淀粉转基因大米对大鼠肠道健康的影响

富含抗性淀粉转基因大米对大鼠肠道健康的影响 李敏，朴建华，刘巧泉，杨晓光1 (中国疾病预防控制中心营养与食品安全所，1卫生部微量元素营养重点实验室北京100050) I摘要l目的研究富含抗性淀粉转基因大米对大鼠肠道健康的影响。48只健康成年雄性SD 大鼠按体重随机分为4组：分别给予非转基因大米最大量掺入的饲料(No—GM组)、转基因大米最大 量和半量掺入的饲料(GM组、Half-GM组)和正常对照饲料重(ND组)。喂养5w后连续收集4d粪 便；6w后处死大鼠并收集盲肠、结肠内容物，测定内容物和肠壁量、pH值、短链脂肪酸(SCFA)等 反映肠道健康的指标。结果GM组的体重接近ND组，显著低于No—GM组。与No—GM组和ND组相 比，GM组和Half-GM组粪便量、粪便水分、盲肠壁以及内容物含量显著增加，并存在显著的量效关 系(氏0．05)。GM组结肠壁质量与No—GM组和ND组也有显著差异。盲肠、结肠和粪便中SCFA的 含量逐渐降低，除了Half-GM组结肠中丁酸含量与其他各组没有差异外，GM组和Half-GM组盲肠、 结肠中SCFA含量与No—GM组和ND组相比都有增加，各组大鼠粪便中丁酸含量的差异消失，但是乙 酸和丙酸含量仍然存在差异。GM组和Half-GM组粪便和盲肠的pH值非常显著低于No—GM组和ND 组。结论抗性淀粉转基因大米能改善大鼠肠道健康。【营养学报，2008，30(6)：588--5911 关键词： 抗性淀粉；转基因大米；肠道健康 中图分类号：R151．3 文献标识码：A 文章编号：0512-7955(2008)06-0588-04 EFFECTSOFTHEGENETICALLYMODIFlEDRICEENRICHEDWlTH RESISTANTSTARCHONLARGEBOWELHEALTHINRATS LIMin，PIAOJian．hua，LIUQiao．quan，YANGXiao．guan91 (InstituteofNutritionandFoodSafety,ChineseCenterforDiseaseControlandPrevention，Beifing100050，China) [Abstract]0bjectiveTostudytheeffectsofthegeneticallymodified(GM)riceenrichedwith resistantstarchonlargebowelhealthinrats．MethodForty．eighthealthymaleSDratswererandomly assignedintofourgroupsbasedonbodyweight，andgivellwithno—GMricediet(No—GM)．GMrice diet(GM)，half-GMricediet(Half-GM)andnormaldiet(ND)，respectively．Afterfedfor5W，4dfeces sampleswerecollected．At6Wallratswerekilledandthecontentsofcecumandcolonwerecollected． Largebowelfunctionwasevaluatedbydeterminationofcecumandcolonweight，theircontents，pHvalue， short-chainfattyacids(SCFA)．etc．ResultsGMgrouphadsimilarbodyweightwithNDandsignificantly lessthanNo—GM．ComparedwithNo—GMandND，fecalbulkandmoisture，cecumandcolonweightandthe cecumcontentsofGMandHalf_GMwerehigherdose．dependently．ThecontentsofSCFAincecum．colon andfecesdroppedgradually．SCFAlevelofcecumandcolonwashighersignificantlyinGMandHalf-GM comparedwithNo—GMandNDexceptbutyricacidofcoloninHalf-GM．Inallgroups．therewere differencesofaceticandpropionicacidlevelinfecesbutnodifferenceofbutyricacid．CecumandfecalpH valueofGMandHalf-GMdroppedmuchsignificantlycomparedwithNo．GMandND．ConclusionThe geneticallymodifiedriceenrichedwithresistantstarchCanimprovethelargebowelhealthofrat．[ACTA 塑堡!坚垦塑!叁璺!塑!!垒：兰壁壁墨!三壁!尘!墨苎璺二曼竺兰3 收稿日期 2008—01-30 基金项目 转摹因产品食用安全性评价模型，(No．2007CBl09207) 作者简介李敏(1978一)，女，在读博士：通讯作者：杨晓光，男，博士生导师 万方数据 萱差堂拯至QQ璺生簋墨Q鲞箍鱼塑 589 Keywords,resistantstarchIgeneticallymodifiedriceIbowelhealth 抗性淀粉(resistantstarch，RS)是一种新 型的膳食纤维，1992年世界粮农组织FAO根据 Englyst和欧洲抗性淀粉协会(Europeanflair concertedactiononresistantstarch，EURESTA) 的建议将抗性淀粉定义为：不被健康人体小肠所 吸收的淀粉及其降解物的总称u矗1。研究发现，RS 在肠道代谢、改善血糖和血脂水平等方面有一定 的健康作用，能降低一些慢性病(如糖尿病、大 肠癌、肥胖等)的发病风险，因此国内外很多致 力于开发RS的食品。本研究中的籼稻品种特青来 源的转基因(GM)大米富含RS，在亚慢性毒性实 验中，未发现毒性作用。本研究继续探讨这种GM 大米中Rs能否发挥促进大鼠肠道健康的作用。 1材料与方法 1．1动物与饲料 1．1．1RS转基因大米：RS转基因大米(geneti— callymodified，GM)和非转基因大米(No—GM)均 为籼稻品种特青，由扬州大学农学院植物功能基 因组学教育部重点实验室培育。经测定RSGM大 米和No-GM大米中Rs含量分别占整个大米重量的 14．92％和1．8996。 1．1．2分组和喂养：sD健康成年雄性大鼠48只， 体重210一--2309，清洁级，购自中国人民解放军 军事医学科学院实验动物中心。单笼饲养于中国 医学科学院实验动物研究所SPF级动物房。室温 20℃～26℃，相对湿度40％～60％，自由进食饮水。 每周称2次进食量，1次体重。动物适应环境1w 后按体重随机分为4组，每组12只。喂养5w后 连续收集4d粪便，测定粪便重量、水分、pH值 和短链脂肪酸(short—chainfattyacid，SCFA)； 6w后处死大鼠并收集盲肠、结肠内容物，测定内 容物和肠壁质量、pH值、SCFA。 1．1．3饲料配方：饲料由中国医学科学院实验动 物研究所配制。GM大米掺入饲料的量与要评价的 GM产物有关，若评价的是GM大米中表达的蛋白 质，那么就以最大量加入GM大米蛋白为基础旧。。 本研究中要评价GM大米中RS的生理作用，以生 大米中最大量碳水化合物掺入饲料为原则，其余 按美国AIN-93G为基础配制H1，4组饲料分别为 非GM大米最大剂量组(No—GM)、GM大米最大剂 量组(GM)、GM大米最大剂量的一半组(Half-GM) 和AIN-93G正常对照组(normaldiet，ND)。No—GM， GM，Half—GM组饲料各宏量及微量营养素的含量 与ND组相等，其中碳水化合物含量相同只是碳水 化合物类别不同。No—GM组大米掺入量为79．62％， GM组和Half-GM组大米掺入量分别为84．26％、 42．13％。No-GM，GM，Half—GM和ND组饲料配制 后经测定RS含量分别占整个饲料的1．78％、 9．27％、6．245％、1．11％。 1．1．4统计处理：用SAS9．1软件。各组间差 异的检验先进行方差齐性检验，如果符合方差齐， 用单因素方差分析的方法进行分析；如果方差不 齐须进行相应的数据转换后再进行统计分析。 1．2检测指标与方法 1．2．1SCFA测定：根据文献采用气相色谱法并略 做修改∞1，主要测定乙酸、丙酸和丁酸。气相色 谱仪(GC-2014，SHIMADZU，日本岛津公司)。 1．2．2pH值测定：电位法，pH计(H18424，意大 利HANNA公司)。 1．2．3水分测定：直接干燥法，烘箱(338F，美 国Fisher公司) 1．2．4大肠内容物及肠壁重量：称重法，百分之 一天平(HZT一300-A，福州华志科学仪器公司)。 1．2．5RS测定：比色法，Rs检测试剂盒(RSTAR 1I／02，爱尔兰Megzyme公司)。 2结果 2．1RSGM大米对大鼠摄食习惯、体重及其粪便 量的影响 实验前各组大鼠体重无显著差异，实验期间 每日进食量无显著差异，但实验结束时GM组体重 显著低于No—GM组(尸<0．05)而与ND组没有差 异。各组大鼠实验期间体重增长趋势见图l。GM 组体重增长趋势和ND组接近，No—GM组体重增长 最快，Half-GM组体重的增长介于中间。GM组和 Half—GM组粪便水分和湿重均与No-GM组和ND组 有显著差别(氏0．01)并且GM组和Half-GM组 之间存在显著的剂量反应关系(PO．05)。 万方数据 3讨论 RS是不消化的碳水化合物，对体重有控制作 用，本研究结束时GM组体重与No-GM组相比有显 著降低；而且GM组从开始饲养后第2w体重的增 长趋势就低于No—GM组，与ND组大鼠体重的增长 趋势接近，并且GM组大鼠体重的变异在各实验组 中变异最小，因此认为该GM大米中的RS具有控 制体重的作用。RS控制体重的原因可能有两个方 面：第一，RS由于不被小肠消化吸收，自身能量 低；第二，RS能增加粪便中类固醇、胆汁酸的排 泄从而改善体内脂质构成m’引。 盲肠内容物重量的增加除了与RS不消化进 入大肠发酵有关，与盲肠内水分的大量增加密切 相关。肠壁的增长与RS的发酵产物SCFA的生成 呈正相关。SCFA主要包括乙酸、丙酸、丁酸，是 大肠粘膜细胞的能量来源，SCFA的大量产生会明 显增大盲肠壁重量。此外，SCFA的产生能降低肠 腔内pH值，GM组和Half—GM组盲肠和粪便中pH 值显著降低，结肠中一些腐生菌在较高的pH环境 下异常活跃，易产生致癌物质，肠道pH值的降低 有利于抑制腐生菌的生长。结肠总重量、肠壁重 量、内容物重量的变化没有盲肠明显，这可能是 由于盲肠短、结肠长，所以结肠肠壁和内容物重 量的变化不象盲肠那样显著。 盲肠中SCFA的生成量最大，随着内容物向远 端推进，SCFA逐渐被盲肠、结肠、直肠的粘膜细 胞摄取，虽然内容物的推进过程中发酵仍然继续， 但由于发酵底物逐渐减少，因此结肠和粪便中 SCFA的含量还是呈现了下降的趋势。GM大米组的 结肠和盲肠中丁酸含量与No-GM组和ND组丁酸的 含量有差异，但是粪便中这种差异却消失了，而 乙酸和丙酸的差异在粪便中仍然存在，这是由于 乙酸、丙酸和丁酸虽然都能被结肠粘膜吸收，但 是优先转运的是丁酸，它是结肠粘膜细胞优先摄 取的能量。结肠细菌产生的丁酸中大约95％能迅 速被粘膜上皮细胞吸收利用，但丁酸生成量最少 加之它被优先利用，所以粪便中丁酸含量的差异 消失而乙酸和丙酸差异仍然存在。 RS作为一种新型膳食纤维对肠道健康发挥着 591 重要的生理作用。因此针对RS这种功能食品的开 发已经成为国内外研究的热点，但是RS发挥的生 理作用与其来源有很大关系，因此任何RS来源的 功能食品，尤其是GM食品都必须进行全面的临床 和营养学评估以确保它的安全性和营养质量。 [参考文献] [1]EnglystH，WigginsHS，CummingsJ}I．Determination ofthenon—starchpolysaccharidesinplant foodsbygas一1iquidchromatographyofconsti— tuentsugarsasalditolacetates[J]．Analyst， 1982，107：307—318． [2]EnglystHN，KingmanSM，CummingsJH．Classi— ficationandmeasurementofnutritionally importantstarchfractions[J]．FurJ们勘Nutr, 1992，46：$33一$50． [3]李英华，朴建华，卓勤，等．转Xa21基因大米亚慢 性毒性实验[J]．卫生研究，2004，33：575—577． [4]RevesPG，NielsenFH，FaheyGC．AIN-93Purified dietsforlaboratoryrodents：Finalreportof theAmericanInstituteofNutritionAdHoc’rri— tingcommitteeonthereformuiationoftheAIN一 76Arodentdiet[J]．JNutr,1993，123：1939— 1951． [5]PhillipsJ，MuirJG，BirkettA，eta1．Effect ofresistantstarchonfecalbulkandfermenta— 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