ε-聚赖氨酸调控C57BL/6J小鼠肝脏代谢组与蛋白质组的整合分析揭示其营养调控机制

本研究通过DIA蛋白质组学和LC-MS/MS代谢组学技术，解析了ε-聚赖氨酸(ε-PL)对C57BL/6J小鼠肝脏代谢通路的影响。研究发现ε-PL通过调控谷胱甘肽代谢、甘油磷脂代谢和ABC转运蛋白通路关键靶点（如GST P1、LPCAT3、ABCA1），显著改变肝脏代谢谱和蛋白质表达谱，为食品添加剂在营养代谢领域的应用提供了多组学证据。

　　

【研究背景】
在食品工业中，ε-聚赖氨酸(ε-PL)作为一种由25-35个赖氨酸组成的生物防腐剂，已被美国FDA认定为GRAS（一般认为安全）物质。这种具有α-螺旋结构的聚合物不仅能有效抑制大肠杆菌O157:H7等食源性病原体，还在药物递送和基因载体等领域展现出应用潜力。然而，关于ε-PL在生物体内的代谢调控机制，特别是对关键营养代谢通路的影响，长期以来缺乏系统性研究。

河南工业大学生物工程学院与中国农业科学院麻类研究所的科研团队注意到，尽管ε-PL在食品保鲜方面应用广泛，但其对哺乳动物代谢网络的调控作用仍属未知领域。肝脏作为核心代谢器官，其代谢状态的变化可能直接影响机体健康。为此，研究人员设计了一项创新性实验，通过多组学联用技术揭示ε-PL对C57BL/6J小鼠肝脏的深层调控机制。

【关键技术】
研究采用80只SPF级C57BL/6J雄性小鼠，设置0/300/600/1200 mg/kg四个ε-PL剂量组。通过DIA蛋白质组学（Q Exactive HF质谱仪）和LC-MS/MS代谢组学（AB SCIEX Triple TOF 6600系统）分析肝脏样本，使用Progenesis QI和Spectronaut Pulsar软件进行数据处理，通过KEGG和GO数据库进行通路富集分析。

【主要结果】

1. 代谢组学特征分析
   通过正负离子模式检测到6369种代谢物，其中HMDB数据库注释693种。PCA分析显示各剂量组代谢谱显著分离（PC1=12.3-13.6%，PC2=22.2-25.1%）。差异代谢物中，甘油磷脂（如PC、PE）和鞘脂类显著下调，而脂肪酸和聚酮体上调。KEGG分析揭示谷胱甘肽代谢通路中GSH（C00051）和氧化型谷胱甘肽（C00127）含量降低。

2. 蛋白质组学特征
   DIA鉴定出4712种可信蛋白质，分子量主要<300kDa。差异表达蛋白分析显示：

• 300 mg/kg组：179个差异蛋白（62上/117下），ATP结合蛋白显著富集
• 600 mg/kg组：184个差异蛋白（80上/104下），GTP酶激活活性相关蛋白上调
• 1200 mg/kg组：176个差异蛋白（73上/103下），自噬正调控蛋白增加

1. 多组学整合分析
   交叉分析发现三条核心通路：

• 谷胱甘肽代谢：GST P1（P19157）上调伴随GSH下降
• 甘油磷脂代谢：LPCAT3（Q91V01）下调导致LysoPC（C04230）积累
• ABC转运蛋白：ABCA1（P41233）上调而ABCG8（Q9DBM0）下调

【结论与意义】
该研究首次系统阐明了ε-PL通过多靶点调控肝脏代谢网络的分子机制：

1. 营养代谢调控：通过LPCAT3-ABCA1轴影响甘油磷脂重编程，可能改善脂质代谢紊乱
2. 氧化应激防御：GST P1上调增强解毒能力，但GSH耗竭提示需警惕长期高剂量使用
3. 跨膜转运调节：ABC转运蛋白家族差异表达可能影响药物吸收分布

发表于《Scientific Data》的这项研究，不仅为ε-PL作为功能性食品添加剂的应用提供了理论依据，其建立的MMTBLS4273和PXD055010多组学数据库更为营养代谢研究提供了宝贵资源。特别值得注意的是，研究中发现的甘油磷脂代谢重编程现象，为开发新型代谢综合征干预策略提供了新思路。未来研究可进一步验证ε-PL在非酒精性脂肪肝等代谢性疾病中的潜在应用价值。