J. Future Foods | 猴头菌多肽对高脂饮食诱导的高脂血症小鼠的降血脂作用

Introduction

猴头菌(Hericium erinaceus)，属于担子菌属、孔菌属、齿科、猴头菌属，是一种食药两用的大型真菌。在自然界分布广泛，主要分布于北温带阔叶或针叶林和阔叶混交林，如西欧、北美、日本、俄罗斯等地。现代研究表明，猴头菌中含有多肽、多糖、萜类、甾醇、酚类等活性成分，具有抗氧化、降血脂、调节免疫、抗肿瘤、保肝等多种生物活性。基于以往的功能探索，猴头菌已广泛应用于医药、保健食品和普通食品的开发，具有非常广阔的市场前景。近年来，随着分离方法的不断改进，以及对猴头菌药物作用机制的深入研究，从子实体和菌丝中分离出了许多新的化合物，单体化合物的药理活性也得到了广泛的研究。但目前对猴头菌的研究主要集中在其多糖、醇提物和水提物上，对猴头菌蛋白和多肽的研究报道较少。研究表明，猴头菌蛋白质含量高达24.8%，含有17种氨基酸，其中包括8种人体必需的氨基酸。已有研究利用蛋白质组学和基因组学技术对猴头菌调控活性的蛋白进行了研究，其中有722个蛋白存在差异表达。有专家推测，这些差异蛋白可能与分子信号转导以及次级代谢和能量代谢有关，提示猴头菌生物合成基因的不同调控产生了具有不同药理作用的活性代谢物。因此，研究猴头菌蛋白和活性肽的药理活性具有重要的价值。目前尚无猴头菌多肽(Hericium erinaceus polypeptide ，HEP)治疗高脂血症的报道。

高脂血症是动脉粥样硬化、脂肪肝等心脑血管疾病的主要危险因素，严重影响人类身心健康。据统计，全世界每年有3000万人死于高脂血症引起的相关疾病，而且这个数字每年都在增加。血脂升高时，容易受到自由基的攻击，产生大量脂质过氧化物。研究表明，人类的许多代谢性疾病和衰老都与活性氧引起的大分子氧化损伤程度有关。要从根本上治疗和预防这类疾病，首先要清除体内的自由基，通过捕获或破坏氧自由基来恢复体内的自由基平衡。目前，洛伐他汀等降脂药物已被广泛用于临床诊断和维持正常血脂水平。然而，这些药物在临床应用中会产生严重的副作用；因此，开发能够恢复人体氧化损伤、提高脂质水平的功能食品就显得尤为重要。与蛋白质相比，生物活性肽更容易被人体吸收和利用，因此在小浓度时具有较强的生物活性。生物活性肽具有降血压、抗氧化、免疫调节、降血脂等功能活性。近年来，针对食药真菌中香菇柄肽、灵芝多肽、羊肚菌多肽等新型活性肽的降血脂作用进行了大量的研究，并对其降血脂活性及相关机制的研究取得了进展。因此，研究HEP的降血脂活性具有重要意义。

吉林农业大学王楠博士、刘婷婷教授等在文中采用超声-微波辅助酶法制备HEP，通过模拟胃肠道消化系统，比较不同分子量HEP在胃肠道消化前后抗氧化活性和降血脂活性的变化，并分析其变化情况。通过建立高脂血症模型，研究HEP对小鼠血脂及血清抗氧化指标的影响，为后续HEP体内降血脂机制的研究奠定基础。

Results and discussion

猴头菌多肽的体外降血脂能力评价

表1所示猴头菌多肽组分在模拟胃肠道环境下对牛磺胆酸盐和甘氨胆酸盐具有吸附作用，其结合率随多肽浓度的增加而增加，呈明显的剂量-反应关系。在实验浓度范围内，猴头菌多肽组分对牛磺胆酸盐的结合能力高于甘氨胆酸盐，猴头菌多肽组分对牛磺胆酸盐的结合能力更强。在实验浓度范围内，猴头菌多肽组分与牛磺胆酸盐和甘氨胆酸盐的结合能力依次为：HEP-II＞HEP-I＞HEP-III。在10 mg/mL浓度下，HEP-II对牛磺胆酸盐和甘氨胆酸盐的结合率分别为（65.08±0.02）%和（57.74±0.01）%，对2 种胆盐的吸附率均在50%以上。在体外模拟胃肠道环境实验后，我们验证了HEP可以与人体中的胆酸结合，降低胆汁酸在体内的肠肝循环强度。因此，我们初步证实HEP具有通过胆酸结合辅助降血脂的潜能，其作用机制可能依赖于肽链氨基酸残基的疏水性，胆汁酸的两亲疏水骨架结构可以通过疏水氨基酸与极性官能团有效结合。

表1 模拟胃肠道环境对猴头菌多肽组分胆酸盐结合率的影响

猴头菌多肽的结构特性

HEP-II的红外光谱分析如图1所示，在3 304 cm⁻¹处显示仲酰胺N-H的伸缩振动峰。氨基产生的作用使得C=O向低位数下移，在1 660 cm⁻¹和1 650 cm⁻¹处出现两个较强的C=O伸缩振动峰。此外，在1 031 cm⁻¹处出现氧与侧链碳相连的芳醚=C-O-C的伸缩振动（对称）峰。在1 592 cm⁻¹处出现NH的弯曲（面内）吸收峰。在1 152 cm⁻¹和1 245 cm⁻¹处分别是C-C伸缩振动吸收峰和烷烃类-C-H-面内弯曲吸收峰，均为蛋白质特征吸收峰。改变扫描参数，进一步对多肽结构变化敏感的酰胺I带进行扫描，经去卷积处理后，酰胺I可分离出5个吸收峰，对光谱进行微分，最后用Prota3s软件对光谱进行谱带拟合。

利用酰胺 Ⅰ 带分析HEP-II二级结构的差异，波数在1 610~1 640 cm⁻¹内为β-折叠，1 640~1 650 cm⁻¹内为无规卷曲，1 650~1 658 cm⁻¹内为α-螺旋，1 660~1 695 cm⁻¹内为β-转角。表2显示了HEP-II的二级结构含量，分别为 β-折叠23.15%、无规卷曲18.36%、α-螺旋47.71%和 β-转角10.78%。在实验结果中，HEP-II的α-螺旋含量比例最高，说明该多肽具有较高的疏水性。研究表明，多肽的疏水性在维持其与胆固醇结合的活性中起着重要作用。综上所述，高含量的α-螺旋结构对HEP-II的降血脂作用有一定的贡献。

图1 HEP-II的红外光谱分析

表2 猴头菌多肽组分的二级结构分析

猴头菌多肽对高脂饮食诱导的小鼠血脂水平的影响

高脂血症是脂质代谢异常引起的，主要表现为血清中TC、TG、LDL-C水平高或HDL-C水平低。血清TC、TG异常升高与心血管疾病的发生有关。HDL-C还可以作为TC反向运输的载体，HDL-C的增加可以加速TC在血液中的分解。

HEP-II干预对高脂饮食小鼠血脂指标的影响见表2。与正常对照组比较，高脂模型组小鼠血清TC、TG浓度明显升高(P＜0.05)， LDL-C显著升高(P＜0.01)， HDL-C显著降低(P＜0.05)，结果显示高脂模型组小鼠有明显的血脂异常。与高脂模型组比较，中、高剂量组小鼠血清TC、TG浓度明显降低(P＜0.05)，低剂量组TC、TG浓度也降低(P＞0.05）；高剂量组血清TC、TG浓度与辛伐他汀组比较，差异无统计学意义(P＞0.05)。说明一定剂量的HEP-II可抑制小鼠血清TC和TG浓度的升高，且浓度与剂量呈负相关。与高脂模型组比较，低剂量组小鼠血清HDL-C浓度升高约0.08 mmol/L，升高不显著(P＞0.05)。中、高剂量组小鼠血清HDL-C浓度显著高于高脂肪模型组(P＜0.05)，增幅分别为15.32%和31.53%。说明一定剂量的HEP-II可有效提高小鼠血清HDL-C水平。与高脂模型组相比，低、中、高剂量组小鼠血清LDL-C浓度降低，与剂量增加呈负相关。低剂量组与高脂模型组比较，差异无统计学意义(P＞0.05)。与高脂模型组比较，中、高剂量组间差异有统计学意义(P＜0.05)。实验结果表明，HEP-II能有效降低小鼠LDL-C浓度，且在高剂量组效果较好。

根据血清TC和HDL-C计算动脉粥样硬化指数(AI)。与正常对照组相比，高脂模型组小鼠AI值显著升高(P＜0.01)，表明高脂肪饮食导致小鼠动脉粥样硬化的形成。与高脂模型组比较，辛伐他汀组及中、高剂量组小鼠AI值降低。低剂量组小鼠AI值明显降低(P ＜0.05)，辛伐他汀组及中、高剂量组的AI值均显著降低(P＜0.01)。这些结果表明，HEP-II抑制动脉粥样硬化具有剂量依赖性。

综上所述，在本研究证实了HEP-II对血脂异常和心血管疾病的预防作用，高HEP-II浓度对血脂水平的调节作用更明显。

表3 HEP-II对高脂小鼠血脂指标的影响

Conclusion

采用超声-微波辅助酶法制备HEP，多肽得率为(65.14±0.05)%。5 kDa和10 kDa超滤膜分离得到猴头菌3种分子量范围不同的多肽组分，分别为HEP-I(10.70±1.21)%、HEP-II(56.19±1.06)%和HEP-III(33.11±0.94)%。本研究通过模拟胃肠消化实验，比较分析猴头菌消化前后多肽组分的抗氧化和降血脂能力。结果表明，猴头菌多肽组分在胃肠道消化前后具有较强的抗氧化和降脂能力，胃肠道消化后多肽组分的总体活性变化较小，胃肠道稳定性较高。其中，分子量为5~10 kDa的HEP-II具有最强的抗氧化和降血脂能力，这可能是因为HEP-II的二级结构主要由无规则卷曲(18.36%)和α-螺旋结构(47.71%)组成，这有利于HEP-II的抗氧化和降血脂能力。动物实验结果表明，HEP-II通过改善降血脂、提高肝脏抗氧化能力，具有显著的降血脂作用。结合病理观察和分析，作者发现HEP-II改善肝脏脂肪病变和脂质代谢紊乱，可以减少肝内脂质积累，从而保护肝脏，降低脂肪肝的发病风险。综上所述，这些结果表明，HEP是一个有希望的功能成分的缓解血脂。

第一作者简介

王楠，博士，主要研究方向为食药用菌精深加工及功效成分作用机制研究。

同政权，硕士，主要研究方向为食药用菌精深加工及功效成分作用机制研究。

通信作者简介

刘婷婷，博士，吉林农业大学教授，硕士生导师，吉林农业大学青年拔尖人才，兼任吉林省养生保健协会常务理事、吉林省营养师协会常务理事、第十七届长春市青年联合委员会委员。主要从事主要粮油植物蛋白精深加工、食药用菌精深加工及功能性食品开发等方面的研究工作，先后主持“十三五“国家重点研发计划、吉林省重点科技攻关、吉林省青年科研基金、长春市科技支撑计划及企业横向合作科研项目17项，发表科研论文40余篇，获得国家发明专利80项，转让国家发明专利22项。获吉林省科学技术一等奖5项、吉林省科学技术二等奖2项。

张艳荣，博士，吉林农业大学二级教授，博士生导师，吉林省高级专家，吉林省有突出贡献的中青年专业技术人才。主要从事食品科学、粮油植物蛋白精深加工、食药用菌精深加工及功能性食品开发等方面的研究工作。主持或主要参加国家重点研发计划、国家“863”、国家重大科技支撑、国家重大科技成果转化、吉林省重点科技攻关、长春市重大科技攻关及与企业横向合作科研课题29项；获国家发明专利80余项，转让专利及专项技术28项，为学校创造直接经济效益一千多万元。获国家、省级科研成果8项；获吉林省科技进步一等奖4项、吉林省科技进步二等奖3项。主编及参编“十一五”规划等公开出版教材与著作6部，在SCI、EI收录期刊及中文重要期刊上发表学术论文110余篇。从教31年来先后主讲了12门本科与研究生课程。培养博士、硕士研究生50余人。

Effects of Hericium erinaceus polypeptide on lowering blood lipids of mice with hyperlipidemia induced by a high-fat diet

Nan Wang^a,b,#, Zhengquan Tong^a,c,#, Dawei Wang^a,c, Yanrong Zhang^a,c,*, Tingting Liu^a,c,^*

^a School of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China

^b Key Laboratory of Technological Innovations for Grain Deep-Processing and High-Effeciency Utilization of By-products of Jilin Province, Changchun 130118, China

^cEngineering Research Center of Grain Deep-Processing and High-Effeciency Utilization of Jilin Province, Changchun 130118, China

*Corresponding authors.

E-mail address: xcpyfzx@163.com

ltt1984@163.com

Abstract

Hericium erinaceus polypeptide (HEP) was prepared by an ultrasound-microwave assisted enzymatic method. Using an ultrafiltration membrane with molecular weights of 5 and 10 kDa, HEP was fractionated into three fractions, namely, (HEP-I (< 5 kDa), HEP-II (5–10 kDa), and HEP-III (> 10 kDa)). In vitro chemical methods were used to compare the antioxidant and hypolipidemic abilities of the polypeptide fractions from H. erinaceus before and after simulated gastrointestinal digestion. By constructing a hyperlipidemia model, the hypolipidemic ability of the high active fraction (HEP-II) was verified. The results showed that the antioxidant and hypolipidemic abilities of the polypeptide fractions from H. erinaceus did not change dramatically during simulated gastrointestinal digestion in vitro. The polypeptide fractions from H. erinaceus exhibited high tolerance to simulated gastrointestinal digestion in vitro, with strong antioxidant and hypolipidemic activities. HEP-II with a molecular weight of 5–10 kDa had the best stability, antioxidant, and hypolipidemic abilities in gastrointestinal digestion. The secondary structure of HEP-II was mainly composed of random coil (18.36%) and α-helix (47.71%) structures, which was beneficial to the hypolipidemic ability of HEP-II. Animal experiments showed that compared to the high-fat model group, HEP-II could inhibit the weight gain of the mice, decrease the liver index and serum levels of the serum total cholesterol (TC), triglycerides (TG), low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C), nitric oxide synthase (NOS), alanine aminotransferase (AST), and glutamic-pyruvic transaminase (ALT), increase the levels of glutathione peroxidase (GSH-Px) and high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C), decrease the arteriosclerosis index (AI), and improve the hemorheological indices of the mice. In addition, the whole blood and plasma viscosities of the mice decreased, and HEP-II increased the level of superoxide dismutase (SOD) in the liver, reducing the level of malondialdehyde (MDA), and the degree of oxidative stress in the liver of hypolipidemia mice. Furthermore, HEP-II improved liver steatosis. These results indicated that the polypeptide fractions from H. erinaceus all had a potential hypolipidemic effect, and HEP-II had the strongest potential hypolipidemic effect.

Reference:

WANG N, TONG Z Q, WANG D W, et al. Effects of Hericium erinaceus polypeptide on lowering blood lipids of mice with hyperlipidemia induced by a high-fat diet[J]. Journal of Future Foods, 2022, 2(4): 346-353. DOI:10.1016/j.jfutfo.2022.08.006.

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