生技系潘子明教授研究團隊「紅麴活性成分具調節血糖功效」
研究成果卓著榮獲《食品與功能》學術期刊刊登為封面故事
生化科技系潘子明教授研究團隊，在國科會經費補助下 (計畫編號NSC 100-2628-B-002- 004-MY2)，以細胞及動物模式證實紅麴之生理活性成分—monascin 與 monacolin K，具有調節血糖功能，可改善第二型糖尿病。此研究成果發表於《食品與功能》雜誌 (Food & Function (2013) 4: 1742–1750)，並獲刊登於雜誌十二月號封面 (Cover Image)（圖一）。
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圖一、研究成果發表於《食品與功能》雜誌 (Food & Function (2013) 4: 1742–1750)，並獲刊登於雜誌十二月號封面 (Cover Image)。
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近年來，由於生活水準提高、飲食結構改變、日趨緊張的生活節奏以及不健康的生活方式等諸多因素，導致糖尿病成為全球性嚴重威脅人類健康之疾病。西元2000年全球糖尿病人口為 1.71 億，預測至西元
2030 年糖尿病人口將增加到 3.66 億。糖尿病除了會導致患者過高的尿糖外，更會引起其他併發症，包括視網膜傷害、腎臟病變及腦損傷，因此控制糖尿病原則之一為調節血糖以避免併發症發生。
糖尿病併發症的發病機制一直是研究熱點，氧化壓力傷害是糖尿病併發症的重要發病機制之一。糖化產物及其接受器在糖尿病併發症的發病病理過程中扮演極重要腳色。糖化產物的生成途徑為當細胞處於一定程度的高血糖環境下，蛋白質的胺基和還原糖的羰基發生非酵素性反應而生成。其能與相鄰蛋白上之游離胺基共價結合，與蛋白質交叉相互連接，呈現褐色並發出螢光。
高血糖常會導致糖化產物生成，此物質會誘導免疫細胞製造及分泌發炎因子，傷害胰臟分泌胰島素及抑制胰島細胞中胰島素的基因表現，因而加重糖尿病之病症。最新資料顯示，包含蜂蜜、燒烤物、糕餅及含糖飲料等許多食品中，含有多量的糖化產物，過量攝食可能引起糖尿病。
(De Revel and Bertrand, 1993;
Koschinsky et al., 1997; Wang and Chang, 2010)
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飲料
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糖化產物 (單位/杯) (約250 毫升)
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雪碧
(Sprite, soda)
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475
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橘子汁
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600
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茶
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2,025
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咖啡
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2,200
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傳統可口可樂 (soda)
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8,500
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無糖可口可樂 (soda)
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9,500
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在東方國家，紅麴常被用為天然食用色素與防腐劑。近年來多項研究顯示，紅麴的二次代謝產物含有多種生理活性物質，具有保健功效。其中之 monacolin K 為膽固醇合成抑制劑，經動物及人體試驗證實可降低血脂及減少心血管疾病風險。該研究室最近發現紅麴中的黃色素 monascin、ankaflavin以及monacolin
K圴能有效減緩糖化產物造成的發炎反應，避免發炎因子導致第二型糖尿病的發生，並能減緩糖化產物造成的胰臟傷害，回復糖尿病動物中胰島細胞的胰島素表現及功能。
從2010年開始至今，生技系潘子明教授研究團隊，針對紅麴改善糖尿病功效，共發表了13篇學術論文，全部刊登於SCI期刊：(1)
J. Agri. Food Chem. (2010) 58: 7634-7640. (2) J. Sci. Food & Agri. (2010)
90: 2519-2525. (3) Exper. Diab. Res. (2011) Article ID 710635. (4) J. Agri.
Food Chem. (2011) 59: 5279–5285. (5) Food and Chem. Toxic. (2011) 49:
2609–2617. (6) Free Radic. Biol. Med. (2012) 52: 109-117. (7) Appl. Microb.
& Biotech. (2012) 94: 47-55. (8) Free Radic. Biol. Med. (2012) 53:
2008-2016. (9) J. Fun. Food (2013) 5: 124-132. (10) Free Radic. Biol. Med.
(2013) 60: 7-16. (11) J. Fun. Food (2013) 5: 642-650. (12) Food & Fun.
(2013) 4: 950 - 959.及
(13) Food & Function (2013) 4: 1742–1750。
在以上研究成果中發現：Nrf2 為抗氧化路徑的重要調控因子。當體內受到氧化壓力傷害時，此因子會活化並調控許多與抗氧化相關的酵素與蛋白質，使其發揮作用，從而降低氧化壓力帶來的傷害。因此，活化 Nrf-2 被認為可減緩糖尿病的發生以及改善糖尿病的併發症。而本研究室發現 monascin 及 ankaflavin 可藉由提升
Nrf-2 抗氧化途徑，以清除糖化產物於糖尿病動物中所生成的自由基，因而達對糖尿病之保護效果。
除了具抗氧化作用外，monascin 及 ankaflavin 也扮演著類似糖尿病藥物的角色。該研究室實驗成果發現：monascin 及 ankaflavin 為轉錄因子
PPAR 的活化劑，當轉錄因子 PPAR 被 monascin 及
ankaflavin 活化後，可促進人體周邊組織對胰島素的敏感性，進而吸收血液中的葡萄糖，因而達到調節血糖功效並改善第二型糖尿病，此成果經細胞試驗及動物試驗均證實其功效卓著。
茲將紅麴發酵產物與紅麴發酵產物中活性純化合物對血糖之調節功能重點整理如下：
一、紅麴山藥對於血糖之調節作用
潘子明教授研究室先前以各種原料培養紅麴，探討各種發酵產物對血液中血糖的調節作用，發現以山藥為發酵原料所製成之紅麴山藥效果最好，其效果接近糖尿病患者常使用之藥物 pioglitazone (圖二)。
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圖二、以不同發酵產物 (紅麴薏仁、紅麴米與紅麴山藥) 餵食糖尿病模式鼠，再檢測其血糖值，八周實驗期間，餵食不同發酵產物皆可延緩血糖上升，其中以紅麴山藥之效果最為明顯。(本研究結果發表於J Agri Food Chem. (2010) 58: 7634-7640.)。
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以胰島素抗體針對胰臟中分泌胰島素之β細胞進行免疫染色，發現糖尿病模式鼠因病情未加以控制，體內氧化壓力及發炎反應大增，導致 β 細胞被破壞，幾乎沒有胰島素外泌功能，餵食紅麴山藥則可改善 β 細胞被破壞情形，維持胰島素分泌功能 (圖三)。
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圖三、圖中褐色部分為具有分泌胰島素能力之β細胞，以胰島素抗體進行免疫染色，正控制組β細胞完整，可生成足夠量的胰島素。糖尿病模式鼠因病情未加以控制，體內氧化壓力及發炎反應大增，導致β細胞被破壞，幾乎沒有胰島素外泌功能，餵食紅麴山藥則可改善β細胞被破壞情形，維持胰島素分泌功能。(本研究結果發表於Experimental Diabetes Research. (2011) 2011:710635.)。
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二、紅麴發酵產物中活性成分對於血糖之調節作用
為瞭解紅麴發酵產物中那些成分具有血糖調控功能，乃將由紅麴米與紅麴山藥分離純化之 34 種純化合物進行功效確認，得知：紅麴發酵產物中黃色素
monascin、ankaflavin 與 monacolin K，其調節血糖效果極為良好。
本次被選為封面故事之論文係先以糖化產物處理小鼠 22 周之後，給予小鼠葡萄糖，並於不同時間點測試血糖，進行口服葡萄糖耐受性試驗。結果血液中葡萄糖濃度如 (圖四A) 所示：monascin
及 monacolin K 處理組與誘導組相較，能減緩血糖上升，並促使血糖值較快下降。
胰島素耐受性試驗實驗結果 (圖四B) 顯示：小鼠給予胰島素後，與誘導組相較，monascin 及 monacolin K 能較顯著地降低血糖值，顯示 monascin 及 monacolin K 能促進小鼠的胰島素敏感程度，其中又以 monascin 效果最為顯著。抗氧化劑 NAC 於此實驗做為對照組，效果不如 monascin 及 monacolin K。
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圖四A、為口服葡萄糖耐受性試驗，其為體內評估血糖改變的指標。在糖化產物處理小鼠 22 周之後，給予小鼠葡萄糖，並於不同時間點測試血糖，monascin 及 monacolin K 處理組與誘導組相較，能減緩血糖上升，並促使血糖值較快下降。
圖四B、為胰島素耐受性試驗，其為評估體內對於胰島素敏感性的指標，實驗結果顯示，小鼠給予胰島素後，與誘導組相較，monascin 及 monacolin K 能較顯著地降低血糖值，顯示 monascin 及 monacolin K 促進了小鼠的胰島素敏感程度，其中又以 monascin 效果最為顯著。抗氧化劑NAC於此實驗則做為對照組，效果不如 monascin 及 monacolin K。
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BSA 為牛血清白蛋白組；AGE 為糖化產物處理組；AGE + MS 為糖化產物處理並注射紅麴發酵產物黃色素
monascin 組；AGE + MK 為糖化產物處理並注射紅麴發酵產物monacolin K 組;
AGE + NAC 為糖化產物處理並注射抗氧化劑 NAC 對照組。
為確認純化合物對胰臟產生胰島素之影響，乃於小鼠犧牲後採集胰臟以組織切片染色法偵測胰島細胞中胰島素表現，結果 (圖五) 發現糖化產物之處理 (AGE 組) 明顯可抑制小鼠胰臟中胰島素的表現量 (褐色面積顯著比控制組BSA組少)。Monascin 之處理
(AGE+MS組) 顯著回復胰島素表現量，且效果較 monacolin K (AGE+MK 組) 及
NAC (AGE+NAC 組) 處理組更佳。
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圖五、小鼠犧牲後，採集胰臟以組織切片染色法偵測胰島細胞中胰島素表現。糖化產物之處理 (AGE 組) 抑制小鼠胰臟中胰島素的表現量 (褐色)。Monascin 之處理 (AGE+MS組) 顯著回復胰島素表現量，且效果較 monacolin K (AGE+MK 組)及 NAC (AGE+NAC 組) 處理組更佳。
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為評估小鼠胰臟是否受到損傷或有發炎現象，乃於小鼠犧牲後採集胰臟進行組織切片染色。實驗結果 (圖六) 顯示：各組小鼠胰島細胞並沒有發炎現象，故知此模式並不會造成小鼠胰臟損傷。因此，我們推測 monascin 及 monacolin K 可能係透過改善胰臟功能以及促進胰島素之分泌而達到保護胰臟、調節血糖之效果。
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圖六、小鼠犧牲後採集胰臟以組織切片染色法評估小鼠胰臟是否受到損傷或有發炎現象。實驗結果顯示，各組小鼠胰島細胞並沒有發炎狀況，可知此模式並不會造成小鼠胰臟損傷。
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我們已具備紅麴發酵產物中各種生理活性成分之分離及純化技術，亦釐清紅麴發酵產物中各項功效成分在細胞內的作用機轉與藥理作用，在科學性的多方試驗下，提供充分的證據證實其功效。
目前我們正進行紅麴發酵產物中 monascin 與
ankaflavin 之藥力動力學試驗，期待能以此優勢將紅麴及其數種功效成分開發為多效性之保健食品，甚或發展為改善代謝症候群之藥物。
