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《食品科学》:浙江工商大学傅玲琳教授等:小麦非麸质致敏原α-淀粉酶抑制剂的表位定位及消减技术

发布时间:2025-01-16 01:40:30来源:刀锋电竞网页版 作者:刀锋电竞平台

  小麦是世界卫生组织报道的八大常见过敏食物之一,其引发的过要是由IgE介导的过敏反应,属I型超敏反应。目前世界卫生组织过敏原命名小组委员会已公布的小麦致敏原高达28 种,分别命名为Tri a 12~Tri a 21、Tri a 25~Tri a 40。根据在不同溶剂(如水、盐、稀酸/碱和乙醇)中的溶解度不同,可将小麦蛋白分为球蛋白、清蛋白、麦谷蛋白和醇溶蛋白组分,其中小麦麸质蛋白由醇溶蛋白和麦谷蛋白组成。采用消减技术能大大降低小麦蛋白的致敏性有利于提高小麦过敏人群的生活品质,目前主要的消减技术有加热、微波、高压、超声等,但它们对小麦制品的营养的东西破坏较大。

  浙江工商大学食品与生物工程学院的王垚、张巧智、傅玲琳*等以小麦非麸质致敏原

  -淀粉酶抑制剂为研究对 象,通过生物信息学工具对其抗原表位进行预测,筛选出潜在致敏原表位,并对表位肽段进行合成,经间接竞争酶联免疫吸附实验(ic-ELISA)对候选表位做验证,从而得到-淀粉酶抑制剂的表位,进一步通过茶多酚与-淀粉酶抑制剂互作构建复合物对致敏原进行消减,探究其消减效果及消减机制,以期对小麦非麸质致敏原表位的定位及非麸质致敏原的消减方法提供参考依据。

  -淀粉酶抑制剂的二级结构、亲水性、抗原指数和溶剂可及性做多元化的分析。如图1所示,-淀粉酶抑制剂抗原表位预测存在的范围为:AA22~28、56~82、102~107、114~119。

  -淀粉酶抑制剂的线性表位进行了预测,结果如图2A所示。IMED预测可能的线。同时利用IEDB对致敏原的线性表位进行了预测,结果如图2B所示。IEDB主要是依据氨基酸序列的溶剂可及性、抗原指数以及亲水性对抗原表位进行预测,最后选择得分>8对预测结果来优化。-淀粉酶抑制剂抗原表位预测存在的范围为:AA5~12、26~31、57~81、96~108。

  -淀粉酶抑制剂氨基酸序列的预测结果,筛选柔韧性大、亲水性高、溶剂可及性强、可塑性好的肽段作为候选表位 。表2展示了不同方法预测可能的抗原表位结果。根据表2中不同方法预测的重复区域,选择至少两种方法预测重复的肽段范围作为-淀粉酶抑制剂最终候选的线 条肽段进行Fmoc固相合成。

  -淀粉酶抑制剂的致敏性进行检验确定。如图3A所示,患者血清中-淀粉酶抑制剂的特异性IgE丰度较高,能够适用于后续的实验。根据棋盘法的结果,确定了抗原抗体的最佳工作质量浓度,结果如图3B所示,抗原包被的最佳质量浓度为10 μg/mL,抗体血清(混合血清)的稀释倍数为40 倍。

  如图4所示,当多肽质量浓度在0.01~1 000 μg/mL范围内,P-1、P-2、P-3、P-A和P-B1这5 条多肽质量浓度对数值和竞争抑制率呈线性关系,且对抗体血清具有较强的亲和力。之后通过对表位多肽竞争抑制率曲线线性回归,计算出竞争抑制率为50%的IC 50 值,如表4所示,P-1、P-3、P-B1的IC 50 较低,说明这3 条多肽对小麦过敏血清的亲和力更好,因此从预测的6 条多肽里确定了P-1、P-2、P-3、P-B1为潜在的表位。P-4的抑制率曲线方程不呈线性关系,P-A的抑制率曲线方程虽然呈线竞争抑制率不呈线性关系的原因推测可能是多肽对小麦过敏血清的亲和力过弱。

  -淀粉酶抑制剂-EGCG/EGC互作物,然后对多酚消减-淀粉酶抑制剂的效果进行评价。如图5所示,抑制率较低的样品,说明该浓度的多酚对-淀粉酶抑制剂有较好的消减效果。随着EGCG浓度的增加,EGCG对-淀粉酶抑制剂的致敏性消减能力慢慢地提高(图5A),其原因可能是EGCG通过改变蛋白的结构影响其表位的结构或可及性,从而抑制致敏原对特异性IgE的识别 。-淀粉酶抑制剂-EGC复合物的IgE结合能力也呈相同趋势(图5B)。此外,发现相同浓度下EGC的消减效果较EGCG低,推测其原因可能是EGCG的分子质量较EGC大,与蛋白的亲和力高,可占据更多的残基结合位点,进而掩盖更多的IgE表位 。另有文献报道,分子质量越大的多酚,越能有效地沉淀蛋白质,从而改变蛋白质的结构,降低致敏性 。

  -淀粉酶抑制剂内源荧光光谱的影响如图6所示。所有样品中都观察到了-淀粉酶抑制剂固有荧光的猝灭效应,且猝灭程度与多酚浓度呈正相关,说明多酚与-淀粉酶抑制剂的相互作用影响了后者的荧光基团特性。此外,所有样品的最大荧光发射波长均在350 nm附近。-淀粉酶抑制剂与EGCG/EGC结合后产生的荧光猝灭现象,推测原因可能是蛋白与多酚互作后改变了前者的构象结构,使-淀粉酶抑制剂中暴露的色氨酸残基减少。同时也观察到同浓度的EGCG、EGC与-淀粉酶抑制剂分别结合后,EGCG对-淀粉酶抑制剂的荧光猝灭程度更大,原因可能是EGCG分子质量较EGC大,与-淀粉酶抑制剂形成互作物后,使色氨酸处于更加包埋的状态。

  -淀粉酶抑制剂的二级结构。对于-淀粉酶抑制剂-EGCG复合物,随着EGCG浓度的提高,蛋白无规卷曲的占比增加,-螺旋的占比逐渐减小,-转角占比变化不明显。而对于-淀粉酶抑制剂-EGC复合物,其与-淀粉酶抑制剂-EGCG复合物中蛋白的二级结构变化规律相似,即随着EGC浓度的升高,无规卷曲的占比增加,-转角占比变化不明显,但-折叠占比逐渐减小。总体而言,EGC、EGCG与小麦-淀粉酶抑制剂复合后对后者的二级结构产生了一定的影响,主要体现在-折叠、-螺旋向无规卷曲转变。

  -淀粉酶抑制剂对照相比,随着EGCG浓度的提高,-淀粉酶抑制剂-EGCG复合物中蛋白吸收峰的强度持续降低,峰的强度改变说明了蛋白与小分子的相互作用。而随着EGC浓度的提高,-淀粉酶抑制剂-EGC复合物中蛋白的吸收峰强度呈现先升高后降低的趋势,分析原因可能是EGC的加入改变了相邻蛋白间相互作用,随着EGC浓度的提高,使得更多的色氨酸和酪氨酸基团暴露到周围溶剂中,故紫外吸收强度先升高,但EGC浓度过高反而掩盖了部分色氨酸和酪氨酸基团,从而紫外吸收强度又出现降低。此外,-淀粉酶抑制剂和EGCG/EGC复合后的蛋白中也观察到最大吸收波长右移(红移)的现象,说明多酚与-淀粉酶抑制剂相互作用使得蛋白质疏水氨基酸残基所处的微环境发生改变。

  -淀粉酶抑制剂可与EGCG/EGC相结合,然后对-淀粉酶抑制剂和EGCG/EGC小分子配体进行能量计算,选取蛋白质和EGCG/EGC配体的在最低能量下匹配的结果,从而获得理论的-淀粉酶抑制剂-小分子复合物,通过软件模拟出可能的结合方式及其位点 。其中,-淀粉酶抑制剂与EGCG结合的自由能ΔG为-7.46 kJ/mol,与EGC结合的自由能ΔG为-6.43 kJ/mol,说明-淀粉酶抑制剂与EGCG的结合更牢固。 使用Discovery studio 2016软件对蛋白配体-受体相互作用做多元化的分析,得到分子对接2D与3D图,如图9、10所示。3D图直观展示了-淀粉酶抑制剂和EGCG/EGC的结合位点,2D图展示了结合作用力及相互作用的氨基酸残基。由2D图能够准确的看出,与EGC相比,EGCG与-淀粉酶抑制剂氨基酸残基有更多的作用力,主要是通过氢键、范德华力进行相互作用。3D图直观展现出发生相互作用的氨基酸残基具置,与EGCG作用的疏水性氨基酸残基主要有Gly 55、Val 104、Ile 103、Val 105、Ala 107、Ala 124,推测EGCG有可能作用在-淀粉酶抑制剂的疏水空腔内。而与EGC作用的疏水性氨基酸残基较少,仅有Val 104、Val 105、Gly 55。

  -淀粉酶抑制剂-EGCG/EGC的结合位点与其筛选出的线所示,其中抑制率效果较好的P-1、P-3、P-B1三条肽段有较多的结合位点。

  -淀粉酶抑制剂线性表位进行预测,经综合分析后筛选得到6 条候选表位。通过ic-ELISA对候选表位做验证,最后得到4 条线性表位。利用多酚与致敏原相互作用消减致敏,采用非共价的方法,制得-淀粉酶抑制剂-EGCG、-淀粉酶抑制剂-EGC复合物,利用ic-ELISA对消减效果进行研究,根据结果得出EGCG有较好的消减能力,且当-淀粉酶抑制剂与EGCG物质的量比为1∶30时,复合物与IgE结合水平达到最低水平,结合能力变弱22.7%。进一步通过紫外光谱、荧光光谱、圆二色谱对复合物的结构可以进行表征,根据结果得出当多酚加入后,复合物体系中-淀粉酶抑制剂的结构发生改变,具体表现为蛋白疏水氨基酸残基所处的微环境发生改变,蛋白二级结构-折叠、-螺旋向无规卷曲转变。通过Autodock分子对接软件获取了最低能量匹配下的复合物,通过与其筛选出的线性表位进行比对,发现抑制率效果较好的P-1、P-3、P-B1与多酚有较多结合位点,这进一步证明了消减是多酚与-淀粉酶抑制剂线性表位及其附近残基相互作用的结果。研究结果可为小麦非麸质致敏原表位鉴定、小麦非麸质致敏原的消减方法和制备酚类低敏互作物提供参考依据。

  本文《小麦非麸质致敏原α-淀粉酶抑制剂的表位定位及消减技术》来源于《食品科学》2023年44卷第22期200-210页,作者:王 垚,张巧智,王彦波,傅玲琳。DOI:10.7506/ spkx0225-228. 点击下方 阅读原文即可查看文章相关信息。

  实习编辑;北京林业大学生物科学与技术学院 栾文莉;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

  为进一步促进未来食品科学的发展,全面践行“大食物观”的指导思想,持续提升食品科学技术创新和战略安全。由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办,北京工商大学食品与健康学院、北京联合大学生物化学工程学院、河北农业大学食品科技学院、西华大学食品与生物工程学院、大连民族大学生命科学学院、齐齐哈尔大学食品与生物工程学院、河北科技大学食品与生物学院共同主办,北京盈盛恒泰科技有限责任公司、古井集团等企业赞助的“第一届大食物观·未来食品科学技术创新国际研讨会”即将于 2024年5月16-17日 在 中国 北京 召开。

  为提高我国食品营养与安全科技自主创新和食品科技产业支撑能力,推动食品产业升级,助力‘健康中国’战略,北京食品科学研究院、中国食品杂志社将与湖北省食品科学技术学会、华中农业大学、武汉轻工大学、湖北工业大学、中国农业科学院油料作物研究所、中南民族大学、湖北省农业科学院、湖北民族大学、江汉大学、湖北工程学院、果蔬加工与品质调控湖北省重点实验室、武汉食品化妆品检验所、国家市场监管实验室(食用油质量与安全)、环境食品学教育部重点实验室共同举办“第五届食品科学与人类健康国际研讨会”。会议时间: 2024年 8月 3—4 日 ,会议地点: 中国 湖北 武汉 。

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