FSHW | 消化产物的IgG/IgE结合力与肠道菌群变化：源自糖基化后的卵清蛋白

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Introduction

食物过敏（FA）是一个困扰广大人群，严重时可危及生命的健康问题。过去50年间，食物过敏在发达国家显著增加，据估计在成人中占比5%，儿童中占比8%。食物过敏迄今为止尚无治愈方法，只能通过严格的食物避免来预防。鸡蛋是最常见的食物过敏原之一，而卵清蛋白（OVA）是鸡蛋中最丰富的食物过敏原。

目前，糖基化已作为一种改善食物蛋白过敏原的有效方法被广泛研究。有研究表明，糖基化有效地降低了动物蛋白（如OVA和虾肌球蛋白）的IgE结合水平。不同的糖对糖基化的食物过敏原的IgG/IgE结合能力减少各有不同。与葡萄糖、果糖和乳糖相比，核糖和半乳糖的IgG/IgE结合能力最低。此外，对糖基化鹰嘴豆蛋白的一项体内实验观察到，糖基化的鹰嘴豆蛋白可促进过敏表型、血清免疫球蛋白和肥大细胞、嗜酸性粒细胞计数，以及Th2细胞因子及相关转录因子的蛋白表达的减少，表明经糖基化的鹰嘴豆蛋白的致敏性明显降低。

结肠区域存在的肠道菌群逐渐显示出其强大的调节功能。肠道菌群的分布易感于饮食的摄入，研究表明大豆蛋白和β-凝集素能增加玫瑰氏菌属、丁酸梭菌属和费氏菌属的丰度，产生丁酸的数量。目前已经证实糖基化的OVA能够减轻OVA诱导的过敏反应，但糖基化的OVA对胃肠道和肠道菌群的影响尚不清楚。

江西师范大学化学化工学院毛积华博士、生命科学学院刘俊副教授与涂宗财教授等在本文中以糖基化OVA的体外消化产物为研究对象，测定了糖基化OVA在消化过程中的结构变化与消化产物的分子量分布；通过IgG/IgE结合能力来表征消化产物的潜在过敏原性；鉴定了消化产物结肠发酵后的微生物群落，探索了糖基化OVA的消化产物对肠道菌群的影响。

Results and Discussion

使用消化率和分子量分布来评估蛋白质的消化稳定性，结果如图1所示。糖基化OVA在模拟胃消化阶段消化率低于同阶段的未处理OVA。这表明糖基化对胃蛋白酶具有抑制作用。G-OVA的消化稳定性可能源自接枝葡萄糖的空间位阻，这可能减少了胃蛋白酶对G-OVA分子的接触，从而防止了G-OVA分子的降解。G-OVA在胰蛋白酶消化过程中主要生成3 kDa以下的肽，而N-OVA在胃蛋白酶消化过程中主要生成3 kDa以上的肽，这验证了糖化对胃蛋白酶消化的抗性。值得注意的是，在胰蛋白酶消化过程中，G-OVA和N-OVA的3~10 kDa之间的肽占比都显著减少，这表明3~10 kDa之间的肽被胰蛋白酶消耗以产生低于3 kDa的肽。

图1 糖基化OVA在体外消化后的消化率和分子量分布监测

紫外、荧光光谱

紫外吸收光谱和荧光光谱是检测蛋白质三级结构变化的有效方法。图2显示了G-OVA、N-OVA及其消化产物的紫外吸收光谱、内源荧光光谱和同步荧光光谱。N-OVA的吸收峰在整个消化过程中逐渐发生了6 nm的蓝移，而G-OVA没有，表明糖基化可以防止OVA的共轭基团结构在消化过程中遭到破坏。此外，G-OVA的吸光值从0.825降至0.671，在胃蛋白酶消化期间，然后在胰蛋白酶消化期间从0.671增加到0.710，这表明胰蛋白酶对G-OVA构象的影响。

内源荧光由芳香族氨基酸残基产生，主要是色氨酸（Trp）、酪氨酸（Tyr）和苯丙氨酸（Phe）。如图2C和D所示，N-OVA的荧光强度在胃蛋白酶消化期间从1 591降至1 510，并在胰蛋白酶消化期间从1 510降至1 198。G-OVA的荧光强度从1 357降至1 318，降至882.8。这些结果验证了消化引起的荧光猝灭，胰蛋白酶处理是导致荧光强度降低的主要原因。

荧光基团氨基酸残基的微环境通过同步荧光光谱得以反映（图2E-H）。Δλ= 15 nm和Δλ = 60 nm的荧光光谱分别显示了酪氨酸和色氨酸残基的特征信息。消化过程中酪氨酸或色氨酸的荧光强度通常会下降（图2E-H），这表明在消化过程中荧光猝灭效应逐渐增加。在消化过程中，N-OVA和G-OVA在色氨酸光谱的荧光峰都发生了2 nm红移，表明了消化酶对蛋白质结构的影响。N-OVA的酪氨酸光谱在胃蛋白酶和胰蛋白酶消化期间分别经历了2 nm和4 nm蓝移，而G-OVA在胰蛋白酶消化期间发生了8 nm的蓝移，而胃蛋白酶消化期间没有变化，这表明G-OVA对胃蛋白酶的消化不敏感。

图2 糖基化OVA在体外消化后的紫外吸收、内源及同步荧光光谱

IgG/IgE结合能力

使用间接竞争ELISA法分别测定了样品的IgG和IgE结合能力，如图3所示。G-OVA的IgG（36.3%）和IgE（44.8%）结合能力明显低于N-OVA（分别为59.5%和64.6%），证实了糖基化可以通过掩蔽效应降低OVA的IgG和IgE的结合能力。作者观察到N-GI-2h的IgG结合活性高于N-GI-1h，这可能是由于在胰蛋白酶消化过程中OVA球状结构内部过敏原位点的释放所致。在图3B中，G-OVA的IgE结合能力从44.8%（G-OVA）降至36.5%（G-G-2h），然后降至7.8%（G-GI-2h）。此外，N-OVA在胃蛋白酶和胰蛋白酶消化过程中分别减少了5.0%（从64.6%降至59.6%）和25.2%（从59.6%降至34.4%）。这一结果表明，IgE结合能力的降低主要发生在胰蛋白酶消化过程中。对于G-OVA，胰蛋白酶消化引起的IgE结合能力降低是胃蛋白酶消化的3.5 倍，这表明G-OVA的过敏表位可能在胰蛋白酶消化过程中被破坏，这与G-OVA对胰蛋白酶的弱抵抗力有关（图1A）。

图3 糖基化OVA在体外消化后的IgG/IgE结合力

肠道菌群分析

为了探究糖基化OVA的弱消化性对肠道菌群潜在的影响，作者用糖基化OVA及未处理OVA的消化产物进行了体外结肠发酵实验，结果如图4所示。图4A和B显示微生物群落以Bacteroidota和Firmicutes为主导，其次是Actinobacteriota和Proteobacteria。与N-OVA组相比，G-OVA组多一个优势门Verrucomicrobiota。与对照组和消化产物组相比，G-OVA/N-OVA组的Actinobacteriota、Patescibacteria和Desulfobacterota的相对丰度较低。这些结果表明消化产物有助于缓解G-OVA或N-OVA引起的微生物群落结构不稳定的不平衡。如图4C和D所示，微生物群落在属水平上主要由Bacteroides、Alistipes、norank_f_Ruminococcaceae、Parabacteroides、norank_f_norank_o_RF39、UCG-002、Prevotella、Barnesiella主导。与G-OVA组相比，G-GI-1h和G-GI-2h组的Subdoligranulum、Collinsella和Bifidobacterium的比例相对较高（图4H），其中富含Bifidobacterium的肠道微生物对避免鸡蛋过敏起着积极作用。相反，G-OVA组中Prevotella、norank_f_Eubacterium_coprostanoligenes_group、Odoribacter和Butyricimonas的丰度明显高于其他组，包括对照组和G-OVA消化产物组，说明具有高免疫原性的G-OVA对Prevotella、norank_f_Eubacterium_coprostanoligenes_group、Odoribacter和Butyricimonas有促进作用。在图4G中观察到了相同的趋势，即N-OVA显著增加了Prevotella和Eubacterium_ventriosum_group的丰度，减少了Barnesiella的丰度。这些结果表明Prevotella可能与过敏有关。此外，G-OVA的Enterobacteriaceae/Bacteroidaceae（E/B比）比对照组更高，在消化后显著降低（图4I）。据报道，婴儿E/B比率的增加与食物过敏有关，E/B比率下降表明消化后G-OVA的IgE结合能力下降。因此，糖基化OVA的消化产物可能会改变肠道微生物群的结构，甚至可能影响过敏反应。肠道微生物群与过敏反应之间的关系还有待进一步讨论。

图4 糖基化OVA及未处理OVA的消化产物对肠道菌群相对丰度的影响

作者

简介

第一作者

毛积华，男，现为江西师范大学化学化工学院博士研究生，主要研究方向为极端条件下食品组分相互作用。以第一作者在国内外期刊发表论文3 篇，其中SCI一区2 篇，授权国家实用新型专利3 件。

通信作者

刘俊，男，副教授江西师范大学生命科学学院。1989年10月生，中共党员，University of Massachusetts-Amherst联合培养博士，硕士生导师。江西省主要学科学术和技术带头人青年人才，江西省优秀博士论文获得者，江西省科技特派员，江西省药学会药物化学专业委员会委员，江西师范大学“1125”青年英才培育工程人选。研究方向为极端条件下食品组分相互作用，在国内外高水平期刊发表论文50 余篇，其中以第一或通信作者在JAFC，FC等杂志上发表30 篇，授权专利10 件，主持国家自然科学基金2 项，省自然基金2 项，获江西省科技进步一等奖1 项，完成科技成果鉴定1 项（国际领先）；指导学生获中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国金奖和银奖、全国大学生生命科学竞赛一等奖。

涂宗财，男，1965年2月出生，江西靖安人。中共党员、工学博士、二级教授，南昌大学食品科学与工程、食品营养与卫生专业博士生导师，江西师范大学化学生物学专业博士生导师。现为国家大学科技园和国家自然科学基金等评审专家、江西省科协副主席、中国农业工程学会农产品加工与贮藏分会副理事长、江西省食品科学与技术学会副理事长等。

主要研究领域为水产品加工及高值化利用、极端条件下食品营养成分改性及相互作用和食物资源中有效成分提取与利用等，在JAFC、FCH等国内外权威杂志上发表学术论文300多篇，其中SCI/EI收150多篇，出版学术著作9部，获得国家发明专利授权40件；主持国家“蓝色粮仓”重点研发专项课题、国家自然科学基金、国家“863”课题、“973”课题等国家级项目25 项和省部级项目35 项。获江西省自然科学一等奖、国家教育部高等学校科学研究优秀成果奖、江西省科技进步奖等省部级奖12 项，江西省优秀新产品奖1 项。入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选，享受国务院特殊津贴，是“全国优秀科技工作者”、国家现代农业技术体系岗位科学家，是江西省主要学科学术与技术带头人，高校中青年学科带头人，首批入选省“赣鄱英才555工程”，南昌大学食品科学与技术国家重点实验室学科带头人。

Investigation into IgG/IgE binding capacity and gut microbiota of digestion products derived from glycated ovalbumin

Jihua Maoa, Yanhong Shaoa, Hui Wangb, Jun Liua,*, Zongcai Tua,b,*

a National R&D Center for Freshwater Fish Processing, College of Life Science, College of Chemistry and Chemical Engineering, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China

b State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China

*Corresponding authors.

Abstract

Gut microbiota plays an important role in food allergy. The immunoglobulin G (IgG)/immunoglobulin E (IgE) binding capacity and human gut microbiota changes of digestion products derived from glycated ovalbumin (OVA) were investigated. Gastrointestinal digestion effectively destroyed the primary structure of glycated OVA, resulting in a significantly higher digestibility than gastric digestion, and more abundant peptides < 3 kDa. Moreover, gastric and gastrointestinal digestion products have different fluorescence quenching and red shift of fluorescence peaks, and possess different conformational structures. These changes resulted in a decrease in 28.7% of the IgE binding capacity of gastrointestinal digestion products beyond that of pepsin. Moreover, gastrointestinal digestion products of glycated OVA increased significantly the proportion of Subdoligranulum, Collinsella, and Bifidobacterium. Therefore, gastrointestinal digestion products of glycated OVA altered human intestinal microbiota, reducing the risk of potential allergy.

Reference:

MAO J H, SHAO Y H, WANG H, et al. Investigation into IgG/IgE binding capacity and gut microbiota of digestion products derived from glycated ovalbumin[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(6): 3633-3641. DOI:10.26599/FSHW.2023.9250045.

文章翻译由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、四川轻化工大学食品与酿酒工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所（四川省农业科学院食物与营养健康研究所）、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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