用户文章：食品加工使半夏中毒性凝集素减少和生物活性肽增加
2025-02-28 来源:本站 点击次数:441天南星科植物多含毒，后期加工可显著减少毒性，半夏（Pinellia ternata tuber，PTT）便是其中之一。它具有多种药用活性，其祛湿化痰功效可能与降压有关，但活性成分和作用机制不明。2024年10月，澳门科技大学中药质量研究国家重点实验室的李娜副教授和伍建林副教授团队在Current Research in Food Science 期刊发表了题为“Food processing drives the toxic lectin reduction and bioactive peptide enhancement in Pinellia ternata” 的研究成果，该研究通过整合多种技术，探究了加工后的半夏（Processed Pinellia ternata tuber，PPTT）中有毒凝集素减少和生物活性肽增加的机制，为其在食品和医药领域的加工和应用提供依据（实验流程示意图见图1）。其中，活性肽的质谱数据分析使用PEAKS® Studio完成。
图1 PTT加工后生物活性肽鉴定的工作流程
PPTT样本制备
在天南星科中，大多数物种会产生针状草酸钙晶体（NCOCs）和凝集素蛋白，从而引起黏膜刺激性毒性，一般需要对原材料加工以减轻毒性之后才可使用。本研究对不同批次的半夏块茎进行加工，以研究该过程中成分的动态变化。图2A显示，处理1天后，NCOCs的水平迅速下降，随后在2至10天内逐渐下降，最终在处理的第7至10天达到与商业化PPTT相当的水平。此外，在处理1天后观察到凝集素（图2B）显著减少，随后在1至5天内逐渐减少，达到与商业化PPTT相似的水平，并且当处理时间延长至10天时几乎保持不变。以上结果表明，7至9天是PTT的最佳处理时间。
图2 PPTT制备工艺比较PPTT成分的FBMN分析
LC-MS可以提供分子的精确的质荷比和二级质谱数据，而GNPS中的基于特征的分子网络（FBMN）分析可用于探索和注释复杂的分子数据集[1]。本研究应用FBMN快速发现和表征PTT中的分子成分。
首先优化LC-MS实验方法，采集到质谱谱图后，使用MS-DIAL处理数据，并将得到的分子量列表上传到GNPS在线工作流以创建分子网络。共发现了1954个质谱节点，注释涵盖7个化学类别，包括多肽、氨基酸、胺、生物碱、有机酸、脂质和多胺（图3A）。其中，130个特殊节点被FBMN标记为多肽（图3A），这在PTT中鲜有报道。此外，作者研究了PTT和PPTT中每种肽的丰度和比例（图3C），这些结果揭示了大多数肽的水平在加工后显着增加。最重要的是，130个肽的总含量逐渐增加，并在加工第9天时达到最高（图3D）。据报道，多肽具有各种活性，一些食物的真正功效可能来自其生物活性肽，因此推测这些增加的多肽可能与PTT生物活性的增强有关。随后，对这些肽的结构和生物活性进行了进一步的研究。
首先优化LC-MS实验方法，采集到质谱谱图后，使用MS-DIAL处理数据，并将得到的分子量列表上传到GNPS在线工作流以创建分子网络。共发现了1954个质谱节点，注释涵盖7个化学类别，包括多肽、氨基酸、胺、生物碱、有机酸、脂质和多胺（图3A）。其中，130个特殊节点被FBMN标记为多肽（图3A），这在PTT中鲜有报道。此外，作者研究了PTT和PPTT中每种肽的丰度和比例（图3C），这些结果揭示了大多数肽的水平在加工后显着增加。最重要的是，130个肽的总含量逐渐增加，并在加工第9天时达到最高（图3D）。据报道，多肽具有各种活性，一些食物的真正功效可能来自其生物活性肽，因此推测这些增加的多肽可能与PTT生物活性的增强有关。随后，对这些肽的结构和生物活性进行了进一步的研究。
图3 PPTT中的分子特征网络分析PPTT多肽鉴定
尽管FBMN方法加速了肽的发现，但GNPS库中匹配到的多肽有限（图3B），仍需根据质谱谱图解析更多新的多肽序列。PEAKS®软件将从头测序和数据库搜索技术相结合，可以灵敏、准确地解析样本中的潜在多肽[2]。通过FBMN、PEAKS从头测序和蛋白质数据库搜索相结合的方法，成功解析了130个特殊节点的氨基酸序列（图4A）。由于CID无法区分亮氨酸和异亮氨酸的异构体，作者根据抑制剂参考蛋白库进行校验。这130种肽段长度从2到10不等（图4B），其中98条首次被定义为凝集素衍生肽。为了全面了解处理时长对多肽生成的影响，作者还对PPTT中130个多肽加工1-10天后的动态变化进行了监测。大多数肽的含量随着加工时间的增加而增加，并且大多数肽在7~9天达到最高水平。加工有利于产生更多的肽，但较长的处理时间导致长肽比例下降。（图4C）
图4 PPTT中鉴定到的多肽PTT中具有降压活性的肽段筛选
经过对潜在的130条多肽综合分析发现，Pro (P)、Phe(F)、Val (V)和Leu (L)在N端和C端高频出现，据报道此类多肽很可能具有血管紧张素转移酶（ACE）抑制活性。因此作者进一步进行了相应研究。首先，通过pLM4ACE[3]筛选出40条具有抗高血压活性的肽段（图5A），然后选择了5条代表性多肽（MLFSG, LFSGQVL,MLFSGQVL, VIYGPSVF, and VVHPEGRL）进行人工合成（图5B-F）。随后的抑制活性实验表明，VIYGPSVF和MLFSG在0.27和0.53 mg/mL的浓度下表现出较高的ACE抑制率，分别为69.51%和80.43%。其次是MLFSGQVL、LFSGQVL和VVHPEGRL，它们在1.33 mg/mL的浓度下的ACE抑制率分别为72.21%、71.36%和53.34%（图5G）。
图5 抗高血压活性测定据报道，ACE抑制活性（IC50）值范围在0.32-1000 μM范围内的多肽均具有降低血压的潜力。因此作者在131、185、603、647和1140μM下，分别测定了每种肽的IC50，结果与前述一致（图 5H，表 1）。因此，这5种凝集素衍生的肽，尤其是 VIYGPSVF 和 MLFSG，很有可能就是PPTT中的抗高血压活性肽的主要成分。
表1 五种凝集素衍生肽的IC50测定结果
ACE活性抑制机制
为了进一步阐明 ACE 抑制的机制，作者对上述5条多肽进行了计算机分子对接。结果表明，所有肽段都与ACE发生有效相互作用（图6）。
图6 ACE分子对接结果市售PPTT中生物活性肽的鉴定
为了全面验证PPTT中5种生物活性肽的广泛适用性，作者分析了来自10批不同的市售PTT样本。LC-MS分析发现所有批次的样品都含有以上5种多肽（图7），表明这些活性肽适用于常见的PTT产品。这些发现有助于进一步探索PTT等天南星科样本的功能性多肽。
图7 市售PPTT活性肽检测
小结
本研究基于 LC-MS、FBMN、从头测序、蛋白质数据库搜索和生物活性研究的综合方法，揭示了半夏加工减毒增效机制，发现加工可减少有毒凝集素，促进生物活性肽生成，7-9天为最佳加工时间，且商业化PPTT产品中广泛存在潜在降压肽，为天南星科其他材料的深入研究提供了参考。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.crfs.2024.100895
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