《食品科学》：青海大学祁有朝副教授等：黑果枸杞和黄果枸杞的广泛靶向代谢组学分析

枸杞（Lycium chinense Mill.），为茄科枸杞属多年生木本植物，原产于中国。果实又称枸杞子，浆果卵形或长圆形，成熟时呈红色、黑色或黄色等。枸杞果实富含多种营养物质，并具有独特的药用价值，使其几千年来一直是中药的重要组成部分。

靶向代谢组学是针对一类特定代谢物进行分析，可以绝对定量代谢产物的含量。目前，基于超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）和气相色谱-串联质谱等研究方法的代谢组学广泛应用于食品、植物等各个领域。黄果枸杞和黑果枸杞都为枸杞属植物，其中黄果枸杞为宁夏枸杞的变种，从植物分类角度来讲为两种不同的枸杞，目前对黄枸杞的研究较少，与黑枸杞代谢物比较分析鲜见有报道。

青海大学农牧学院的兰天、祁有朝*和青海大学农林科学院的段国珍等基于广泛靶向代谢组学对黑、黄两种枸杞的代谢物进行分析比较，筛选出关键代谢物，寻找差异代谢通路，为后续黑、黄枸杞活性成分的筛选提供参考。

1 样品质控分析

数据整体分析使用Pearson相关系数r分析组间和组内样本相关性（图1），不同样本间相关系数在0.68～0.69，组内样本相关系数为0.99，说明代谢物数据可靠，并且不同样本代谢物之间具有相关性。

2 两种枸杞干果代谢成分分析

通过与MWDB数据库进行对比分析确定了代谢产物的结构，两种枸杞共鉴定出12 类1098 种代谢产物（图2）；其中酚酸、黄酮和生物碱3 类代谢产物占比最高，占总代谢物的49.63%。

3 两种枸杞代谢组学差异分析

3.1 PCA和聚类分析

为了解两种枸杞之间的差异，对样品进行PCA（图3A），结果显示PC1的贡献率为70.57%，PC2的贡献率为8.84%。各组枸杞样本组内聚集在一起，组内变异度较小、重复性高；组间明显分离，说明不同品种枸杞代谢物组分有明显差异。将代谢物数据进行归一化处理后，对所有样品进行聚类分析。结果显示（图3B），不同品种间存在不同的分组模式，黑果枸杞成分主要集中在黄酮类和生物碱，黄果枸杞代谢成分主要是脂质、氨基酸及其衍生物和其他类。

3.2 OPLS-DA和模型验证

在OPLS-DA得分图中（图4A），两种枸杞在第1主成分轴上明显分离，横向距离越远说明两种代谢物之间成分具有差异，图中数据说明两组样本间存在明显差异。根据OPLS-DA模型分析代谢物，用 R 2x 、 R 2y 、Q 2 作为模型的预测参数，其中 R 2 x 和 R 2y 分别表示模型对X和Y矩阵的解释率，Q 2 表示模型的预测能力，这3 个指标越接近于1时表示模型越稳定可靠，Q 2 ＞0.5时可认为是有效的模型，Q 2 ＞0.9时为出色的模型。如图4B所示， R 2x 为0.785， R 2y 等于1，Q 2 为0.987，表示模型可靠且非常出色，可根据其得到的VIP值进行差异代谢物的筛选。

3.3 两种枸杞中相同代谢产物分析

从两种枸杞代谢产物中最多的4 类化合物中筛选出每类化合物中前10的代谢产物，如表1所示。

其中黄果枸杞中具有优势的代谢产物是棕榈酸，黑果枸杞中优势代谢产物为棕榈酸和二咖啡酰亚精胺；黄果枸杞中黄酮和酚酸中排名前10的代谢物相对含量明显优于黑果枸杞（图5），尤其是芦丁和槲皮素的衍生物、1-O-对香豆酰-β-D-葡萄糖。 有研究表明，芦丁和槲皮素及其衍生物是一类很好的抗氧化剂，能够诱导宿主免疫调节实现对骨质疏松、糖尿病肾病等。

3.4 差异代谢物的筛选

基于OPLS-DA结果，根据VIP≥1、FC≥2和FC≤0.5标准筛选出具有显著差异的代谢物，通过火山图表示两种枸杞中代谢物差异水平，结果如图6和表2所示。

对差异代谢物进行log2 FC排序，筛选出差异倍数前20（上调和下调）的代谢物，结果如表3所示。黄果枸杞和黑果枸杞相比上调的前20差异代谢产物有生物碱5 种、黄酮4 种、酚酸3 种、有机酸2 种、其他类2 种、木脂素和香豆素1 种、醌类1 种、萜类1 种、脂质1 种，其中上调差异倍数最大的代谢物是醛类化合物的4-羟苯基丙烯醛，在黄果枸杞种约为黑果枸杞的5.2×104 倍；下调的差异代谢产物中有13 种黄酮、2 种酚酸、2 种生物碱、1 种萜类、1 种氨基酸及其衍生物、1种有机酸，差异倍数最大的是黄酮类的槲皮素-3-O-芸香糖苷-7-O-鼠李糖苷，在黄果枸杞种约为黑果枸杞的1.6×10-6 倍。从表3可以看出，在黄果枸杞中上调的代谢产物种类较多，主要是生物碱和黄酮，而下调幅度最大的代谢产物主要集中在黄酮。

花青素是黄酮类化合物的重要组成部分，在植物生长发育阶段起着重要的作用。它作为一种水溶性的天然色素，是植物中主要的呈色物质，根据环境、pH值等条件的不同在植物叶片、花、果实中呈现不同的颜色。在黑果枸杞中花青素（牵牛花素-3-O-芸香糖苷-5-O-葡萄糖苷）的含量是黄果枸杞的271.53 倍，这也说明了花青素参与了枸杞果皮颜色的生成，并且颜色越深花青素的相对含量越高。

4 差异代谢物的代谢通路分析

利用KEGG数据库对黑果枸杞和黄果枸杞差异代谢物进行通路分析，BL vs YL中差异代谢物共分布到73 条代谢通路，其中具有显著差异的通路有2 条（P＜0.05），是黄酮生物合成和托烷、哌啶和吡啶生物碱的生物合成（图7），共有22 种代谢物参与。其中L-赖氨酸、哌啶、红古豆碱、二氢槲皮素、L-异亮氨酸这几种代谢产物在黄果枸杞中累积较多，杨梅素、柚皮苷、柚皮素查耳酮、根皮苷、柚皮素、新橙皮苷、5-O-对香豆酰奎宁酸、根皮素、根皮苷查耳酮等在黑枸杞中更为活跃。

为了研究不同枸杞间成分的差异，本研究采用UPLC-MS/MS以两种枸杞干果为材料，对代谢物进行鉴定和分析。两种枸杞中共检测到1098 种代谢产物，其中487 种代谢物具有差异，与黑枸杞比较，有235 种代谢物丰富度升高和252 种降低。这些差异代谢物按数量分为黄酮、酚酸、生物碱、脂质、其他类、氨基酸及其衍生物、木脂素和香豆素、有机酸、萜类、核苷酸及其衍生物、甾体和醌类，其中黄酮是具有差异最多的代谢物。将差异代谢物富集到73 条通路中，主要集中在黄酮生物合成，托烷、哌啶和吡啶生物碱的生物合成，ABC转运，次生代谢物的生物合成等途径。

黑枸杞的活性成分主要集中在黄酮类。黄枸杞是枸杞的一种变种，目前相关研究较少，本研究发现黄枸杞中化学成分跟黑枸杞种类相似但含量不同，说明黄枸杞作为营养物质的价值有待发现。

结 论

利用代谢组学发现黑枸杞中的黄酮、生物碱类化合物高于黄果枸杞，且黄酮、哌啶和吡啶生物碱的生物合成较高，具有一定的药用价值；黄果枸杞的脂质、糖类、有机酸等营养物质高于黑枸杞，该发现可为黄枸杞的食品研究提供参考。通过黑果枸杞和黄果枸杞代谢物的差异分析为后面两种枸杞的生物活性成分分析及药理作用提供理论依据。

本文《黑果枸杞和黄果枸杞的广泛靶向代谢组学分析》来源于《食品科学》2024年45卷 12 期52-58页。作者：兰天，段国珍，祁有朝，樊光辉。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230712-144。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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