《食品科学》：色氨酸抑制体外模型中晚期糖基化终末产物形成机理

亮点

从13种氨基酸中筛选出色氨酸具有较好的AGEs抑制效果；
采用4种不同阶段的糖基化反应体外模型分析了色氨酸对荧光AGEs、CML、CEL的抑制作用；
采用(UPLC-MS/MS)方法研究了Trp-丙酮醛（MGO）的反应机理。

晚期糖基化终产物（AGEs）是通过氨基酸的游离氨基和生物大分子（糖类、蛋白质、核酸等）的游离羰基发生非酶褐变产生的一系列化合物。已有研究表明，AGEs与许多人体慢性疾病息息相关，如糖尿病、肾脏疾病、阿尔茨海默症、心脑血管疾病等。其中食源性AGE是的摄入是导致疾病的主要原因之一。目前的首要任务是控制食品中AGEs，常见的方法有改进加工工艺、调整食品配方或添加具有抑制作用的物质等，其中添加天然产物抑制剂被认为是抑制AGEs形成的有效干预方法之一。然而，目前国内外研究较多的是在食品中添加植物多酚，但其会影响到食品的感官品质。因此，亟待探寻一种安全、稳定、有效的AGEs抑制剂。

氨基酸因其同时具有氨基和羧基，从而可以通过捕获美拉德反应中间产物--活性二羰基化合物抑制AGEs的形成；其次，氨基酸还可抑制糖基化蛋白之间的交联，进而减少AGEs的生成。此外，氨基酸作为糖基化抑制剂，还能提升食品的风味。因此，氨基酸有望成为一种既能减少AGEs形成又能改善食品风味的食源性 AGEs抑制剂。然而，目前关于氨基酸抑制AGEs形成的研究基本上都是针对内源性AGEs，而对食品体系中AGEs的抑制鲜有报道。鉴于此，海南大学食品科学与工程学院的刘炜妍、张伟敏*和中国热带农业科学院海口实验站的盛占武*等人通过选取文献中报道的可能具有抗糖基化作用的13 种氨基酸，通过筛选选择了具有较强AGEs抑制能力的Trp，并分析其在抑制体外模型中晚期糖基化终末产物形成的能力及反应机理。

1、氨基酸在抑制AGEs活性的比较

研究利用牛血清白蛋白（BSA)-果糖模型（图1）与BSA-MGO模型（图2）评估13 种可能具有抗糖基化作用的氨基酸（Cys、Phe、Met、Gly、Glu、Arg、Lys、Pro、Trp、Thr、Asp、Val和His）在抑制荧光AGEs形成方面的能力。在BSA-果糖模型中，除Glu和Asp外，其他11 种氨基酸均对BSA的早期糖基化表现出不同程度的抑制活性。His对荧光AGEs的抑制效果最好，抑制率为15.02%，其次是Trp，抑制率为8.37%。在BSA-MGO模型中，13 种氨基酸只有7 种氨基酸（Glu、Lys、Pro、Trp、Thr、Val和His）具有抑制荧光AGEs形成的能力。其中，Trp的抑制活性最高，达到81.66%，其次是Gly和His，抑制率分别为77.10%和64.13%。鉴于此，选择具有较好荧光AGEs抑制效果的Trp进行后续研究。

2、Trp对BSA-果糖、BSA-MGO、BSA-GO及Arg-MGO模型体系中AGEs抑制率的影响

本研究评价了Trp在BSA-果糖模型（早期糖基化）、BSA-MGO与BSA-GO模型（中期糖基化）以及Arg-MGO模型（易被MGO攻击并引起不可逆蛋白质修饰）体系中对荧光AGEs的抑制活性。结果表明，Trp对荧光AGEs的抑制呈现出显著的质量浓度依赖性。在BSA-GO模型中Trp抑制效果最佳，抑制率可达89.89%，其次是BSA-MGO模型和Arg-MGO模型，而在BSA -果糖模型中抑制效果不明显（图3）。

3、Trp抑制BSA-果糖体系中CML及CEL形成的活性

本实验考察了Trp在BSA-果糖体系中对Nε-羧甲基赖氨酸（CML）和Nε-羧乙基赖氨酸（CEL）的抑制效果。结果如图4、5所示，当质量浓度在200～1 000 μg/mL之间时，随着Trp质量浓度的提高，其对CML、CEL的抑制率呈现上升趋势，继续提高质量浓度时，Trp对CML、CEL的抑制率又呈现出显著的下降趋势。Trp对CML和CEL的抑制整体呈现钟形曲线，在1 000 μg/mL下对CML和CEL的抑制率最高。

4、UPLC-MS/MS鉴定Trp-羰基衍生物

以往的文献已经报道，氨基酸和一些短肽具有抗糖基化活性。因此，为进一步证实上述研究结果中的推测，厘清Trp抑制AGEs形成的原因，本研究利用UPLC-MS/MS分析并鉴定Trp与MGO反应的产物。本研究共测得4 个加合产物，具体如表1所示。根据检测到的4 种主要产物的相对分子质量，提出了两种可能的反应途径：路径 1为Trp与 MGO在 C3位置发生亲电子芳香取代反应，在 2.93 min时生成Trp-单-MGO衍生物（[M+Na]+=299.200）；路径 2是在 37℃生理条件下（0.01 mol/L、pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液中），Trp在脱水后首先通过Pictet- Spengler缩合反应在 1.89 min时产生Trp-单-MGO衍生物（[M+K]+=297.200），而后又经过亲电子芳香取代和Pictet-Spengler反应在 2.19 min时生成Trp-双-MGO衍生物（[M+H]+=331.200），最后在 2.20 min时进一步发生Pictet- Spengler缩合反应产生Trp-三-MGO衍生物（[M+H]+=403.200）（图6）。

结 论

在本研究中，Trp对荧光AGEs、非荧光AGEs（CML和CEL）的形成均具有抑制作用，Trp在BSA-果糖、BSA-MGO、BSA-GO和Arg-MGO模型中的抗糖基化能力呈质量浓度依赖性。在这4 种模型中，Trp在美拉德反应中间阶段BSA-GO模型对荧光AGEs表现出最高的抑制率，抑制率可达89.89%，其次是在BSA-MGO模型和Arg-MGO模型。在Trp对CML和CEL抑制研究中发现，Trp 对CML 和CEL的抑制趋势与荧光AGEs的趋势不同，Tr p质量浓度为1000 μg/mL时抑制率最大，Trp抑制趋势呈钟形曲线。利用UPLC-MS/MS对Trp与MGO反应产物进行分析，共鉴定出4 个加合产物，分别为2 个Trp-单-MGO加合物、1 个Trp-双-MGO加合物以及1 个Trp-三-MGO加合物。Trp可以通过芳香亲电子取代和Pictet-Spengler反应的方式来捕获MGO，进而抑制AGEs的形成，其最高捕获能力为3 mol。

第一作者

刘炜妍硕士生

刘炜妍，女，1995 年 6月出生于黑龙江省齐齐哈尔市，海南大学食品科学与工程学院硕士。

通讯作者

盛占武 研究员

盛占武，男，博士，主要从事农产品加工及副产物综合利用研究。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金项目，国家留学基金，海南省重大科技计划，海南省重点研发项目等项目12项，参与国家科技支撑计划等12项。发表论文70余篇，其中SCI/EI收录38篇；授权发明专利17项、实用新型专利3项；获得海南省科技进步一等奖1项（排名第一），海口市科技进步一等奖1项（排名第一），研究团队获农业部2016—2017年度神农中华农业科技奖优秀创新团队奖（排名第二）；累计培养硕士研究生13名，埃及和巴基斯坦访问学者2名。担任美国IFT会员、美国化学学会会员、国际园艺学会会员，海南大学硕士生导师，中国热科院“热带农业废弃物利用科技创新团队”牵头专家，Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Chemistry、International Journal of Food Science and Technology等杂志审稿人。2016年获农业部“杰出青年农业科学家”；2018年认定为海南省“领军人才”，海南“省委联系服务重点专家”后备人选；2019年获海南省“南海名家”青年项目资助；2021年荣获中国农学会青年科技奖，入选中国热带农业科学院杰出人才。

本文《色氨酸抑制体外模型中晚期糖基化终末产物形成机理》来源于《食品科学》2022年43卷1期22-29页，作者：刘炜妍，郑晓燕，杨旸，郑丽丽，艾斌凌，钟爽，校导，盛占武，张伟敏。DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20201203-041。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改：海南大学食品科学与工程学院刘炜妍；编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网。

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在宁波和西宁成功召开前两届“动物源食品科学与人类健康国际研讨会”的基础上，将与郑州轻工业大学、河南农业大学、河南工业大学、河南科技学院、许昌学院于2022年5月7-8日在河南郑州共同举办“2022年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。欢迎相关专家、学者、企业家参加此次国际研讨会。