胭脂红酸通过表观遗传调控影响基因表达的作用机制研究

推荐：本研究针对食品添加剂胭脂红酸是否具有表观遗传调控作用这一科学问题，通过酵母FLO1启动子报告基因系统（FLO assay）和小鼠胚胎干细胞Oct3/4表达分析，发现5-20 μM胭脂红酸可显著激活FLO1启动子活性并降低Oct3/4表达，提示该化合物可能通过改变DNA甲基化（DNMT）或组蛋白修饰影响基因表达，为食品添加剂安全性评估提供了新视角。

　　

在食品工业广泛使用的天然色素胭脂红酸，是一种从胭脂虫提取的蒽醌类衍生物，被欧盟、美国等批准为安全食品添加剂。尽管传统毒理学测试显示其无致突变性，但近年研究发现某些蒽醌衍生物（如茜素）可通过表观遗传机制影响基因表达。这引发重要科学问题：作为结构相似的化合物，胭脂红酸是否也会干扰表观遗传调控？鉴于表观遗传紊乱与癌症、发育异常等疾病密切相关，阐明食品添加剂对表观基因组的影响具有重大公共卫生意义。

为回答这一问题，研究人员建立了一套创新研究体系：利用酿酒酵母FLO1基因（其表达受DNA甲基转移酶DNMT和组蛋白去乙酰化酶抑制剂调控）作为表观遗传标志物，开发了FLO检测技术；同时选用小鼠胚胎干细胞EB3系中核心多能性基因Oct3/4（其表达受表观遗传严格调控）作为哺乳动物模型标志物。通过这两种跨物种的生物标志系统，全面评估了胭脂红酸的潜在表观遗传效应。

关键技术方法包括：1）构建携带FLO1启动子驱动GFP报告基因的酵母菌株（含人源DNMT1/DNMT3B转基因或空载体对照）；2）采用大鼠肝脏S9组分模拟代谢转化；3）通过半定量RT-PCR检测小鼠ES细胞Oct3/4表达；4）MTT法评估细胞活性。

研究结果揭示：

1. FLO1报告基因活性提升：在野生型（WT）和DNMT转基因酵母中，5-20 μM胭脂红酸使FLO1启动子驱动的GFP荧光强度显著增加（P<0.05-0.0001），但当启动子CpG位点被删除后该效应消失，证实其作用依赖表观遗传调控元件。

2. 代谢失活现象：经大鼠肝脏S9组分处理后，胭脂红酸失去激活FLO1的能力，提示其原型化合物而非代谢产物具有表观遗传活性。

3. 哺乳动物模型验证：10 μM胭脂红酸处理使小鼠ES细胞Oct3/4 mRNA水平显著降低（P<0.05），并诱导部分细胞出现纺锤形形态改变，而母体化合物蒽无此效应，证实其特异性影响多能性维持相关表观遗传程序。

讨论部分指出，这是首次揭示胭脂红酸可能通过两种独立机制影响表观遗传：在酵母中可能通过促进CpG位点甲基化激活FLO1（类似DNMT抑制剂效应），而在哺乳动物细胞中则可能通过改变组蛋白修饰（如H3K36me）抑制Oct3/4。特别值得注意的是，该研究建立的跨物种评价体系（酵母FLO检测结合哺乳动物干细胞模型）为食品添加剂表观遗传风险评估提供了新范式。尽管实际摄入时肝脏代谢会减弱其活性，但研究提示直接接触高浓度胭脂红酸（如食品加工人员）可能存在表观遗传干扰风险。这些发现为完善食品安全评价标准提供了重要科学依据，同时为开发基于表观遗传调控的干细胞分化诱导剂提供了新思路。论文发表于《Biochemistry and Biophysics Reports》，通讯作者Kei-ichi Sugiyama团队的工作拓展了对食品添加剂生物效应的认知边界。