基于多酚—蛋白分子互作的低敏牛乳蛋白体系构建及机制研究

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现有牛乳致敏原消减技术存在诸多局限性,花青素、黄酮等食源多酚可与致敏原蛋白发生交互作用改变蛋白质构象结构及致敏性。鉴于此,本研究基于多酚-蛋白交互作用开展低敏牛乳蛋白互作体系的构建及机制研究。通过特征多酚-牛乳典型致敏原低敏体系的构建,从分子互作体形成、致敏性评价和构效关联变化等角度,系统阐明多酚-蛋白交互消减牛乳致敏原的分子和生物学机理,旨在为乳制品低敏体系的应用提供参考。研究主要内容及结果如下:首先研究了矢车菊素-3-葡萄糖苷(Cyanidin-3-O-glucoside,C3G,自然界主要花青素)与两种典型牛乳致敏原α-酪蛋白(α-casein,α-CN)和β-乳球蛋白(β-lactoglobulin,β-LG)在共价和非共价条件下的交互作用。荧光猝灭数据表明,在非共价条件下,C3G通过静态过程猝灭了两种蛋白的荧光,并揭示了非共价体系中的主要相互作用力;对于共价复合物,C3G使蛋白荧光强度降低,λmax发生红移。圆二色(circular dichroism,CD)光谱表明,C3G的加成通过无规则线圈和有序二级结构组分之间的转变诱导了蛋白质的结构展开。此外,与天然对照相比,共价蛋白-C3G复合物显示出较低的Ig E-结合水平。考虑到非共价结合在自然界和日常生活中更为常见且该互作方式对乳蛋白特性的不良影响较低,并且其对乳蛋白结构及理化特性的显著影响表明其他多酚类物质可能通过类似的方式影响乳蛋白的构象结构,进而影响其抗原特性。同时,考虑到β-LG是WHO/IUIS致敏原命名小组委员会命名的Bos d 5致敏原,另有研究证明,82%的牛乳过敏患者对牛乳β-LG过敏[1,2]。因此选择β-LG与多酚的非共价互作体系作为进一步的研究对象。进一步比较不同植物提取物与β-LG经非共价互作后的致敏性改变。通过ELISA测定复合物的Ig E-和Ig G-结合能力,筛选出黑枸杞(lycium ruthenicum extract,LRE),蓝莓(blueberry extract,BE),草莓(strawberry extract,SBE),黑莓(blackberry extract,BBE)和黑豆(black soybean extract,BSE)为5种特征降敏多酚提取物。通过多光谱方法对不同互作物的理化特性和结构特征进行了表征,发现特征多酚提取物与β-LG结合后会增大体系的粒径分布和稳定性;特征多酚提取物通过引入新的亲水基团和与蛋白表面疏水基团结合导致复合物表面疏水性(surface hydrophobicity,H0)的降低和可溶性蛋白含量的增加;与特征多酚提取物结合后,β-LG的二级结构变得更紧凑(α-螺旋占比上升,无规则卷曲占比下降),导致β-LG原有的抗原表位被掩盖,从而表现出β-LG体外致敏性的降低。阐明了特定多酚提取物能通过改变β-LG的结构特性从而改变其体外致敏性。最后经LC-MS/MS技术鉴定了低敏互作物中的优势配体多酚种类,从不同多酚的分子结构出发,利用动态光散射、荧光光谱和CD光谱等分析了互作物的各种理化和结构性质,发现具有大分子量和多羟基结构的多酚(以epigallocatechin gallate,EGCG;Myricetin,MC;Ellagitannins,ET为代表)往往具有与对β-LG更高的亲和力和结合效率,从而能更大程度降低β-LG的H0并增大其可溶性蛋白含量。采用间接型ELISA和LAD2肥大细胞脱颗粒实验证明,优势多酚具有抑制β-LG Ig G-结合能力和由β-LG诱导的肥大细胞β-己糖胺酶释放率的潜力。影响β-LG Ig G-结合能力的重要因素是二级结构中α-螺旋和β-折叠的变化,无论β-LG的结构变得更紧凑还是发生解螺旋和重折叠,都可能导致Ig G-结合位点的掩盖或者构象表位的改变。β-己糖胺酶的释放率与可能与β-LG的β-转角和无规则卷曲变化关系有一定相关性。再次验证了多酚与β-LG络合诱导其结构发生改变,从而导致抗原表位的掩盖或破坏,最终导致其β-LG体外致敏性的改变。总之,本研究系统性地探究了多酚-牛乳蛋白复合体系的理化特性、结构特性及体外致敏性的变化,并阐明了互作物致敏“构-效”关联,本研究的实施将为乳制品过敏风险的控制及低敏/抗敏食品加工体系的形成提供依据和支撑。
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