《Foods》:Effects of Protease-Hydrolyzed and Cordyceps militaris-Fermented Sea Cucumber Viscera Hydrolysates on Cellular Function and Energy Metabolism in HCT116 Cells
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结直肠癌(CRC)仍是全球重大健康问题。海洋副产品日益被视为具有多种生物活性的功能性成分来源。本研究探讨了以蛋白酶水解制备的海参内脏水解物(SVH)及进一步经蛹虫草(Cordyceps militaris)发酵得到的FSVH对HCT116细胞细胞功能与能量代谢
结直肠癌(CRC)仍是全球重大健康问题。海洋副产品日益被视为具有多种生物活性的功能性成分来源。本研究探讨了以蛋白酶水解制备的海参内脏水解物(SVH)及进一步经蛹虫草(Cordyceps militaris)发酵得到的FSVH对HCT116细胞细胞功能与能量代谢的影响。研究人员通过CCK-8、流式细胞术、伤口愈合及Transwell实验评估细胞活力、凋亡、迁移与侵袭;通过检测葡萄糖摄取、乳酸生成、氧消耗速率(OCR)及细胞外酸化速率(ECAR)评估细胞能量代谢。结果表明,SVH与FSVH在HCT116细胞中表现出不同的生物活性特征:两者均诱导凋亡并抑制迁移与侵袭,均影响葡萄糖代谢与线粒体呼吸功能(包括葡萄糖摄取、乳酸生成、线粒体呼吸及糖酵解活性)。SVH对糖酵解相关参数的抑制更强,而FSVH对线粒体呼吸能力的影响更显著。上述发现表明,蛹虫草发酵改变了而非简单增强了海参内脏水解物的生物学特性,导致其对该细胞功能与能量代谢产生差异化影响。本研究凸显了海参内脏水解物在海洋加工副产品高值化利用中的潜在应用价值。
研究背景方面,结直肠癌(CRC)是全球常见且致死率高的恶性肿瘤,现有治疗存在全身毒性与耐药等局限,天然高活性低毒产物成为补充治疗与膳食补充剂研究热点。海参养殖加工产生大量内脏副产品(可达生物量约50%),富含蛋白质、多糖、皂苷等,但多以大分子形式存在、生物利用度有限。蛋白酶水解可释放活性肽,蛹虫草(Cordyceps militaris)发酵可引入虫草素(cordycepin)等真菌代谢产物并改变基质组分。已有研究提示海参内脏与蛹虫草各自具抗氧化、免疫调节及抗肿瘤潜力,但蛹虫草发酵如何改变蛋白酶水解海参内脏水解物的生物学属性,及其对CRC细胞功能与能量代谢的作用尚不清楚。为此,研究人员以HCT116人结肠癌细胞为模型,比较SVH(木瓜蛋白酶水解制得)与FSVH(SVH经蛹虫草液体发酵7天制得)的效应,旨在明确发酵修饰带来的功能分化,为海洋副产品高值化提供依据。该研究发表于《Foods》。
主要关键技术方法上,研究人员以海参内脏为原材料,先经脱盐均质与木瓜蛋白酶(105 U/g底物,50 ℃,2 h)水解灭菌得SVH,再以活化蛹虫草菌液于22 ℃通气搅拌发酵7天、灭菌离心冻干得FSVH;细胞实验采用HCT116细胞系(Procell Life Science,CL-0096),设SVH 1.5 mg/mL与FSVH 1.0 mg/mL为代表性处理浓度(基于CCK-8与凋亡预筛),对照组不加样品;功能学采用CCK-8测活力、Annexin V-FITC/PI流式测凋亡、划痕实验测迁移、Transwell测侵袭;能量代谢采用2-脱氧葡萄糖(2-DG)法测葡萄糖摄取、乳酸试剂盒测乳酸生成、Seahorse XFe24分析仪行线粒体压力测试与糖酵解压力测试,计算OCR与ECAR各项参数;统计用SPSS 27.0单因素ANOVA与LSD检验(p<0.05为显著)。
研究结果部分,3.1节细胞活力显示,SVH在0.5–2 mg/mL显著降低HCT116活力(1.5与2 mg/mL约降至76%),FSVH在0.25–2 mg/mL反而升高CCK-8信号,但研究人员指出CCK-8反映代谢还原能力而非活细胞数,故不解读为促增殖。3.2节凋亡分析表明,SVH 1.5 mg/mL总凋亡率由9.02%升至31.97%(早凋6.69%→23.50%,晚凋2.33%→8.46%),FSVH 1.0 mg/mL由12.78%升至20.10%,两者均促凋亡。3.3节迁移侵袭中,24 h划痕闭合率SVH降28.44%、FSVH降52.27%,48 h分别降31.51%与52.31%;Transwell侵袭吸光度SVH降21.21%、FSVH降24.52%,均抑迁移侵袭且FSVH迁移抑制更强。3.4节糖代谢显示,葡萄糖摄取SVH与FSVH均降约54.4%;乳酸生成SVH降50.21%、FSVH降26.86%,SVH对糖酵解末端抑制更显著。3.5节线粒体呼吸(OCR)中,基础呼吸SVH降33.49%、FSVH降29.94%,ATP产出分别降46.65%与39.40%;最大呼吸SVH降35.97%、FSVH降40.47%,备用呼吸容量SVH降36.73%、FSVH降43.67%,FSVH对呼吸容量参数抑制更强。3.6节糖酵解(ECAR)中,糖酵解能力SVH降34.49%、FSVH降12.44%,糖酵解储备SVH降54.18%、FSVH降17.65%,SVH对糖酵解应激参数抑制更突出。
讨论部分总结,研究人员指出发酵改组了组分(FSVH多糖显著升高、检出虫草素),使生物效应由“增强”转为“重编程”:SVH偏抑制糖酵解通路,FSVH偏损伤线粒体呼吸容量,二者均伴凋亡与迁移侵袭下降。CCK-8升高与凋亡并存被解释为代谢还原力改变而非存活增加。作者承认局限为单细胞系、机制未做信号通路验证、SVH与FSVH非等浓度比较、仅体外模型。结论部分译文如下:综上,两种水解物均诱导HCT116细胞凋亡并抑制迁移侵袭,伴线粒体呼吸与糖酵解改变;在选定浓度下,SVH对糖酵解相关参数作用更强,FSVH对线粒体呼吸容量作用更强。这表明蛹虫草发酵修饰了海参内脏水解物的生物学属性,导致SVH与FSVH引发差异化细胞响应。本研究为海参内脏水解物作为功能性食品配料的应用提供见解,并支持对其活性成分与机制深入探索。