FSHW | 芝麻素靶向脾脏酪氨酸激酶缓解IgE介导的食物过敏反应研究机制

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Introduction

近年来，我国食物过敏发病率不断上升，已成为日益严重的公共健康问题。食物过敏主要是由免疫系统将食物中的过敏原错误识别为有害物质而引起的IgE介导的Ⅰ型变态反应。常见的食物过敏原包括鱼、蛋、牛奶、贝类、大豆、小麦、坚果和花生，影响全世界约8%的儿童和3%～10%的成人。尽管目前尚未找到能够完全治愈食物过敏或彻底消除过敏原的方法，但一系列积极的干预措施展现出了令人振奋的效果。其中，开发低敏食品、探索天然膳食疗法以及提升过敏原检测技术等策略显示出巨大的应用前景，为食物过敏防治指明了方向。

不同种类的酚类化合物由于其结构多样性，实际抗食物过敏作用也不尽相同。最近的研究表明，酚类化合物可能通过调节BCR或FcεRI等免疫相关通路的信号传导，发挥治疗过敏性疾病的作用。探究天然酚类物质对食物过敏的缓解效果和对具体靶点的干预机制具有重要意义。

脾酪氨酸激酶（SYK）是高亲和力IgE受体（FcεRI）和B细胞受体（BCR）通路中的关键信号蛋白，负责下游信号转导。SYK通过调节B细胞增殖和分化，控制肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱颗粒，在过敏和自身免疫性疾病的发展中发挥重要作用。靶向抑制SYK磷酸化和信号传导被认为是治疗免疫性疾病有前景的方法。传统的小分子SYK抑制剂往往具有较高的肝肾毒性，会对机体产生不良反应。因此，开发更加安全有效的天然膳食成分以代替传统小分子抑制剂，进而缓解以食物过敏为代表的免疫疾病具有重要的临床意义。

Results and Discussion

脾脏酪氨酸激酶（Syk）活性位点的预测

通过DeepSite插件预测，获得评分为0.99（最大分数：1）的活性位点（图1A）。随后，使用PyMOL中的Getbox插件分析了5Y5T文件中的配体位置，并根据选择的配体位置确定了配体与SYK结合位点（图1C），发现该位点与DeepSite预测的SYK活性位点一致（图1A-B）。结合文献总结，最终确定了结合位点为SYK的ATP结合口袋。

图1 脾脏酪氨酸激酶的活性位点预测

靶向Syk的AutodockVina虚拟筛选部分结果

使用AutoDock Vina靶向SYK的ATP结合口袋进行抑制剂虚拟筛选。其中包括芝麻素及其代谢产物SC-1、SC-2等300种酚类化合物。表1显示与Syk结合能绝对值最高的前10种酚类化合物，芝麻素（Sesamin，SC）及其代谢产物(1R,2S,5R,6S)-6-(3,4-dihydroxyphenyl)-2-(3,4-methylenedioxyphenyl)-3,7-dioxabicyclo-[3,3,0] octane（SC-1）和(1R,2S,5R,6S)-2,6-bis(3,4-dihydroxyphenyl)-3,7-dioxabicyclo-[3,3,0] octane（SC-2）表现出了较好的结合效果。

表1 虚拟筛选中与Syk结合能最低的10种酚类化合物

候选抑制剂的ADMET预测结果

芝麻素及其代谢物相较于传统Syk合成抑制剂R406具有更高的肠道上皮细胞透过率和人体肠道吸收率，更易于吸收利用。对比分析肝脏毒性（HHT）、口服急性毒性（LD50）、生物浓度因子（BCF）和清除率（Clearance）等数据发现，芝麻素及其代谢物的肝脏毒性更低，人体耐受度更高，可能造成的损伤更小，同时具有更高的代谢清除率。综上所述，芝麻素与其代谢物较传统抑制剂R406更加安全可靠，吸收利用率更高，药物类似性更好。

表2 ADMET预测的候选化合物吸收、分布、代谢、排泄和毒性特性

Autodock分子对接结果

分析对接结果发现，芝麻素及代谢物具有比参考抑制剂（R406）更低的结合能值和抑制常数（Ki），表明与Syk可能具有更强的结合性能和更好的激酶活性抑制效果。分子对接结果显示，芝麻素、SC-1、SC-2和R406四种配体均能够有效占据Syk的ATP结合口袋，并且都能够与氨基酸残基Ala451和Asp512形成氢键，而结合这两个氨基酸位点是Syk抑制剂的关键特征。

表3 芝麻素、SC-1、SC-2、R406与Syk的Autodock分子对接结果

图2 Syk活性位点与芝麻素（A）、SC-1（B）、SC-2（C）、R406（D）的分子对接构象

Gromacs分子动力学模拟结果

分子动力学模拟结果显示，与传统的SYK抑制剂R406相比，芝麻素、SC-1和SC-2在与SYK的ATP结合口袋相互作用时表现出更稳定的结合模式和更低的结合能值。RMSD和RMSF结果表明，这些配体能够稳定SYK的构象，并影响其生物功能。氢键数量和总相互作用能的分析显示，芝麻素、SC-1和SC-2能够形成更稳定的氢键，并且具有更低的总相互作用能。此外，配体结合使得SYK蛋白腔体体积增加，表明存在较大的疏水区域，可能影响SYK的生物功能。综上所述，芝麻素及其代谢物对于SYK的ATP结合口袋具有更强的结合能力和更稳定的结合模式，可能作为传统SYK抑制剂的替代品。

图3 Syk活性位点与抑制剂（R406、芝麻素、SC-1、SC-2）的动力学模拟结果

应用自由能形貌提取代表性低能量构象

蛋白质的自由能概率分布函数（FEL）是基于MD平衡轨迹的概率分布函数，反映了构象与自由能之间的关系。图4显示所有组只有一个低能量盆地，表明所有系统都具有单一稳定构象。sesamin、SC-1和SC-2在模拟中更稳定地位于SYK的ATP结合口袋，而R406则移动到外部与残基形成氢键。这与先前的模拟结果一致。

图4 动力学模拟体系的自由能景观和复合物稳定构象

芝麻素抑制了IgE/HSA诱导的RBL-2H3细胞脱颗粒

芝麻素抑制了IgE/HSA刺激的RBL-2H3细胞的脱颗粒。MTT实验显示，5～60 μmol/L范围内的芝麻素对细胞存活率没有影响，但80 μmol/L时略有降低。随着芝麻素浓度的增加，释放的组织胺水平和β-Hex释放率明显降低，表明存在剂量依赖性。这些结果表明，芝麻素在5～80 μmol/L范围内显著影响了IgE/HSA刺激的RBL-2H3细胞的脱颗粒和细胞因子释放。

图5 芝麻素对RBL-2H3细胞脱颗粒反应的影响

芝麻素缓解了BALB/c小鼠IgE/HSA诱导的被动皮肤过敏反应

芝麻素改善了BALB/c小鼠IgE/HSA诱导的被动皮肤过敏反应。随着芝麻素剂量增加，耳部斑块面积减小，染料渗漏减少，耳部组织结构更有序。通过H＆E和甲苯胺蓝染色发现，芝麻素能够减轻肥大细胞的脱颗粒，降低血管通透性和组织水肿。综上所述，芝麻素剂量依赖性地减轻了急性过敏反应的严重程度。

图6 芝麻素给药对小鼠被动皮肤过敏反应（PCA）的影响

芝麻素缓解了卵清白蛋白诱导的系统性食物过敏模型中的临床症状

研究发现，暴露于过敏原后，过敏小鼠的体质量下降，脾/体质量比增加。经过过敏性评分指数评估，发现模型组小鼠体质量在24～32 d显著下降，而接受芝麻素的小鼠体质量在20 d后继续增加。体温方面，模型组小鼠在挑战后60 min内体温逐渐下降，而接受不同剂量芝麻素的小鼠体温下降速率不同。过敏评分显示，模型组过敏评分最高，而芝麻素治疗导致评分下降。脾脏/体质量比增加，且模型组脾脏尺寸显著增加，表明芝麻素能够剂量依赖地减轻食物过敏的临床症状。

图7 芝麻素对主动系统性食物过敏反应（ASA）的影响

芝麻素有效降低小鼠血清中过敏因子水平

根据图8显示的结果，与模型组相比，给予芝麻素的小鼠显著降低了OVA特异性IgE、OVA特异性IgG、组胺、IL-4和mMCP-1水平（P＜0.05）。随着芝麻素剂量的增加，这种降低效果更加显著。这些结果表明，芝麻素能够剂量依赖地减少食物过敏小鼠血液中的免疫球蛋白和促炎因子水平。

图8 芝麻素处理对食物过敏小鼠血浆中过敏因子水平的影响

芝麻素给药对小鼠脾脏中CD4+ T细胞分化的影响

Th1/Th2和Th17/Treg的平衡对于免疫系统功能至关重要，但在存在过敏原时可能会受到破坏。通过测量T-bet、GATA3、RORγt和Foxp3等转录因子的mRNA表达水平，可以了解免疫细胞分化、过敏期间Th细胞反应平衡的变化以及芝麻素的治疗效果。研究发现，与对照组相比，模型组的GATA3和RORγt mRNA表达水平显著增加，而T-bet和Foxp3 mRNA表达水平显著降低，表明免疫稳态受到破坏。芝麻素的给药能够显著抑制这些异常变化，尤其在使用更高剂量的芝麻素时效果更显著。因此，芝麻素能够有效调节Th细胞分化，缓解过敏症状，并维持免疫系统的正常功能。

图9芝麻缓解OVA诱导的脾脏CD4+T细胞分化标志基因的mRN表达失衡

芝麻素抑制脾脏中SYK与下游p38ERKp65的磷酸化激活

为深入了解芝麻素如何减轻OVA诱导的过敏反应，本研究分析了芝麻素对SYK及其下游蛋白（p38、ERK和P65）表达和磷酸化水平的影响。Western blot图像显示，与对照组相比，模型组的SYK、ERK、p38和P65的磷酸化水平显著增加。芝麻素的给药明显降低了这些OVA诱导的磷酸化水平，尤其在高剂量下效果更为显著。进一步免疫组化分析显示，芝麻素抑制了p-SYK/SYK相对密度比的增加，与Western blot结果一致。综上所述，芝麻素能够通过抑制SYK的磷酸化进而影响其下游p38、ERK和P65等信号蛋白的激活，从而缓解过敏反应。

图10 芝麻素抑制脾脏中Syk及其下游信号蛋白的活化水平

Conclusion

在这项研究中，本团队发现芝麻素及其代谢物SC-1和SC-2在一系列计算研究中对SYK表现出高结合亲和力和抑制效率。在AutoDock Vina对300种天然衍生物进行的虚拟筛选中，芝麻素、SC-1和SC-2对SYK的结合能量较其他酚类候选物更低。在分子对接过程中，与传统的SYK抑制剂R406相比，芝麻素、SC-1和SC-2在结合能量和抑制常数（Ki）方面较低，并在ADMET预测中表现出更高的生物利用度、安全性、代谢/清除率和分布均匀性。此外，它们在分子动力学模拟能够稳定地占据SYK的ATP结合口袋。

在IgE/HSA刺激的RBL-2H3细胞中，浓度为5-80 μmol/L的芝麻素显著抑制了脱颗粒和细胞因子释放。在小鼠模型中，芝麻素能够改善IgE/HSA诱导的急性被动过敏反应和OVA诱导的系统性食物过敏反应，降低过敏介质（如免疫球蛋白和促炎细胞因子）的水平，并部分纠正了脾脏中CD4+细胞分化的失衡。此外，芝麻素还能够抑制脾脏中SYK及其下游信号蛋白（如p38、ERK和p65）的磷酸化。综上所述，芝麻素可能是一种天然、安全、有效的SYK抑制剂，能够有效缓解IgE介导的肥大细胞的脱颗粒、局部急性过敏反应和食物过敏反应。

第一作者

李宇，山东农业大学食品科学与工程专业2021级硕士研究生，发表一区SCI论文1篇，申请国家发明专利3项，主要研究方向为天然膳食成分对免疫性疾病的调控机制，食物过敏发作机制。

篝火狂欢夜

李锋，教授，博士生导师，山东农业大学食品科学与工程院副院长。现为中国营养学会会员，山东省食品科学技术学会常务理事，山东省食品科学技术学会青年工作委员会副主任委员，食品营养与健康工作委员会秘书长，中国农学会食物营养与营养分会委员。美国威斯康辛大学、Barbara Ann Karmanos癌症研究所访问学者。主讲《食品化学》、《食品化学与分析实验》、《食品营养与健康》等课程。主要从事食品营养与化学、农产品加工与质量控制领域的研究。先后主持或参与国家自然科学基金、中国博士后科学基金、山东省自然科学基金、山东省重点研发计划等项目12项；在

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Sesamin is an effective spleen tyrosine kinase inhibitor against IgE-mediated food allergy in computational, cell-based and animal studies

Yu Lia,b, Xuerui Chena,b, Longhua Xua,b, Xintong Tana,b, Dapeng Lia,b, Dongxiao Sun-Waterhousec,*, Feng Lia,b,*

a College of Food Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China

b Key Laboratory of Food Nutrition and Human Health in Universities of Shandong, Tai’an 271018, China

c School of Chemical Sciences, The University of Auckland, Auckland 1142, New Zealand

*Corresponding author.

Abstract

Food allergy has become a global concern. Spleen tyrosine kinase (SYK) inhibitors are promising therapeutics against allergic disorders. In this study, a total of 300 natural phenolic compounds were firstly subjected to virtual screening. Sesamin and its metabolites, sesamin monocatechol (SC-1) and sesamin dicatechol (SC-2), were identified as potential SYK inhibitors, showing high binding affinity and inhibition efficiency towards SYK. Compared with R406 (a traditional SYK inhibitor), sesamin, SC-1, and SC-2 had lower binding energy and inhibition constant (Ki) during molecular docking, exhibited higher bioavailability, safety, metabolism/clearance rate, and distribution uniformity ADMET predictions, and showed high stability in occupying the ATP-binding pocket of SYK during molecular dynamics simulations. In anti-dinitrophenyl-immunoglobulin E (Anti-DNP-IgE)/dinitrophenyl-human serum albumin (DNP-HSA)-stimulated rat basophilic leukemia (RBL-2H3) cells, sesamin in the concentration range of 5–80 μmol/L influenced significantly the degranulation and cytokine release, with 54.00% inhibition against β-hexosaminidase release and 58.45% decrease in histamine. In BALB/c mice, sesamin could ameliorate Anti-DNP-IgE/DNP-HSA-induced passive cutaneous anaphylaxis (PCA) and ovalbumin (OVA)-induced active systemic anaphylaxis (ASA) reactions, reduce the levels of allergic mediators (immunoglobulins and pro-inflammatory cytokines), partially correct the imbalance of T helper (Th) cells differentiation in the spleen, and inhibit the phosphorylation of SYK and its downstream signaling proteins, including p38 mitogen-activated protein kinases (p38 MAPK), extracellular signal-regulated kinases (ERK), and p65 nuclear factor-κB (p65 NF-κB) in the spleen. Thus, sesamin may be a safe and versatile SYK inhibitor that can alleviate IgE-mediated food allergies.

Reference:

LI Y, CHEN X R, XU L H, et al. Sesamin is an effective spleen tyrosine kinase inhibitor against IgE-mediated food allergy in computational, cell-based and animal studies[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(2): 9250081. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250081.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意