重组大豆血红蛋白的毒性及致敏性评价研究

《Food, Nutrition and Health》：Study on the toxicity and allergenicity of recombinant soybean hemoglobin

　　

重组大豆血红蛋白（Recombinant soybean hemoglobin, RSH）能够赋予植物蛋白肉类似动物肉的颜色和血腥味，这对于植物蛋白肉至关重要。本研究以牛血红蛋白（Bovine hemoglobin, BHb）为参照，考察了RSH的毒性及致敏性。在14天内，单次口服125、250或500 mg/kg RSH的各组均未观察到明显毒性反应。同时，每日口服400 mg/kg RSH连续28天的小鼠，在脏器系数、血液学参数、血清生化指标、组织病理学检查及肠道微生物多样性方面均未见明显毒性反应，BHb组表现出相似的安全性。RSH组和BHb组中少数参数出现轻微统计学变化，但所有数值均保持在正常范围内。致敏性预测及免疫标志物研究结果表明，RSH未表现出显著的致敏风险。上述结果共同证明，RSH无明显急性或亚急性毒性，也无显著致敏潜力，可作为植物蛋白肉生产中的关键成分使用。

论文解读

一、研究背景与目的

全球人口持续增长给食物系统带来了巨大压力，加剧了食物供应、环境可持续性、公共卫生和动物福利等方面的挑战。植物基肉类替代品作为促进人类健康和环境可持续发展的潜在策略受到广泛关注。然而，植物基肉类与真实肉类之间仍存在显著感官差距：传统着色剂热稳定性差且易氧化，无法再现鲜肉的红色色调，而缺乏类似肉类的血腥风味则损害了产品品质和消费者接受度。在动物肉中，血红蛋白提供天然的红色、特征性肉香和高生物利用度的血红素铁，因此将其纳入植物基肉类是改善感官品质的关键策略。

微生物血红蛋白生产的进展为动物血液提取提供了可持续替代方案。研究人员通过优化血红素生物合成途径，在食品级微生物（如酿酒酵母）中实现了功能性血红蛋白的高效表达。然而，由于毕赤酵母并非食品级微生物，其安全性需要进一步审查。当前关于大豆血红蛋白的研究主要集中在功能特性和应用方面，对其安全性的研究有限。食品安全的评估应重点关注蛋白质是否有毒、是否具有致敏潜力，以及是否因与已知过敏原的序列相似性而存在交叉反应风险。因此，本研究对RSH进行了比较毒性和致敏性评估，并结合肠道微生物多样性分析，系统评价RSH的安全性，为其在植物基肉类产品中的应用提供基础安全性数据。

二、研究内容与主要结论

本研究通过急性毒性试验、亚急性毒性试验、致敏性预测及肠道菌群分析，系统评估了RSH的安全性。急性毒性试验中，单次口服125、250或500 mg/kg RSH的小鼠在14天观察期内未出现明显毒性反应和死亡。亚急性毒性试验中，连续28天口服400 mg/kg RSH或BHb的小鼠在一般健康状况、体重、摄食量和饮水量方面与对照组无显著差异；脏器系数、血液学参数、血清生化指标、免疫标志物和组织病理学检查均未发现具有毒理学意义的异常变化。致敏性预测表明RSH与已知过敏原的序列一致性低于35%的交叉反应风险阈值。肠道菌群分析显示RSH未显著改变小鼠肠道微生物的多样性和组成。研究初步证实RSH具有良好的生物安全性，可作为植物基肉类产品中替代动物源血红蛋白的关键功能成分。

三、关键技术与方法

研究人员使用了SPF级BALB/c小鼠（购自华中农业大学实验动物中心）作为实验动物模型。主要技术方法包括：急性毒性试验（单次口服给药125、250、500 mg/kg RSH，观察14天）；亚急性毒性试验（连续28天口服400 mg/kg RSH或BHb，进行脏器系数计算、苏木精-伊红（H&E）染色组织病理学检查、全自动动物血细胞分析仪进行血常规检测、生化试剂盒检测血清生化指标）；肠道菌群分析（提取粪便总细菌基因组DNA进行高通量测序，计算α多样性指数，通过主成分分析（PCA）评估β多样性，在门和属水平分析菌群组成）；致敏性预测（利用AllergenOnline数据库，依据2001年FAO/WHO专家组的建议，采用80-mer滑动窗口分析法进行序列同源性比对）。

四、研究结果

急性毒性试验结果：14天观察期内，各组小鼠在一般状况方面无异常，未观察到明显毒性反应，无死亡发生。与对照组相比，体重无显著差异，主要器官解剖未见明显异常。

亚急性毒性试验结果：

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  体重、摄食量和饮水量变化：所有组均无死亡，无毒性迹象，体重增长与对照组无显著差异。
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  脏器系数：BHb组雄性小鼠脾脏系数和RSH组雄性小鼠脑系数较对照组显著降低，但仍在正常范围内；其余脏器系数无显著差异。
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  血常规检查：各血红蛋白组与对照组在所有血液学参数上均无显著差异，所有数值均在正常范围内。
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  血清生化指标：肝功能指标、代谢功能指标和心功能指标均无显著差异；BHb组雌性小鼠肌酐水平升高且具有统计学意义，但仍在正常范围内。
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  免疫标志物：BHb组雄性小鼠IgE升高，RSH组雄性小鼠IgG2a升高，均具有统计学意义但仍在正常范围内；其余各组无显著差异。
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  病理学检查：各组心、肝、脾、肺、肾、胃、脑、小肠及睾丸或卵巢均未见明显病理改变。

肠道菌群分析结果：RSH组在α多样性指数（Shannon、Ace、Simpson、Chao、Sobs）上与对照组无显著差异；PCA图显示各组间无明显分离趋势；在门和属水平上，三组菌群组成和相对丰度模式高度一致，Venn图显示无组特异性ASV检出。雌性小鼠结果与雄性一致。

致敏性预测结果：RSH氨基酸序列与典型大豆血红蛋白长度匹配，无翻译错误。80-mer滑动窗口比对显示RSH与所有匹配蛋白的一致性均低于35%，最高为荔枝苷（31.9%）和花粉过敏原（31.8%），均未达到交叉反应风险阈值。

五、讨论与结论

讨论部分指出，虽然RSH处理组中观察到一些统计学显著变化，但所有数值均在正常生理范围内，不具有毒理学意义。急性毒性试验中500 mg/kg的高剂量相当于人类约3.5 g/60 kg/天（约10 kg牛肉），未引起可观察的毒性或病理变化。血清生化指标和病理学检查共同表明RSH未对肝脏、肾脏和心脏造成损伤。免疫标志物结果初步表明血红蛋白未诱导小鼠产生显著的特异性体液免疫反应，无致敏潜力。致敏性预测进一步确认RSH的致敏风险可忽略不计。肠道菌群分析结果支持RSH的良好安全性。

研究结论：通过急性与亚急性毒性试验结合致敏性预测，本研究初步确认了RSH良好的生物安全性，为其在食品工业中的应用提供了必要的毒理学证据。RSH可作为植物基肉类产品中替代传统动物源血红蛋白的关键功能成分。然而，遗传毒性和生殖毒性试验仍需在未来的研究中开展。