李春美教授:脂质筏作为膳食多酚发挥多效生物活性的潜在分子靶标_杏鑫娱乐登录测速

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责任编辑:食品科学

华中农业大学食品科学技术学院李春美教授于9月21日在食品领域国际顶级期刊Critical review in food science and nutrition(2019 IF:7.862)在线发表了题为:“Lipid rafts as potential mechanistic targets underlying the pleiotropic actions of polyphenols”综述文章。该文从脂质筏与多酚相互作用的独特视角指出细胞膜脂质筏可能是膳食多酚发挥多种生物活性的潜在分子靶标,并阐述了多酚通过影响脂质筏进而发挥多重生物活性的分子机制以及多酚与脂质筏相互作用的研究方法。第一作者为华中农业大学博士研究生王瑞丰,通信作者为李春美教授。

Introduction

膳食多酚因其种类繁多,来源广泛(如图1),并且无显著副作用,受到国内外众多食品及营养学家的研究与关注。近年来,许多慢性疾病,如代谢综合征,心血管疾病,糖尿病,癌症,肥胖等,正在严重危害人类的身心健康。现有研究表明饮食多酚与许多慢性疾病的发生成显著负相关,但是多酚发挥多重生物活性的分子机制仍不清楚。

脂质筏(富含胆固醇,鞘脂,及信号蛋白)作为细胞膜上有序的微区域,在细胞内外信号传递中扮演着重要角色。华中农业大学李春美教授课题组在前期研究基础上,综合现有的研究发现与证据,提出了脂质筏可能作为多酚发挥多重生物活性的分子靶标,这为揭示膳食多酚的多重生物活性及阐述其分子机制和构效关系提供了新思路。

Main contents

1)多酚影响脂质筏结构发挥生物活性

研究发现脂质筏结构的完整性是许多细胞发挥生物活性的必要条件,多酚通过破坏脂质筏结构完整性可发挥抗癌,抗心血管疾病,抗炎,抗过敏,抗肥胖,降血糖等生物活性。由于多酚的结构复杂,母核多样,现有的证据表明多酚破坏脂质筏结构主要由以下两种方式:一、多酚破坏脂质结构筏域的大小,例如以EGCG为代表的多酚会结合到细胞膜脂质筏上,破坏了结肠癌细胞脂质筏域的大小,进而影响癌细胞的生长发挥抗癌活性;二、多酚使得脂质筏有序域簇集,例如以白藜芦醇为代表的多酚显著增加脂质筏结构域的有序性,降低了细胞膜脂质筏的流动性,增加了死亡受体在脂质筏上的积累,聚集,进而增加了癌细胞的凋亡。尽管多酚对脂质筏结构的不同影响可以部分解释不同结构多酚生物活性差异的原因,但仍有待采用多种技术进一步深入探究和证实。

2) 多酚通过影响脂质筏介导的信号通路发挥多重生物活性

研究表明许多信号蛋白,包括67LR,epidermal growth factor receptor (EGFR), cellular mesenchymal to epithelial transition factor (c-Met), high-affinity IgE receptor (FcƐRI), insulin receptor (IR), and IGF-1R,主要定位在脂质筏上(如图1-2),并且这些信号蛋白调节的信号通路依赖于脂质筏结构的完整性。前人的研究及我们组研究发现膳食多酚通过结合胆固醇可破坏脂质筏的结构进而干扰脂质筏介导的信号通路,如67LR在许多癌细胞中过表达,多酚不仅可以破坏脂质筏结构的完整性,还可以直接结合到67LR上,激活癌细胞凋亡的信号从而发挥抗癌活性(如图1),此外多酚还可以影响67LR受体介导的信号通路发挥抗炎,抗过敏,心肌保护等生物活性(如图2)。

胰岛素受体(IR)或者胰岛素样生长因子受体(IGF-1R)定位在细胞膜脂质筏上,调节前脂肪细胞分化成为脂肪细胞,我们的前期研究发现,柿单宁及其降解产物(原花青素二聚体)可破坏脂质筏的结构进而抑制胰岛素受体介导的成脂分化通路(如图2),发挥抗肥胖活性。此外,胰岛素受体也介导葡萄糖摄取信号通路,其中Glucose transporter type 4 (GLUT4)可将胞外葡萄糖运输到胞浆内。研究表明多酚可激活胰岛素受体介导的信号流,增加GLUT4迁移到细胞膜脂质筏,进而发挥降糖活性(如图3)。

3) 多酚-脂质筏互作研究方法
脂质筏是富含胆固醇,鞘脂和信号蛋白、动态的超微结构域。因其结构及组成的特殊性,由此也衍生了许多研究脂质筏的方法技术,主要包括1)生物化学技术;2)生物物理技术;3)超分辨率显微观察技术;4)计算机模拟技术。每种方法都具有内在优势与不足,如生物化学技术可以将脂质筏分离出来进而研究脂质筏上信号蛋白的变化,但这种间接分离方法并不能完全等同于细胞膜脂质筏;生物物理技术可以体外重构脂质筏用来研究其机制,但细胞膜脂质筏组成及其复杂,因此只能代表脂质筏主要组成;超分辨率显微观察技术可以突破光学衍射极限,达到纳米级分辨率,但往往依赖于荧光染料;计算机模拟技术可以在原子分子层面探究分子间相互作用,为其分子机制研究提供便利。因此,在未来,联合多种技术探究多酚与脂质筏相互作用进而发挥生物活性显得尤为重要。
Conclusion:


脂质筏的结构和功能在慢性疾病的预防中扮演及其重要的角色,膳食多酚发挥多重生物活性的原因可能是通过与脂质筏相互作用。膳食多酚通过结合胆固醇可破坏脂质筏的结构干扰脂质筏介导的信号通路,进而发挥抗癌、抗炎、抗过敏、抗肥胖、心肌保护及降糖活性。尽管目前研究可初步解释膳食多酚发挥多重生物活性的原因,但膳食多酚与脂质筏的相互作用仍需要进一步通过1)生物物理工具,2)生物化学工具,3)超分辨率显微技术,4)计算机模拟等技术深入系统的研究。






通信作者简介

李春美 教 授




李春美,女,博士,三级岗教授,博导。中国园艺学会柿分会常务理事,中国农学会农产品加工分会理事。一直致力于植物多酚化学及其健康效应研究;入选瑞典“国际科学基金(IFS)”、“武汉市青年科技晨光计划”、“ 湖北省杰出青年基金”、“教育部新世纪优秀人才”等人才支持计划;主持国家科学基金面上项目、国家重点研发计划子课题、公益性行业专项子课题、国家“十二五”科技支撑计划子课题、教育部重点项目、湖北省重大科技攻关计划等课题30多项;以第一作者或通讯作者身份发表论文140余篇,其中SCI收录80多篇。主编和副主编教材各1 部,申请发明专利9 项,授权3 项。获得广东省科技进步一等奖2项、中华人民共和国农业部科技进步二等奖1 项、中华产学研合作创新成果一等奖1 项、神龙中华农业科技奖二等奖1 项。


第一作者简介

王瑞丰 博 士


王瑞丰,男,华中农业大学食品科学技术学院2019级博士研究生,研究方向为植物多酚调节脂质代谢的构效关系及分子机制。累计在国内外学术期刊共参与发表论文5 篇,其中发表在TOP期刊3 篇。参与国家重点研发计划子课题、中央高校基本科研专项资金等多项科研项目。

该文章《Lipid rafts as potential mechanistic targets underlying the pleiotropic actions of polyphenols》于《Critical Reviews in Food Science and Nutrition》2020年09月在线出版。点击此处即可查看摘要原文。

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