综述：是什么使食物蛋白质不安全？

《Food and Chemical Toxicology》：What makes a food protein unsafe?

本综述系统阐述了食物蛋白质安全评估的现代策略，指出传统基于化学风险评估的框架（如Codex Alimentarius指南）已不适用于具有复杂结构（如抑制剂胱氨酸结ICK基序、α-螺旋卷曲螺旋）和免疫原性潜力的蛋白质。文章重点解析了蛋白质的毒性（如核糖体失活蛋白RIPs、孔形成毒素PFTs）、致敏性（IgE介导的过敏、乳糜泻）及抗营养特性（如蛋白酶抑制剂、凝集素）等分子特征，强调需结合生物信息学（如AlphaFold2结构预测）与生物学相关性建立专属风险评估体系，推动从"默认有害"到"证据驱动"的范式转变。

　　

引言

随着社会对替代蛋白源的需求日益增长，亟需建立现代化的新型蛋白质安全性评估策略。当前蛋白质安全评估框架主要借鉴化学风险评估方法，但蛋白质作为具有特定序列基序、折叠结构和免疫原性潜力的大分子，需要针对其特性定制评估工具。识别和理解哪些蛋白质特征可能引发不良健康效应，是准确预测新型蛋白质潜在风险的基础。

蛋白质潜在的不良影响

蛋白质表现出多样的结构和功能，其中少数已知可在口服后对脊椎动物产生不良健康影响。这些影响主要取决于蛋白质的固有特性，可归类为毒素、过敏原或其他危害（如佐剂、抗营养素、生物活性肽来源）。

2.1. 蛋白质的毒理学毒性特性

蛋白质的结构和功能是其毒性的关键决定因素。氨基酸序列决定了三维结构，进而决定其毒理学功能。与毒性相关的氨基酸可能在线性序列上相距甚远，但在折叠后的蛋白质结构中空间位置接近。例如，抑制剂胱氨酸结（ICK）基序（其特征是六个保守的半胱氨酸形成三个二硫键，穿线一个三链β-折叠片）能增强蛋白质在极端条件（如蛋白酶解、温度或pH变化）下的稳定性。其他与毒性相关的结构特征包括环化（保护肽段末端免受酶解）、寡聚化（如孔形成毒素PFTs的膜插入）以及多聚谷氨酰胺（polyQ）重复序列（与病理聚集相关）。毒性机制包括N-糖苷酶活性（破坏核糖体功能）、RNA水解酶活性、蛋白酶抑制、碳水化合物结合活性（凝集素特性）以及孔形成活性等。

2.2. 蛋白质的致敏性和免疫原性特性

免疫不良反应主要分为IgE介导和非IgE介导两类。

2.2.1. IgE介导的不良免疫反应

IgE介导的食物过敏包括致敏和激发两个阶段。致敏阶段涉及免疫系统对食物蛋白产生超敏反应，触发炎症细胞因子释放，激活树突状细胞，驱动初始T细胞分化为辅助性T细胞2（Th₂），进而促使B细胞产生抗原特异性IgE。激发阶段发生在致敏个体再次接触过敏原时，过敏原与结合在肥大细胞和嗜碱性粒细胞上的IgE抗体交联，导致细胞释放介质引发过敏反应，严重时可导致危及生命的过敏反应。影响食物蛋白免疫原性的因素包括其穿越胃肠道上皮的能力、消化稳定性以及与肠道相关淋巴组织（GALT）的相互作用。关键内在特性包括分子量（多数食物过敏原为10-70 kDa）、电荷（带正电荷的蛋白质如原肌球蛋白更易被吸收）以及翻译后修饰（PTMs），如糖基化（影响溶解度和稳定性）、硝化（改变酪氨酸残基）、二硫键形成（稳定结构保护表位）和脯氨酸羟基化（如花生过敏原Ara h 2）等。配体（如脂质、金属离子）结合也可通过增加结构刚性来影响过敏原的稳定性和免疫原性。

2.2.2. 非IgE介导的不良免疫反应

此类反应主要由先天免疫机制驱动，常表现为亚急性或慢性炎症，主要影响胃肠道。其中研究最深入的是乳糜泻。

2.2.2.1. 乳糜泻

乳糜泻是一种由摄入麸质触发的免疫介导的小肠疾病，发生于遗传易感个体。麸质是小麦、大麦和黑麦等谷物中的蛋白质混合物，富含脯氨酸和谷氨酰胺重复序列，这使其能够抵抗胃和胰腺酶的降解，从而使免疫原性肽段完整到达小肠。这些肽段可作为生物活性肽（BPs）的一个子集，含有致敏或毒性潜力的序列，导致肠壁损伤。半胱氨酸残基通过二硫键形成参与麸质聚合，也对其结构完整性和消化抗性至关重要。

2.3. 其他危害

2.3.1. 抗营养素

蛋白质类抗营养因子（ANFs）主要包括蛋白酶抑制剂（如Bowman-Birk型和Kunitz型抑制剂）和凝集素。蛋白酶抑制剂通过竞争性抑制人类和动物的蛋白消化酶（如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶）来暂时干扰消化，导致蛋白质吸收不良、生长受损和胰腺功能改变。凝集素是能可逆地结合特定碳水化合物的蛋白质或糖蛋白，可导致红细胞凝集并破坏肠道粘膜完整性。它们对宿主和细菌酶具有抗性， intact通过消化道并与肠细胞表面的聚糖受体结合，与多种胃肠道疾病相关。传统和新兴的食品加工方法（如浸泡、蒸煮、挤压、发酵、微波、γ-辐照）可有效降低或消除这些蛋白质类ANFs的不良影响。

2.3.2. 生物活性肽

生物活性肽（BPs）通常由2-20个氨基酸组成，在消化过程中从膳食蛋白质中释放出来，被吸收后可调节生理过程。虽然许多BPs具有健康促进作用（如抗氧化、抗高血压、抗菌），但其效应可能有益也可能有害，取决于剂量和生物利用度。

2.3.3. 佐剂

佐剂蛋白本身不直接触发免疫，但能增强机体对共施用抗原的免疫反应。例如，植物血凝素（PHA）可结合免疫细胞表面的碳水化合物残基，刺激淋巴细胞增殖和细胞因子释放。霍乱毒素B亚基（CTB）通过结合抗原呈递细胞上的GM1神经节苷脂受体，增强粘膜免疫反应并使免疫向Th₂谱倾斜。

结论

食物蛋白质是生命所必需，但部分蛋白质可能引起不良健康影响。当前基于化学风险评估和预防性原则的框架可能无法充分反映蛋白质的生物学特性。蛋白质安全评估应转向基于证据的比较性模型，即评估新型蛋白质是否与已知安全性的参考蛋白质（如常见膳食蛋白质）同样安全。这需要建立包含蛋白质结构、功能、临床关联等详细注释的专用数据库，开发整合序列、结构、基序和功能的下一代计算工具，并建立稳健的验证流程（包括体外消化试验、表位结合研究和细胞模型），以减少不必要的动物试验，实现更精准的风险评估。

未来展望

未来蛋白质安全评估的发展方向包括构建适合风险评估的专用数据库、开发能够整合多维信息的先进计算算法（如人工智能和机器学习），以及建立支持计算预测的体外和体内验证体系。这将推动该领域向更具预测性、透明性和生物学相关性的范式转变。