FSHW | 基于广泛靶向肾脏代谢组学研究虾夷扇贝ACE抑制肽NCW的体内降血压作用机制

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Introduction

食源性生物活性肽因其良好的健康促进效应、无毒副作用、活性高、低成本、高组织渗透性等特点在人类健康和疾病预防中发挥着重要的生理作用。近年来，由于高血压发病率和死亡率的不断上升，ACE抑制肽作为膳食和营养补充剂用于预防和改善高血压引起了人们的极大关注。目前，已从多种食物资源中鉴定得到大量ACE抑制肽。然而，大多数ACE抑制肽的体内降血压作用机制尚未完全阐明，从而极大地限制了它们的开发和应用。

小分子代谢物作为基因表达的最终产物，是生物表型的基础，而代谢功能障碍是高血压的基本核心机制。代谢组学技术可检测样本中大量代谢物的变化，特别是传统技术无法检测到的代谢物，并可同时实现代谢物的定性与定量，因此该技术似乎更是揭示ACE抑制肽潜在降血压作用机制的一种有效方法。

虾夷扇贝ACE抑制肽NCW被发现具有良好的体内降血压作用，然而其体内降血压作用机制尚未完全阐明。且肾脏作为机体血压调节、高血压发生的关键靶器官，肽NCW如何通过恢复肾脏代谢紊乱发挥降血压作用更需深入研究。因此，海南大学食品科学与工程学院于志鹏课题组利用广泛靶向肾脏代谢组学的方法（一种结合了非靶向和靶向代谢组学优势的新技术）同时结合多变量统计分析和生物信息学分析，探讨肽NCW对SHR大鼠肾脏代谢谱的影响，确定肽NCW发挥降血压作用的潜在肾脏生物标记物和相关代谢途径，从而在代谢水平上阐明肽NCW的潜在降血压作用机制。

Results and Discussion

肾脏代谢谱的多元统计分析

本研究中共检测到613个肾脏代谢物，基于这些代谢物进行多元统计分析。PCA 3D得分图如图1A所示，结果显示，SHR-NCW组与SHR-Untreated组显示出明显的分离，表明灌胃ACE抑制肽NCW三周后，肽NCW显著改变了SHR大鼠的肾脏代谢谱。

随后，OPLS-DA模型被建立以提高组间分类性能并进一步发现SHR-NCW组与SHR-Untreated组之间肾脏代谢物的差异。OPLS-DA得分图（图1B）同样显示，SHR-NCW组与SHR-Untreated组之间有明显分离，表明灌胃肽NCW三周后，SHR大鼠体内的代谢物明显改变，此外，各组的生物学重复数据能较好地集中在一起，表明实验数据稳定可靠。

图1 SHR-NCW组与SHR-Untreated组干预后肾脏样本的多因素统计分析

肾脏差异代谢物的鉴定及聚类分析

以VIP＞1、P＜0.05、FC＞1.5（或＜0.67）为筛选标准，共筛选出85个代谢物为肽NCW发挥降血压作用的肾脏差异代谢物。火山图可将各个代谢物在肾脏样品中表达水平的差异及差异的统计学显著性进行可视化显示，结果显示，SHR大鼠灌胃肽NCW三周后，40种肾脏差异代谢物被显著上调，45种肾脏差异代谢物被显著下调（图2）。

图2 SHR-NCW组与SHR-Untreated组之间肽NCW干预后肾脏代谢物差异的鉴定与分类分析

肾脏差异代谢物的KEGG通路注释及富集分析

为了分析上述过程筛选出的肾脏差异代谢物主要通过哪些代谢途径发挥降血压作用，将肾脏差异代谢物进行KEGG ID Mapping并提交至KEGG数据库进行代谢通路注释及富集分析。结果显示，共有41个肾脏差异代谢物被注释并分布在79条KEGG代谢通路中，其中，富集结果最显著的前20条KEGG通路气泡图如图3所示。分析富集代谢通路的P值和富集因子发现，亚油酸代谢、叶酸相关代谢通路（叶酸生物合成、叶酸介导的碳库、抗叶酸抗性）、酮体的合成和降解、嘧啶代谢、β-丙氨酸代谢、视黄醇代谢等代谢通路为肽NCW发挥降血压作用的重要代谢通路。 综合分析参与以上代谢通路的肾脏差异代谢物的生物学功能、VIP值、 FC值后发现，二十碳五烯酸、15-氧化-二十碳四烯酸、3-羟基丁酸、4-乙酰氨基丁酸、9，10-二羟基-12-十八碳烯酸、10-甲酰四氢叶酸等16个肾脏差异代谢物在肽NCW的降血压过程中发挥关键作用，被确定为肽NCW发挥降血压的潜在肾脏生物标志物，如表1所示。

表1 ACE抑制肽NCW发挥降血压作用的潜在生物标记物

潜在生物标记物及相关代谢通路机制网络的构建及分析

为了更深入直观地分析ACE抑制肽NCW在代谢水平上的体内降血压作用机制，基于上述潜在肾脏生物标志物和相关代谢通路构建了代谢机制网络图，如图4所示。

Conclusion

总之，本研究通过基于UPLC-Q-TRAP-MS/MS的广泛靶向肾脏代谢组学分析发现，肽NCW干预可缓解由高血压引起的肾脏代谢紊乱。肽NCW可通过调节亚油酸代谢、叶酸相关途径、酮体的合成与降解、嘧啶代谢、β-丙氨酸代谢和视黄醇代谢等通路抑制炎症反应并改善NO的生成来恢复SHR大鼠体内的肾脏代谢紊乱并发挥降高血压作用。本研究将为肽NCW的降血压机制提供重要线索和见解，并为ACE抑制肽在预防和改善高血压方面的开发和应用提供理论依据。

第一作者

薛文君，2020级硕士研究生，主要研究方向为蛋白质及活性肽的功能研究与产品开发。目前，已发表SCI检索论文5篇，EI检索论文1篇，其中以第一作者身份发表SCI检索论文2篇。

通信作者

于志鹏，博士，海南大学食品科学与工程学院高聘教授，研究生导师，九三学社社员，海南自由贸易港高层次人才，中国畜产品加工研究会青年工作委员会委员，Frontiers in nutrition和International Journal of Molecular Sciences专刊客座主编。研究主要集中于ACE抑制肽（降血压活性肽）、降血糖活性肽和抗老年痴呆活性肽的酶解制备、结构鉴定；基于分子模拟的作用机制及稳态化保护机制研究；基于食品组学技术探究活性肽的体内作用机制。目前发表学术论文100余篇，以第1或通讯作者发表有关活性肽的SCI检索论文50余篇；以第1发明人获得国家发明专利授权17项，完成成果转化1项。

Underlying anti-hypertensive mechanism of the Mizuhopecten yessoensis derived peptide NCW in spontaneously hypertensive rats via widely targeted kidney metabolomics

Wenjun Xuea,b, Wenzhu Zhaoa, Sijia Wuc, Zhipeng Yua,*

a School of Food Science and Engineering, Hainan University, Haikou 570228, China

b College of Food Science and Engineering, Bohai University, Jinzhou 121013, China

c Lab of Nutrition and Functional Food, Jilin University, Changchun 130062, China

*Corresponding author.

Abstract

The angiotensin-converting enzyme (ACE) inhibitory peptide NCW derived from Mizuhopecten yessoensis has been demonstrated to have significant in vivo anti-hypertensive effects, however, its anti-hypertensive mechanism is still not fully clarified. This study established a UPLC-Q-TRAP-MS/MS-based widely targeted kidney metabolomics approach to explore the changes of kidney metabolic profiles and to clarify the anti-hypertensive mechanism of peptide NCW in spontaneously hypertensive rats (SHRs). Multivariate statistical analysis indicated that the kidney metabolic profiles were clearly separated between the SHR-NCW and SHR-Untreated groups. A total of 85 metabolites were differentially regulated, and 16 metabolites were identified as potential kidney biomarkers, e.g., 3-hydroxybutyrate, malonic acid, deoxycytidine, and L-aspartic acid. The peptide NCW might regulate kidney metabolic disorder of SHRs to alleviate hypertension by suppressing inflammation and improving nitric oxide production under the regulation of linoleic acid metabolism, folate related pathways, synthesis and degradation of ketone bodies, pyrimidine metabolism, β-alanine metabolism, and retinal metabolism.

Reference:

XUE W J, ZHAO W Z, WU S J, et al. Underlying anti-hypertensive mechanism of the Mizuhopecten yessoensis derived peptide NCW in spontaneously hypertensive rats via widely targeted kidney metabolomics[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(1): 472-481. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250041.

文章编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意