J. Future Foods| UHPLC-Q-Exactive-MS/MS代谢组学和网络药理学：杏鲍菇在预防肥胖方面潜在机制

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Introduction

杏鲍菇（PE）是一种可食用和药用的真菌。PE因其在医学、食品工业和环境修复等多个领域的潜在应用而受到相当关注。这种真菌具有独特的特性，例如易于获取，通常比其他药用真菌便宜。其营养成分主要包括蛋白质、碳水化合物、不饱和脂肪酸、膳食纤维等，这些成分具有多种生物活性，包括抗氧化、降脂、抗肿瘤、免疫调节和抑菌等作用。

在烹饪过程中，可食用蘑菇的化学成分、物理性质和酶改性可以在不同程度上被轻易改变，导致感官、营养和结构的变化，这些变化对其营养价值、消化性和吸收有积极和消极的影响。目前，越来越多的研究正在通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析可食用蘑菇在干燥加工后挥发性风味化合物，而可食用蘑菇通常在烹饪后食用，更多非挥发性物质可能会对风味产生影响。食物中含有来自小分子食品样品的多种代谢物，其浓度和极性具有广泛的动态范围。非靶向代谢组学广泛应用于研究各种因素导致的加工食品的营养和感官变化。特别是超高效液相色谱-四极杆-质谱（UHPLC-Q-Exactive-MS/MS）在代谢物研究中发挥着重要作用，具有足够的灵敏度、非常高的分辨率、高质量准确度和强大的碎片离子扫描能力。

从PE的代谢物中筛选出更多的碳水化合物，因此筛选出的碳水化合物将用于网络预测方法，以探索它们是否具有预防肥胖的效果，并检验潜在的分子靶点以及预防和治疗肥胖的信号通路。网络药理学是一门跨学科科学，它利用药物在生物网络中的药理机制来解释药物成分、靶点和疾病之间的关系。分子对接是一种用于研究分子间相互作用并预测它们的结合模式和亲和力的理论模拟方法。基于内源性代谢物的整体研究策略与食品营养的“多成分、多靶点、协同调节”特征相一致，网络药理学和分子对接技术的联合使用在生物标志物发现和作用机制研究中具有独特优势。

在本研究中，我们采用了UHPLC-Q-Exactive-MS/MS代谢组学技术，全面分析了不同烹饪条件下PE的代谢物和香味物质。此外，我们将继续筛选烹饪后PE中的碳水化合物成分，并结合网络药理学和分子对接，预测在预防肥胖方面表现出前景的PE中碳水化合物成分的潜在分子靶点和信号通路。这些重要的发现有助于选择PE的最佳烹饪方法，并为该领域未来的研究提供了一定指导。

Results

烹饪过程中PE的代谢表型分析

如图 1 所示， QC 样本（浅蓝色）聚类良好，表明实验具有良好的重现性。 5 个组中的每一个都是一个高度分离的类别，表明这 5 组的代谢物在组间差异更大，而组内差异较小。代谢谱的差异反映了杏鲍菇样本组成的差异。

R ，未处理样本； A ，空气油炸； B ，水煮； F ，油炸； S ，蒸制。

图1PCA得分图

PLS-DA得分图显示出明显的类别分离，表明该模型具有良好的拟合和预测能力（图2A～D）。由图2E～H可知，该模型没有过拟合，且差异代谢物的分析相对准确。

图2 基于UHPLC-Q-Exactive-MS/MS数据的所有PE样本的PLS-DA得分散点图和200 次置换测试

不同烹饪方法的PE样本代谢物特征

选择了35 种代谢物作为关键代谢物（表1），这些代谢物包括18 种脂类及类脂分子、6 种有机酸及其衍生物、6 种核苷、核苷酸及其类似物、3 种有机杂环化合物、1 种苯基化合物和1种有机氧化合物，表明不同的烹饪方法对代谢物的合成具有显著影响。

表1 在PE样本中识别出的代谢物

由图3可知，生PE组和熟PE组出现明显分别。4 种烹饪方法呈现出不同的趋势，由于4 种烹饪方法的时间和温度不同，某些代谢物的差异有所变化。然而，这些差异相对较小，因而可以检测到更多的代谢物，选择共同代谢物作为更可靠的评估指标。

图3 热图（A）和代谢通路（B）分析

KEGG通路分析

研究共识别出13 条通路（图3B），其中，嘌呤代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘油磷脂代谢和亚油酸代谢显著富集（P<0.05）。在烹饪过程中，嘌呤表现出不同的趋势；丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸通路是PE中形成良好风味的重要通路。

空气油炸和水煮代谢物的比较分析

根据VIP>1和P<0.05，鉴定出16 种代谢物被标记为主要代谢物，包括6 种脂类和类脂分子，5 种有机酸及其衍生物，2 种有机杂环化合物，2 种苯类化合物，1 种核苷（图4）。

A，空气油炸；B，水煮。

图4 空气油炸与水煮代谢物比较热图

在PE中对碳水化合物目标和肥胖目标的预测

关于肥胖相关的靶标，在DisGeNet、OMIM和GeneCards数据库中分别筛选出了2 821、91、10 709 个靶标。去除重复序列后总共获得了11 285 个肥胖相关的靶标，疾病靶标与预测成分靶标的交集得到了173 个交集靶标（图5A）。

A.碳水化合物与肥胖疾病目标的维恩图；B.组分与疾病目标之间的相互作用网络图；C. STRING数据库中交集目标的PPI网络图。

图5 PE碳水化合物对肥胖的网络药理学分析

PPI网络的分析与组件-疾病-靶点网络的构建

构建了一个包含193 个节点和658 条边的组分-疾病-靶点相互作用网络（图5B）。为分析靶点相互作用，将173 个重叠靶点导入STRING，并选择“Homosapiens”作为“物种”以构建PPI网络，结果得到一个包含167 个节点和931 条边的网络图（图5C）。PPI网络被导入Cytoscape 3.9.2软件进行进一步分析和评分，获得了分子网络图，如图6所示。对每个靶点进行了统计分析，以提取具有最强相互作用的PPI子网络。结果显示，STAT3、CASP3、JUN、PPARA、HSP90AA1、MMP9、IL2、PRKACA、PRKCA和TLR4的靶点在网络中发挥了重要作用，可能是PE中碳水化合物的关键靶点。

图6在Cytoscape 3.9.2软件中靶向蛋白相互作用网络，通过PPI筛选获得的最强交互子网络以及从PPI筛选中可视化和分析的关键靶向网络

GO和KEGG富集分析

GO和KEGG富集分析如图7所示。

图7关键靶点目标的GO（A）和KEGG（B）富集分析

分子对接结果

碳水化合物与主要受体蛋白质具有良好的结合亲和力，并表明其结合是自发且稳定的，因为碳水化合物与主要靶点的对接结合能均<0（图8A）。对接结合能表明D-甘露糖、D-核糖、D-岩藻糖、D-葡萄糖醛酸、D-木糖、D-半乳糖和D-果糖与JUN良好对接，而

D

A.分子对接结合能热图；B～I.分子对接示意图。

图8 分子对接分析

Conclusion

烹饪过程中PE的代谢表型分析

研究基于UHPLC-Q-Exactive-MS/MS代谢组学方法研究了四种烹饪方法下PE的代谢物变化及其味道，并利用网络药理学探讨了PE碳水化合物在预防肥胖中的机制。首先，通过UHPLC-Q-Exactive-MS/MS代谢组学筛选出了包括脂质和类脂质分子、有机酸及其衍生物、核苷、核苷酸及其类似物以及其他小分子在内的35 种关键代谢物。脂质和类脂质分子的影响最为显著，不同烹饪方法的代谢物表现出不同趋势，其中经过水煮的样品含有多种甘油磷脂、甘油酯、不饱和脂肪酸等，其次是煎炸和空气油炸。空气油炸是一种新兴的烹饪方式，这种烹饪方法使有机酸及其衍生物、核苷、核苷酸和类核苷酸、腺嘌呤和黄嘌呤在空气油炸中更加丰富，从而赋予PE独特的味道；尽管风味物质的刺激性更低，水煮却含有多种对人体有益的脂质和类脂质分子，并产生对人体有害的物质。因此，分别比较了空气油炸和水煮，发现空气油炸产生了比水煮更多的有害物质（例如苯类化合物和有机杂环化合物），所以认为水煮来烹饪PE是一种健康、减脂和有益的方式。研究提供了关于不同烹饪方法对PE代谢物及其风味特性变化的影响的新见解，突显了该方法在分析PE烹饪后代谢成分变化方面的实用性。其次，我们通过构建几种碳水化合物（即甘露糖、核糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖、木糖、半乳糖和岩藻糖）与肥胖相关靶标之间的相互作用网络，研究了PE中的碳水化合物在预防肥胖方面的作用，并预测了它们的通路和网络药理学的生物功能。结果发现有173 个靶标与PE碳水化合物在治疗肥胖方面密切相关，10 个关键蛋白靶标经过PE碳水化合物的对接研究进行了验证。本研究通过提供对PE碳水化合物抗肥胖生物活性的新理解，为开发基于PE碳水化合物的产品提供了新的机会。

Integrated UHPLC-Q-Exactive-MS/MS metabolomics and network pharmacology to explore the potential mechanism of obesity prevention in

Pleurotus eryngii

Ruixue Yuab1, Hejiang Zhouab1, Miao Xiongab, Junquan Chenab, Shuangping Wangab, Wen Xuab, Yang Tianabcd*, Lingyan Suab*

a

Yunnan Provincial Laboratory of Precision Nutrition and Personal Manufacturing, College of Food Science and Technology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China

b

Yunnan Provincial laboratory of precision nutrition and personalized manufacturing, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China

c

National Research and Development Professional Center for Moringa Processing Technology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China

c

Pu'er University, Pu'er 665000, China

1

These authors contributed equally to this work.

*Corresponding author.

Abstract

Most of the Pleurotus eryngii (PE) are consumed after cooking. The aim of this study was to investigate the metabolites and flavour changes of PE under four cooking methods, namely, air frying, boiling, frying and steaming, by using metabolomics techniques, and to screen the components for network prediction of components that have the potential to prevent obesity, and to explore the underlying mechanisms. We used the UHPLC-Q-Exactive-MS/MS metabolomics method to identify and screen 35 metabolites as the major chemical components of PE, including lipids and lipid-like molecules, organic acids and derivatives, nucleosides, nucleotides, analogues, and other small molecules. In addition, a network pharmacology approach was used to identify targets such as STAT3, CASP3, and JUN were identified as playing important roles in the network. The results were validated by molecular docking. This study provides a basis for the optimization of cooking methods for PE and offers new insights for future research.

Reference:

YU R X, ZHOU H J, XIONG M , et al. Integrated UHPLC-Q-Exactive-MS/MS metabolomics and network pharmacology to explore the potential mechanism of obesity prevention in

Pleurotus eryngii

翻译：罗敬（实习）

编辑：龚艺；责任编辑：梁安琪

封面图片来源：摄图网

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