯的快速变化，糖尿病在现代社会越来越受到关注。

图1 糖尿病的发病机制及慢性并发症

随着饮食在人类健康中的作用越来越为人们所接受，人们开始关注植物成分，包括药用植物对改善糖尿病的各种作用。饮食在预防和改善糖尿病方面起着重要作用。由于糖尿病患者必须严格控制饮食和接受药物治疗，膳食补充剂（FS）及其应用引起了广泛的研究关注。FS包括营养和保健产品，并包含维生素、矿物质和植物提取物作为其主要原料；因此，它们受国家食品法律法规的约束。FS通过补充人体必需营养素和生物活性物质，平衡营养摄入，帮助调节某些个体的身体功能。虽然FS不用于治疗疾病或替代正常饮食，但尚未发现其对人体造成任何急性、亚急性或慢性损害。

近年来，人们发现FS中的各种成分可以减缓碳水化合物的消化和吸收，促进胰岛素分泌，诱导肠道微生物群的变化，促进有益细菌的生长，增加葡萄糖代谢，改善血管功能。此外，许多FS已用于预防或改善糖尿病及相关并发症；事实上，FS的使用在糖尿病患者中非常普遍，超过一半的患者报告使用了FS。因此，FS开发出现了激增，包括可用产品的数量、用于购买的预算规模以及消费者的可接受性。

虽然有几种有效的药物可以改善糖尿病，但其副作用和成本仍然相当可观。此外，在获得常规药物受到限制的发展中国家，糖尿病的发病率继续上升。因此，鉴定能够有效改善糖尿病的天然产物不仅是一项值得努力的工作，而且可能为了解FS中活性成分对血糖控制的作用机制提供有用的信息。这些见解对于开发有效的抗糖尿病产品以治疗和遏制全球糖尿病的预期增长是必要的。包头医学院的Xiangxi Meng、Hong Chang*和Minhui Li*等回顾了具有降血糖功能的FS的文献，重点是其生物活性成分和药理作用（表1）。

表1 糖尿病的发病机制及慢性并发症

膳食补充剂中的生物活性物质种类及其对糖尿病的治疗潜力

多酚类物质

多酚因其独特的抗氧化和抗炎活性以及对心血管疾病、糖尿病和高血压的治疗作用而被广泛研究。一些研究表明，多酚通过靶向胰岛素细胞、抑制葡萄糖吸收和消化酶、调节肠道微生物群、改变炎症反应和抑制晚期糖基化终产物的形成来预防糖尿病。大多数植物含有多酚，例如，仙人掌果实、巴拉圭葡萄、巴西泡桐等是酚类代谢物的已知来源，它们也具有良好的抗糖尿病活性。

最近一项使用人类结肠腺癌细胞系Caco-2的实验表明，仙人掌酚提取物的生物活性包括细胞保护活性。从果汁中获得的富含酚的部分通过葡萄糖转运体2和分化簇36/脂肪酸转位酶转运体活性，在降低氧化应激、降低脂质积累、减弱Caco-2细胞对葡萄糖和游离脂肪酸的摄取方面表现出最强的活性。仙人掌果实中的酚类化合物包括花青素苷、绿原酸、原花青素和槲皮素（图2）。这些发现支持仙人掌果实作为植物化合物的膳食来源，并且应考虑将其纳入FS中，以通过延迟肠道细胞对脂肪酸和血糖的同化速度来预防和改善餐后脂肪酸和血糖的升高。

图2 主要酚类成分的结构

最近的实验表明，多酚具有重要的药理活性，特别是在改善和预防糖尿病方面，其机制如图3所示。关于多酚类物质在FS中的作用的多篇综述表明，国内外学者一直在积极寻找天然来源的具有降血糖调节作用的新产品。越来越多的人关注多酚，这进一步加强了它们在许多食品中的重要性。然而，尽管多酚正受到人们的关注，但与多酚机制相关的大部分特定成分仍然是从科研人员那里获得的。在FS的未来发展中，在多酚中起作用的特定成分可能是一个值得关注的领域。表2总结了FS中多酚的来源。

图3 多酚改善糖尿病的作用机制

表2 主要酚类成分的结构

多糖

一些结构多糖表现出显著的降血糖活性。研究表明，在FS中，多糖可以加速葡萄糖生成，增加胰岛素受体数量，保护β细胞，稳定胰岛素，提高胰岛素受体敏感性，改变肠道微生物群结构，增强细胞免疫功能，并控制葡萄糖苷酶活性。目前已知的FS多糖及其抗DM效应如表3所示。

表3 多糖在FS中具有抗DM的潜在生物活性

总的来说，多糖不仅对糖尿病有积极作用，而且还能增强免疫调节，改善胰岛素抵抗，减少药物副作用，有助于预防糖尿病及相关并发症。因此，多糖具有广泛的生物活性，在食品加工中有着广泛的应用；然而，应该注意的是，在糖尿病中起作用的特定类型的植物多糖尚未得到充分的研究。如果能够更仔细地研究多糖的类型和靶点，多糖可能会在FS中占据越来越大的份额。

萜类化合物

萜类化合物是植物中含量最丰富的化合物，具有很大的结构多样性。现有数据表明，FS中的萜类化合物通过减少葡萄糖吸收和内源性葡萄糖生成，同时增加胰岛素敏感性，在糖尿病中发挥有益作用。此外，FS中的萜类化合物因其抗氧化性能而备受关注。FS中发现的萜类化合物如表4所示，其结构如图4所示。萜类化合物在细胞模型研究中发现了多种活性成分。萜类化合物的作用机制，如图5所示。

表4 FS中具有抗DM潜在生物活性的萜类化合物

图4 萜类化合物组分的结构

图5 萜类化合物改善糖尿病的作用机理

萜类化合物在FS中产生有益作用，特别是在预防和治疗糖尿病及相关并发症方面。但FS中的萜类化合物到目前为止，只有少量的萜类化合物被研究过，并且没有得到科研人员更多的关注和研究。在FS的开发中，应加强对萜类化合物应的研究。

皂甙

皂甙是甾体或三萜类糖苷，是许多植物和植物产品中非常常见的成分，对人类和动物营养非常重要。皂甙增加胰岛素浓度，抑制葡萄糖转运，并直接修复受损胰岛细胞。它们还增加肝糖原含量和抗氧化活性，表明其作为抗糖尿病药物的发展潜力。

近年来的研究表明，皂甙具有重要的生理和药理活性，其在预防和改善糖尿病中的作用已引起广泛关注。实验结果表明，几种FS的降血糖作用是由皂甙介导的（表5）。这些部件的结构如图6所示。

表5 FS中具有抗DM潜在生物活性的皂甙

图6 皂甙组分的结构

生物碱

生物碱的降血糖活性主要通过抑制糖异生、调整肠道微生物群结构和改善胰岛素敏感性来介导。生物碱通过促进糖酵解和胰高血糖素抑制、促进胰腺β细胞再生和分泌以及清除氧自由基来降低血糖。

虽然FS中生物碱的含量相对较低，但它们表现出广泛的生理和药理活性。为了阐明其复杂多样的抗糖尿病机制，生物碱需要进一步研究。表6提供了一些已知含有生物碱和改善DM的FS示例。这些化合物的结构如图7所示。

其他

除上述生物活性成分外，FS中具有降血糖作用的其他成分包括蛋白质和单糖。FS中还有其他可能有益于预防和改善糖尿病的活性成分，例如，D-allulose（也称为D-psicose）是一种低能单糖，在一些水果中以极少量的形式自然存在。D-psicose可改善胰岛素抵抗和糖耐量受损，降低血脂，控制低血糖。与这些属性一致，D-psicose已在日本作为FS应用于控制糖尿病和肥胖。在瘦素缺乏的肥胖小鼠中探索了D-psicose的饮食补充效应，并显示其显著降低餐后高血糖和肥胖相关的肝脂肪变性。我们在表7中回顾了FS的降血糖功能和潜在机制的相关文献。降血糖成分的基本结构如图8所示。

改善胰岛素功能

胰岛素模拟物的作用及对胰岛细胞的保护

胰岛素是一种由胰岛细胞分泌的降血糖激素。在与靶细胞上的受体结合后，信号转导激活葡萄糖转运体，将葡萄糖输送到靶细胞进行氧化代谢，帮助维持正常血糖水平。因此，胰岛素分泌相对较低或不足会导致糖尿病。此外，已有研究表明胰岛β细胞功能障碍在糖尿病发病机制中起重要作用。饭后降低血糖水平不仅可以降低动脉和微血管疾病的风险，还可能对β细胞功能起到监护作用。FS中的各种物质对β细胞的功能显示出直接的胰岛素模拟作用。在没有胰岛素的情况下，模拟胰岛素诱导葡萄糖被肌肉和脂肪组织吸收。最近的体外研究表明，从多年生贝母中分离的提取物可诱导葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）易位，并在鸡胚中表现出降血糖活性。这些化合物可能会刺激GLUT4从胞质区转移到质膜，最终导致血糖水平降低。在另一项由四氧嘧啶水化诱导的糖尿病大鼠的研究中，使用从木槿花萼中分离的没食子酸和原儿茶酸，糖尿病大鼠的胰腺形态与正常大鼠没有显著差异。经没食子酸和原儿茶酸治疗并改善糖尿病大鼠的血糖水平后，四氧嘧啶破坏的胰腺形态得以恢复。

提高胰岛素敏感性和改善胰岛素抵抗

糖尿病的一个重要致病特征是胰岛素抵抗的表现，指胰岛素的靶器官和组织不太敏感，需要高于正常剂量的胰岛素来维持正常血糖水平的病理状态，例如肝脏、骨骼肌、脂肪组织需要高剂量的胰岛素来调节葡萄糖含量。相关实验结果表明，FS中的成分可以改善胰岛素抵抗并增加胰岛素敏感性；多酚在提高胰岛素敏感性和预防胰岛素抵抗方面具有重要作用。巴拉圭葡萄籽和没食子酸通过增加胰岛素合成和抑制CCAAT/增强子结合蛋白功能的表达，从而增强胰岛素敏感性，从而改善注射羧甲基赖氨酸的C57BL/6小鼠因血糖水平降低引起的胰腺损伤。作为FS，葡萄也在改善胰岛素抵抗方面发挥作用。在肥胖小鼠中，葡萄籽粉减少了高脂肪引起的体重增加、胰岛素抵抗和葡萄糖不耐受。此外，富含益生元多酚的葡萄籽面粉改善了胰岛素抵抗和葡萄糖耐量，从而调节了糖尿病患者的血糖水平。

微生物区系调控

肠道菌群在人体肠道内对人体健康起着不可或缺的作用，可被视为宿主体内的“微生物器官”；它也与糖尿病的发生发展密切相关。因此，肠道微生物群的结构改变可能在糖尿病的发生中起重要作用。代谢性疾病是最早以微生物群为基础的治疗策略的目标之一。人体内含有大量的正常微生物群，其组成复杂多样，在体内发挥着多种生理作用，如参与宿主代谢等。当肠道菌群的多样性和稳定性被破坏时，例如，共生菌群的减少或条件性致病菌群的增强，可在肠道内诱发低度慢性炎症，促进细菌内毒素的释放，从而可能导致胰岛素抵抗。中药通过调节肠道微生物群改善糖代谢，为研究降糖机制开辟了新途径。

葡萄糖吸收抑制

在日常生活中，大多数人饮食中的碳水化合物被脂肪酶（包括α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶）消化并转化为葡萄糖，然后被小肠中的血流吸收。抑制肠内葡萄糖的吸收可能是防止血糖水平升高的有效策略。

此外，大量研究表明，复合碳水化合物、高分子量和黏性可溶性膳食纤维具有延缓葡萄糖吸收和抑制肠道酶的能力。由于膳食纤维具有高黏度和结合葡萄糖的能力，通常会对扩散造成巨大障碍。

减少全身氧化应激

糖尿病氧化应激可激活糖尿病患者的各种机制，如晚期糖基化终产物的产生将得到加强，活性氧的释放通过一系列线粒体氧化和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的激活等作用。在使用糖尿病大冢Long–Evans Tokushima Fatty（OLETF）大鼠的实验中，OLETF大鼠主动脉血管、心肌、肝细胞和肾动脉中的超氧化物生成增加。由于胰岛的抗氧化能力较弱，氧化物的增加会导致胰岛素抵抗。相反，使用抗氧化生物因子后，OLETF大鼠产生的活性氧被抑制，氧化产物被抑制，从而诱导胰岛细胞炎症和纤维化，从而诱导胰岛素抵抗，从而改善β细胞受损的胰岛素抵抗。在STZ诱导的糖尿病大鼠实验中，用丙二醛（MDA）检测蒺藜（TT）的抗氧化活性。使用TT后，数据结果显示糖尿病大鼠和非糖尿病大鼠的MDA含量显著降低，与使用格列本脲的数据相当。与对照组相比，TT对MDA的产生有明显的抑制作用。

局限性和未来展望

总之，一些研究表明FS具有相当大的益处，包括各种FS对糖尿病相关结果的潜在益处。到目前为止，糖尿病仍然是一种慢性代谢性疾病，不能完全治愈；患者仍然需要长期药物治疗。然而，长期使用传统糖尿病药物会产生严重的副作用，糖尿病患者面临巨大的经济负担。在美国，FS的当前使用率约占成年人的52%，用户数量随着年龄的增长而增加，女性比男性更常见。基于先前FS对糖尿病患者的益处，即使缺乏临床证据，消费者也可能继续服用膳食补充剂。从长远来看，FS作为一种糖尿病预防和改善治疗手段，被认为是低成本、安全和容易获得的。

关于FS预防或控制糖尿病的潜在功效的陈述是广泛的，并且可以容易地在消费者认为权威的来源中找到。例如，10 种具有降血糖效果的FS已经在Healthline (www.healthline.com)上列出。来自预防医学研究和临床试验的新证据表明，通过强化饮食和锻炼计划可以有效预防T2DM。值得注意的是，首先，关于FS成分的许多研究都集中在某些类型的化合物或粗提取物上，并且在大多数情况下，没有确定特定的生物活性成分。其次，大多数关于FS的研究已经在动物模型中得到证实，但临床研究相对较少。第三，糖尿病的发病机制和因素多种多样。此外，FS成分的作用机制尚不清楚，应进一步研究和分类，以确定FS如何有利于治疗DM。

迄今为止，糖尿病仍然是一种流行病，在追求健康生活的现代社会中，克服糖尿病被视为人们不可避免的挑战。显然，需要在基础研究和临床研究上投入大量精力，以确定和验证新的药物靶点。FS的抗糖尿病成分是一种可再生资源，具有可持续健康发展的特点。根据目前的健康概念和FS的发展，抗高血糖保健品的开发将具有广泛的未来意义。

Food supplements could be an effective improvement of diabetes mellitus: a review

Xiangxi Meng^a, Qinyu Li^a, Ruyu Shi^a, Jiayin Chang^a, Hong Chang^a,*, Minhui Li^a,b,c,d,e,^*

^aDepartment of Pharmacy, Baotou Medical College, Baotou 014040, China

^bInner Mongolia Autonomous Region Hospital of Traditional Chinese Medicine, Hohhot 010020, China

^cInner Mongolia Institute of Traditional Chinese Medicine, Hohhot 010020, China

^dInner Mongolia Key Laboratory of Characteristic Geoherbs Resources Protection and Utilization, Baotou Medical College, Baotou 014040, China

^eInner Mongolia Engineering Research Center of the Planting and development of Astragalus Membranaceus of the Geoherbs, Baotou Medical College, Baotou 014040, China

*Corresponding author.

changhong_cool@163.com; prof_liminhui@yeah.net

Abstract

Diabetes mellitus is a disease of endocrine and metabolism disorders, characterized by hyperglycemia, and increased risk of cardiovascular disease complications. Although oral hypoglycemic drugs have the effect of maintaining blood sugar control in diabetic patients, these drugs still have serious side effects for many patients, such as gastrointestinal diseases related to acarbose. Recently, certain food supplements and their bioactive ingredients have been shown to improve diabetes mellitus and can be readily found in the marketplace. This literature review focuses on food supplements with a hypoglycemic function, with an emphasis on their biologically active ingredients and pharmacological effects. The biologically active ingredients can be divided into 6 categories: polyphenols, polysaccharides, terpenoids, saponins, alkaloids, and others. The sources, models used for their study, efficacy, and mechanisms of action of food supplements are described. The sources, models used for their study, efficacy, and mechanisms of action of food supplements are described, including regulation of microflora, modulation of glucose metabolism, and improvement in insulin function. By classifying medicinal plants that can be used as food supplements and their activities, we have provided useful information to support further investigation and application of food supplements to prevent or improve diabetes mellitus.

Reference:

Xiangxi Meng, Qinyu Li, Ruyu Shi, et al. Food supplements could be an effective improvement of diabetes mellitus: a review[J]. Journal of Future Foods, 2021, 1(1): 67-81. DOI:10.1016/j.jfutfo.2021.09.003

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