黄酮类化合物对杂环胺的双向调控：基于二氢杨梅素和黄芩素黄酮胺化反应的见解

《Food Chemistry》：Bidirectional regulation of heterocyclic amines by flavonoids: insights from flavonoid amination using dihydromyricetin and baicalein

　　**摘要**杂环胺（HCAs）是在肉类热处理过程中形成的致癌污染物，而传统上公认的黄酮类化合物对 HCA 形成的抑制作用仍存在争议。二氢杨梅素（DMY）和黄芩素（BAI）在 PhIP 化学模型中均表现出对 PhIP 形成的剂量依赖性双向效应。在低浓度下（DMY 125–250 μM，BAI 125–1000 μM），PhIP 水平分别逐渐增加至对照组的近 210% 和 300%，这主要由黄酮类化合物热降解产物中与氨基化相关的反应所驱动，促进了苯乙醛的积累。在高浓度下（≥2000 μM），通过强效的自由基清除和苯乙醛捕获，PhIP 被抑制至对照组的 <50%（DMY）和 <20%（BAI）。这种双向调节可能由氨基化驱动的促进和针对 PhIP 形成的双重抑制途径之间的动态平衡所控制。本研究解释了黄酮类化合物如何导致烹饪肉类中 HCA 形成的矛盾效应，并为其应用提供了机制基础。**引言**杂环胺（HCAs）是在肉类产品高温烹饪过程中产生的强致突变剂和致癌物，长期以来一直是食品化学和毒理学关注的热点话题。HCA 的形成主要源于氨基酸、肌酸或肌酐以及肌肉组织中天然存在的还原糖之间的复杂反应。这些反应是在热条件下由美拉德反应、自由基链式反应和羰基缩合触发的（Li 等，2023）。在烹饪肉类中鉴定的各种 HCA 中，2-氨基 -1- 甲基 -6- 苯基咪唑 [4,5-b] 吡啶（PhIP）是最丰富、毒性最强且特征最明确的化合物之一。其形成主要涉及苯丙氨酸、肌酸（或肌酐）和葡萄糖在高温下的相互作用（Al-bashabsheh 等，2020）。苯丙氨酸经斯特雷克降解生成的苯乙醛已被确定为 PhIP 形成中的关键羰基前体（Zhang 等，2024）。它进一步与含氨基分子和肌酸或肌酐反应，然后在活性氧（ROS）和氮中心自由基存在下发生氧化、缩合和环化，从而促进杂环环的形成。大量的流行病学和毒理学研究表明，膳食暴露于 PhIP 与多种癌症风险增加密切相关，包括结直肠癌、乳腺癌和前列腺癌（Kalemba-Dro?d? 等，2019）。因此，开发在不损害感官质量的前提下抑制 HCA 形成的有效策略已成为食品安全和健康研究中的关键问题。目前，大多数 HCA 抑制策略依赖于外源化合物的添加，主要有两条抑制途径：（1）自由基清除。在脂质氧化和美拉德反应过程中，自由基加速氨基酸氧化降解和活性羰基的形成，而这些羰基中间体进一步通过与肌酐/氨基化合物缩合促进 PhIP 的形成（Dong 等，2024）。因此，清除活性自由基的抗氧化化合物被广泛用于 HCA 抑制，多酚（如茶儿茶素、杨梅素、槲皮素）已被证明可通过氢/电子转移有效猝灭羟基和过氧自由基，从而中断自由基链式反应并减少 HCA 的形成（Ren 等，2025；Xie 等，2024；Xie 等，2025）。（2）HCA 前体生成和转化抑制。该途径通过减少关键反应物（游离氨基酸、肌酸、羰基中间体）的可用性来抑制 HCA 的形成。某些黄酮类化合物（二氢杨梅素、杨梅素、柚皮素）可通过亲电芳香取代和水消除捕获苯乙醛，从而抑制 PhIP 的形成（Yang 等，2023；Zhou 等，2018）。膳食黄酮类化合物作为天然抗氧化剂，因其自由基清除和活性羰基捕获能力而被广泛用于 HCA 抑制（Chen 等，2025；Ma 等，2025；Zhao 等，2020）。然而，经常观察到一个令人困惑的现象：多酚，特别是黄酮类化合物，有时会促进而不是抑制 HCA 的形成（Cheng, Chen, and Wang, 2007；Dong 等，2024；Zhao 等，2020）。这种矛盾挑战了目前黄酮类化合物应用于 HCA 控制的策略，并表明对其调节机制的理解尚不完整。几项研究探讨了酚类化合物介导的 HCA 促进机制：具有邻/对位二羟基基组的酚类化合物倾向于在低浓度下促进 PhIP 的形成（Hidalgo 等，2018；Salazar 等，2014）。芦丁、原儿茶酸和绿原酸可将 PhIP 的形成增加 1.5–3 倍（Zeng 等，2016）。槲皮苷在 10 mM 时显示出 21.54% 的促进效应（Zhao 等，2020）。我们最近的工作也发现某些黄酮类化合物可与氨基酸发生氨基化反应，生成氨基化黄酮类化合物和相应的醛类（Zhang 等，2025）。在本研究中，“黄酮类化合物氨基化”特指一种与斯特雷克相关的反应，其中含有高度可氧化酚羟基结构的黄酮类化合物被氧化为醌类中间体，随后与氨基酸反应。该过程导致含氮黄酮类衍生物的形成，并伴随相应醛类（如苯乙醛）的生成。由于醛类（如苯乙醛）是关键 HCA 前体（Deng 等，2022），我们假设黄酮类化合物可能在特定条件下促进 HCA 的形成。在此基础上，我们假设黄酮类化合物对 PhIP 的形成具有双重调节作用。这种效应可能由两个对立过程的动态竞争所调节：氨基化介导的促进和依赖于自由基清除/醛类捕获的抑制。最终结果，即促进或抑制 PhIP 的形成，可能与黄酮类化合物浓度和热处理条件有关。迄今为止，黄酮类化合物添加与 PhIP 调节之间的剂量依赖性关系尚不清楚。本研究选择了两种已确认具有氨基化反应活性的黄酮类化合物（DMY 和 BAI）（Zhang 等，2025），以调查它们在经典 PhIP 模型中对 PhIP 形成的浓度依赖性效应。使用超高效液相色谱串联四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS），我们分析了黄酮类化合物剂量与 PhIP 形成之间的相关性，涉及自由基清除、前体捕获和黄酮类化合物氨基化。建立了一种基于苯丙氨酸的模型，以验证氨基化在 PhIP 促进中的机制作用。本研究旨在阐明 DMY 和 BAI 对 PhIP 形成的浓度依赖性双重调节效应及其潜在机制，为黄酮类抗氧化剂的合理应用、肉类产品中抗氧化剂的精确剂量控制以及有效的 HCA 抑制提供理论基础。**章节摘要****化学试剂**二氢杨梅素（DMY，纯度≥98%）、黄芩素（BAI，纯度≥98%）、芹菜素（纯度≥98%）、2-氨基 -1- 甲基 -6- 苯基咪唑 [4,5-b] 吡啶（PhIP）、1-甲基 -9H-吡啶 [3,4-b] 吲哚（Harman）、2,4-二硝基苯肼（2,4-DNPH，98%）、二甲基亚砜（DMSO）和苯乙醛（95%，用 0.01% 柠檬酸稳定）购自阿拉丁工业公司（中国上海）。L-苯丙氨酸（Phe）和肌酐由京昆科技有限公司（中国北京）供应。**DMY 和 BAI 对化学模型中 PhIP 生成的浓度依赖性双向效应**首先，我们研究了 DMY 和 BAI 在化学模型中调节 PhIP 形成的剂量 - 反应关系。DMY 和 BAI 是从先前确证具有焦棓酸相关氨基化反应活性的七种黄酮类化合物中选出的（Zhang 等，2025）。DMY 在 B 环含有焦棓酸基团，BAI 在 A 环含有焦棓酸基团（图 1A 和 B）。DMY 和 BAI 在化学模型中对 PhIP 形成表现出明显的浓度依赖性双向效应（图 1C 和 D）。对于 DMY，PhIP 水平**结论**本研究系统地阐明了热处理过程中 DMY 和 BAI 对 PhIP 形成的浓度依赖性双向调节机制，从而有助于解释先前研究中报告的黄酮类化合物的矛盾促进和抑制效应。DMY 和 BAI 在低浓度下显示出明显的促进效应，在高浓度下显示出强抑制效应，具有明显的转折点（DMY 为 250 μM，BAI 为 1000 μM），这与...密切相关**生成式人工智能使用声明**在准备本工作的过程中，作者使用了 ChatGPT 和豆包（字节跳动开发的 AI 聊天机器人）以润色语言并提高可读性。使用这些工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。**CRediT 作者贡献声明****张静静：** 写作 – 初稿，调查。**曹慧：** 写作 – 审查与编辑，调查。**李冰：** 方法论，调查。**王富英：** 方法论，数据整理。**段琴：** 调查，数据整理。**李亚茹：** 调查。**裴金金：** 调查。**王慧：** 调查。**胡安·卡洛斯·梅胡托：** 调查。**赫苏斯·西马尔 - 甘达拉：** 调查。**张浩林：** 写作 – 审查与编辑，资金获取。**未引用参考文献**Li 等，2022**利益冲突声明**作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能被认为影响了本论文中报告的工作。**致谢**目前的工作得到了国家自然科学基金（NSFC，批准号：32502178，32472333，32061160477，和 31972072）和广东海洋大学科研启动基金的支持。张静静 | 曹慧 | 李冰 | 王富英 | 段琴 | 李亚茹 | 裴金金 | 王慧 | 胡安·卡洛斯·梅胡托 | 赫苏斯·西马尔 - 甘达拉 | 张浩林