六种类黄酮化合物降低β-乳球蛋白抗原性的机制

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β-乳球蛋白(β-lactoglobulin,β-LG)是乳清蛋白中的主要成分,约占乳清蛋白的50%和总蛋白的12%。β-LG在牛乳蛋白中含量高,耐胃酸,不易被蛋白酶水解,能通过胃肠道消化系统而不被吸收,直接进入血液循环,因此β-LG被认为是牛乳蛋白中最主要的过敏原。β-LG引起的食物过敏影响着全球2-3%的婴幼儿和1%的成年人。目前常用于降低/抑制β-LG抗原性的方法,如加热、高压、酶水解等都会使产品产生不良的色泽和风味,并且可能会破坏β-LG的结构和功能。因此亟待寻找一种能够定向降低/抑制β-LG抗原性的方法。有研究发现,β-LG由于具有多个结合位点,与其他配体如多糖类、黄酮类、多肽类等能以非共价/共价的方式发生相互作用,从而降低/抑制其抗原性。黄酮类化合物是一系列以C6-C3-C6为母核结构,广泛存在于自然界,且具有多种潜在生物活性的化合物。基于此,本论文以β-LG为研究对象,通过与六种类黄酮化合物(山奈酚、杨梅素、根皮素、EGCG、柚皮素和槲皮素)的相互作用降低/抑制其抗原性。利用多光谱学技术表征复合物的结构,以及分子模拟的方法研究β-LG与类黄酮化合物的互作机制,深度解析其抗原性降低与结构/构象变化的内在关系。主要研究内容和结果如下:(1)通过酶联免疫吸附实验(ELISAs)测定类黄酮化合物非共价结合到β-LG后对其抗原性的影响。结果表明,六种类黄酮化合物均能显著抑制β-LG的抗原性,且其抑制能力的大小顺序为:EGCG>根皮素>柚皮素>杨梅素>山奈酚>槲皮素。其中EGCG对β-LG抗原性的抑制率为72.6%。(2)利用多光谱学技术(如荧光、红外、圆二色等)对经类黄酮非共价修饰后的β-LG进行结构表征,结合其抗原性的变化,以深度解析类黄酮的结合所导致的β-LG结构的变化与其抗原性降低的潜在关系。结果表明,类黄酮的结合会导致β-LG内源性荧光的猝灭,色氨酸周围的微环境发生变化;在形成β-LG-类黄酮复合物后,使维持β-LG结构的分子内氢键被破坏,并形成新的分子间氢键网络,造成β-LG原空间构象的改变;此外,在这个过程中存在α-螺旋向β-折叠和无规卷曲转化的趋势,蛋白质二级结构发生重排,β-LG部分展开,赋予其更加松散的构象。(3)通过分子对接和分子动力学模拟的技术在分子水平上探究了类黄酮化合物与β-LG的相互作用与结合模式。结果表明,六种类黄酮均对接到β-LG外表面的抗原表位上,而非疏水空腔;类黄酮对β-LG抗原性降低的程度与其对抗原表位的遮蔽作用密切相关。在100 ns的动力学模拟中,六种类黄酮的非共价结合对β-LG中α-螺旋和无规卷曲的影响更大;氢键、范德华力、疏水相互作用和静电相互作用等多种驱动力共同参与并维持了β-LG-类黄酮复合物的稳定。(4)采用碱法制备了六种β-LG-类黄酮共轭物,对其结构表征及抗原性测定表明:碱性处理会造成蛋白质的无序性和松散性增大;但是类黄酮的共价结合会使蛋白质的二级结构再次发生重排,β-LG部分折叠,形成更紧密的构象。同时,会导致β-LG抗原表位的掩藏或解裂,从而有效抑制β-LG的抗原性。其中EGCG对β-LG抗原性的抑制效果最好,抑制率为57.0%。研究结果表明,六种类黄酮化合物通过结合到β-LG的抗原表位将其遮蔽,或破坏原有抗原表位,从而显著降低了β-LG的抗原性。该课题为解决牛奶过敏的问题提供了理论和实践支持;在扩大β-LG应用范围的同时,也为低变应性食品的生产发展提供了理论学习和方法借鉴。
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