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虾青素是一种抗氧化活性很强的类胡萝卜素,对维持机体正常生理功能有着重要作用。虾青素分子中存在多个双键,自然界中存在不同的几何构型,以全反式为主,在加工储藏过程中,全反式易转化成不同的顺式构型。目前,不同几何构型虾青素的抗氧化和延缓衰老活性尚未定论。因此,本文以全反式、9-顺式和13-顺式虾青素为研究对象,采用体内外相结合的方法,以及RNA-seq技术,来揭示不同几何构型虾青素的抗氧化和延缓衰老活性差异及其分子作用机理。研究结果对于揭示虾青素构效关系具有重要的理论意义,对人们合理膳食富含虾青素的食品具有重要的指导价值。主要研究内容和结果如下:(1)顺式虾青素的转化、构型鉴定和分离纯化。分别采用溶剂加热法和碘光照法对全反式虾青素进行顺式转化,利用HPLC-APCI-MS法和Q值进行顺式构型的判定,通过制备液相进行分离纯化。结果表明,碘光照法的虾青素顺式转化率高于溶剂加热法,并制备出9-顺式和13-顺式虾青素单体,纯度分别为97%和88%。(2)不同几何构型虾青素的体外抗氧化活性比较。采用DPPH法、ABTS法和总抗氧化能力指数法(ORAC),对不同几何构型虾青素的体外抗氧化活性进行测定。在清除DPPH自由基方面,三者没有显著差异(p<0.05);在清除ABTS自由基方面,9-顺式显著高于全反式和13-顺式虾青素(p<0.05);总抗氧化能力指数(ORAC)方面,9-顺式显著高于13-顺式虾青素(p<0.05),与全反式虾青素无显著性差异(p>0.05)。综合体外抗氧化实验结果,三种几何构型虾青素的体外抗氧化活性大小顺序为:9-顺式>全反式>13-顺式。(3)不同几何构型虾青素的体内抗氧化和延缓衰老活性比较。以野生型秀丽线虫为研究对象,分别研究在正常培养条件和二氯百草枯(PQ)诱导氧化损伤条件下,三种几何构型虾青素对线虫寿命、相关生理指标、抗氧化指标和体内虾青素构型的影响。在正常培养条件下,与对照组相比,9-顺式、13-顺式和全反式虾青素对秀丽线虫的平均寿命分别提高了59.39%、24.99%和30.43%,各处理组的寿命提升率之间存在显著性差异(p<0.05);与对照组相比,不同几何构型虾青素对线虫正常生理指标(产卵量、正弦运动频率和移动力)没有造成显著影响(p>0.05),对线虫生长后期(第15 d)的头部摆动频率降低起到显著抑制作用(p<0.05),9-顺式和全反式虾青素均能显著降低第8 d线虫体内肠脂褐质的积累量(p<0.05),9-顺式和全反式虾青素能显著减低线虫体内ROS积累量(p<0.05),并显著优于13-顺式(p<0.05),但两者之间没有显著差异(p>0.05),三种几何构型虾青素均能显著提高线虫体内SOD酶和CAT酶活力(p<0.05);秀丽线虫分别摄入9-顺式、13-顺式和全反式虾青素后,在体内仍能保持原有的构型。在PQ诱导氧化应激条件下,与对照组相比,不同几何构型虾青素均能显著提高线虫的存活率(p<0.05),但它们之间无显著差异(p>0.05);与对照组相比,9-顺式和全反式虾青素能显著降低线虫体内ROS的积累量(p<0.05),分别下降了56.05%及15.07%,并且,9-顺式组和其它处理组均有显著性差异(p<0.05)。综合正常培养和氧化应激实验的结果,不同几何构型虾青素在秀丽线虫体内抗氧化和延缓衰老活性大小顺序为:9-顺式>全反式>13-顺式,与体外实验的结果一致。(4)不同几何构型虾青素抗氧化、延缓衰老分子作用机制。利用RNA-seq技术,研究正常培养10 d后,不同几何构型虾青素对秀丽线虫基因表达和代谢通路的影响。经9-顺式、13-顺式和全反式虾青素处理的线虫分别有227条基因(187条上调,40条下调)、316条基因(166条上调,150条下调)和482条基因(336条上调,146条下调)的表达水平存在显著性差异。三者共同表达的差异基因有24条,其中4条与表型相关,主要富集在与寿命调节和氧化还原酶相关的通路,这些基因揭示了虾青素可能通过调节线虫体内的氧化还原反应,以起到延长寿命的作用。同时,不同几何构型虾青素在抗氧化和延缓衰老的机制上存在一定的差异,通过KEGG pathway分析,3种构型虾青素在有关长寿调节通路和抗氧化酶通路上均有富集,但它们的作用位点不同,与9-顺式虾青素相比,13-顺式和全反式参与编码更多的细胞色素P450基因,13-顺式还有参与过氧化物酶通路的基因,如dhrs-4、F59F4.1、daf-22上调,能降低线虫过氧化损伤以延长寿命,但13-顺式没有参与线虫长寿调节通路的显著差异基因。与9-顺式和13-顺式相比,在参与长寿调节通路中,全反式虾青素组编码的基因有所不同,有与脂质代谢相关的fat-5和与饮食限制相关的pha-4,两者能降低线虫在过氧化条件下的损伤以延长线虫寿命。