脂肪木脂素二葡萄糖苷（SDG）的酶促水解：提高其生物利用度并增强抗癌活性，以推动功能性食品的创新

《Food Bioscience》：Enzymatic hydrolysis of secoisolariciresinol diglucoside (SDG): Enhancing bioaccessibility and anticancer activity for functional food innovation

本研究通过优化纤维素酶R10水解条件（50℃，10 U/mL，96 h），将亚麻木脂体（SDG）转化为表secoisolariciresinol（SECO），转化率达75.52%（HPLC验证）。体外实验表明SECO对MCF-7乳腺癌细胞增殖抑制效果显著优于SDG（IC50分别为367 μM和1807 μM），其机制涉及G2/M期阻滞及线粒体凋亡，具体表现为ROS水平提升150%，ΔΨm下降23.9%，Bcl-2表达减少68.19%，caspase-3活性升高9.16%，并伴随细胞色素c释放。酶解过程使SDG的Bcl-2抑制活性提升3倍，证实纤维素酶介导的糖苷键水解可有效增强SDG生物活性，为开发功能性食品提供新策略。

　　

王守涛|黄静|李爱军|王勇|李颖

中国-马来西亚石油加工与安全一带一路联合实验室，济南大学，中国广州510632

摘要

亚麻籽（Linum usitatissimum L.）中含有的生物活性木脂素——木脂素二葡萄糖苷（SDG）具有多种健康益处，但由于其糖苷结构阻碍了肠道吸收，因此生物利用度较低。在本研究中，我们优化了纤维素酶R10催化的水解反应（50°C，10 U/mL，96小时），将SDG转化为木脂素（SECO），通过HPLC测定其转化率为75.52 ± 1.68%。体外抗癌实验表明，SECO对MCF-7细胞的抑制效果优于SDG（IC₅₀分别为367 μM和1807 μM）。机制研究表明，SECO可诱导G2/M期细胞周期停滞并触发线粒体凋亡，表现为活性氧（ROS）生成增加150.01 ± 20.11%，线粒体膜电位（ΔΨm）下降23.9 ± 0.98%，Bcl-2表达减少68.19 ± 2.13%，caspase-3活性升高9.16 ± 0.51%，以及细胞色素c释放。值得注意的是，酶介导的去糖基化作用使SDG的Bcl-2抑制活性提高了3倍。总体而言，纤维素酶驱动的SDG水解是一种提高亚麻籽木脂素生物利用度和抗癌潜力的有效方法，有助于将其开发为功能性食品成分。

引言

乳腺癌仍然是全球癌症相关死亡的主要原因（Siegel等人，2019年）。最近的研究表明，天然木脂素的膳食摄入量与其在体内的循环水平与特定癌症（尤其是乳腺癌）的风险之间存在显著的负相关（Zhou等人，2009年）。木脂素主要通过调节多种细胞信号通路发挥抗癌作用，包括抑制肿瘤细胞增殖和迁移、诱导细胞凋亡以及增强机体对肿瘤细胞的免疫反应（Danbara等人，2005年；Zhou等人，2009年）。

木脂素是一类由两个松脂醇单元部分缩合而成的酚类化合物，广泛存在于水果、蔬菜和全谷物中（Zhu等人，2024年）。亚麻籽（Linum usitatissimum L.）是植物木脂素最丰富的膳食来源，其主要木脂素形式为木脂素二葡萄糖苷（SDG）。SDG在植物中以与大分子复合物的形式存在，通过与3-羟甲基戊二酸（HMGA）的共价连接形成（Cheng等人，2024年）。SDG的主要局限性在于其肠道生物利用度较低，这主要是由于其芳香环上存在两个β-糖苷键，严重影响了其在肠道上皮的直接吸收。在哺乳动物肠道微生物群的作用下，SDG被代谢为木脂素（SECO），后者进一步转化为肠二醇（END）和肠内酯（ENL），这些代谢物在结构上类似于内源性哺乳动物雌激素。这种生物转化主要由Ruminococcus和Eubacterium等肠道细菌介导，这些细菌含有能够水解SDG糖苷键并催化后续还原和脱氢反应的酶（Jin等人，2007年）。临床前研究表明，这些微生物代谢物可通过抑制MCF-7乳腺癌细胞中雌激素的生物合成来发挥抗乳腺癌作用（Brooks & Thompson，2005年；Feng等人，2024年）。有趣的是，越来越多的证据表明，补充SDG可使人体血清中的SECO浓度比END和ENL高出5至12倍（Mukker等人，2015年；Quartieri等人，2016年；Setchell等人，2014年）。此外，SECO的生物利用度为25%，远高于END和ENL，使其成为主要的生物活性木脂素代谢物（Mukker等人，2015年）。因此，许多研究致力于开发体外切割SDG糖苷键的策略，以减少对肠道微生物代谢的依赖，从而提高其生物利用度和治疗潜力。

目前，已有多种方法用于切割SDG中的糖苷键。酸水解是一种常用的从SDG中回收糖苷的方法，但由于长时间加热或高浓度盐酸（HCl）会导致聚合物降解和酚基氧化，从而损害SDG的结构完整性和生物活性（Li等人，2008年）。另一种方法是利用微生物发酵，通过粪便来源的菌株将SDG转化为END和ENL。然而，大多数这类菌株尚未获得食品生产许可，限制了其工业应用（Peirotén等人，2019年）。初步研究表明，从Trichoderma viride中分离出的纤维素酶R10在处理亚麻籽壳和整粒种子时，其SECO释放效率优于β-葡萄糖苷酶（Kraushofer & Sontag，2002年；Renouard等人，2010年）。因此，酶辅助水解被认为是一种更温和的SDG糖苷键切割方法。

本研究旨在通过开发纤维素酶R10介导的酶水解策略来改善SDG的肠道生物利用度，生成去糖基化的SECO这一更具生物利用性和生物活性的代谢物。我们进一步使用CCK-8实验评估了SDG和SECO在MCF-7乳腺癌细胞中的抗增殖效果，并通过流式细胞术（分析细胞周期分布和凋亡情况）、Western blotting（分析凋亡相关蛋白表达）和分子对接（预测结合亲和力）来阐明它们的结构-活性关系和潜在分子机制。这些研究旨在建立一种提高亚麻籽木脂素生物利用度的机制框架，从而支持其作为功能性食品成分的应用。

材料与化学品

粗亚麻籽SDG（纯度约40%）由中国西安彩虹生物技术有限公司提供。氧化铝（200-300目）购自J&K Scientific有限公司（北京）。大孔树脂AB-8和硅胶（200-300目），以及2,2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH）和2,2′-偶氮双（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）（ABTS）购自Macklin生化有限公司（上海）。SDG和SECO标准品购自成都德赛特生物科技有限公司

通过酶水解制备SECO

在优化条件下（50°C，96小时）使用纤维素酶R10对SDG进行酶促去糖基化，商业SDG转化为SECO的转化率为75.52 ± 1.68%。SDG在酶水解前（图2A）和酶水解后（图2B）的HPLC图谱证实了纤维素酶R10对β-D-糖苷键的有效切割

结论

本研究探讨了使用纤维素酶对SDG的酶促转化，并评估了其在MCF-7细胞中的体外抗癌效果。亚麻籽（Linum usitatissimum L.）中的主要木脂素SDG在优化条件下通过纤维素酶介导的去糖基化反应转化为SECO，转化率为75.52%。结果表明，糖苷键的断裂显著提高了木脂素的生物活性：SECO表现出更强的抗氧化能力和抗癌效果

CRediT作者贡献声明

黄静：验证、软件处理、方法学设计、实验实施、数据分析。 王守涛：初稿撰写、数据可视化、结果验证、实验实施、数据分析。 李爱军：数据可视化、实验监督、结果验证、软件应用、资源协调、项目管理、方法学设计、实验实施、资金筹措、概念构思。 王勇：资源提供、项目管理、实验实施

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号2024YFE0214900）和中国国家自然科学基金（项目编号32072252）的支持。