综述：替代蛋白质的体内消化过程：从分子结构的时空动态到先进的分析技术

《TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY》：Alternative Protein Digestion In Vivo: From the Spatiotemporal Dynamics of Molecular Structures to Advanced Analytical Technologies

　　

摘要

替代蛋白（APs）作为一种可持续的蛋白质来源，正受到越来越多的关注，但它们在营养价值和功能性方面与传统动物源性蛋白的等同性尚未完全明了。替代蛋白的健康效应不仅取决于其天然结构和氨基酸组成，还取决于其在体内消化、微生物代谢、吸收和系统暴露过程中的动态变化。因此，系统地描述这些时空变化对于阐明替代蛋白在胃肠道和吸收后组织中的分子命运至关重要。本综述总结了目前用于研究替代蛋白在胃肠道消化、肠道吸收、微生物生物转化和组织分布过程中的时空分子变化的证据和新兴分析策略。它重点介绍了稳定同位素追踪、基于高分辨率质谱的蛋白质组学和代谢组学、分子网络以及机器辅助数据分析等方法，这些方法有助于在复杂的生物基质中检测、追踪来源、注释和优先识别低丰度的替代蛋白衍生物。综述还讨论了关键的分析挑战，包括不完整的特定来源蛋白质数据库、有限的替代蛋白相关参考光谱、修饰肽和代谢物的结构多样性，以及区分外源性膳食分子与内源性宿主背景的难度。总体而言，本综述为研究替代蛋白在体内的过程和识别潜在的生物活性物质提供了一个具有前瞻性的技术框架。

引言

随着全球对蛋白质需求的增长，将替代蛋白（APs）纳入食品已成为食品科学中最重要的课题之一[1]。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的定义，替代蛋白主要指那些减少对传统养殖牲畜依赖的蛋白质来源和生产平台，同时满足营养和可持续性要求[2]。它们主要包括来自大豆、豌豆、小麦、蚕豆和水稻等植物的蛋白质，以及新兴的蛋白质来源，如微生物蛋白、昆虫蛋白、培养肉和精准发酵蛋白[3],[4]。这些多样的来源赋予替代蛋白丰富的营养价值和功能特性，使其在食品加工中具有广泛的应用潜力[5]。然而，迫切需要确定基于替代蛋白的食品是否真的可以在营养和功能效果上替代传统动物源性食品。因此，准确评估替代蛋白的营养价值及其在人体内的实际健康效应至关重要。

膳食蛋白质的营养价值传统上是通过其氨基酸组成、消化率以及满足人体必需氨基酸需求的能力来评估的。常用的指标包括氨基酸评分、蛋白质消化率校正后的氨基酸评分（PDCAAS）和可消化必需氨基酸评分（DIAAS）。PDCAAS利用总体蛋白质消化率（通常基于粪便消化率）来校正氨基酸评分，而DIAAS则根据真正的回肠消化率来评估个别必需氨基酸[6]。然而，PDCAAS和DIAAS主要关注可消化必需氨基酸的供应，无法全面描述膳食蛋白质衍生物肽和代谢物在摄入后的分子转化、吸收、代谢命运和组织暴露情况。目前，关于替代蛋白的研究仍然主要依赖于静态或动态的体外消化模型、肠道上皮模型和体外微生物发酵模型[7],[8]。在这些方法中，诸如INFOGEST这样的模拟消化协议被广泛用于评估蛋白质降解、肽释放和消化稳定性，而上皮和微生物发酵模型则用于研究转运潜力和微生物转化。然而，这些模型主要反映在标准化和简化的条件下的潜在过程，无法完全再现动态的胃肠道环境、整合的肠道吸收、宿主-微生物群相互作用以及系统循环[9]。此外，消化终止程序（如pH调整、加热或酸化）可能会改变消化物的组成和结构。因此，从体外模型获得的证据无法替代直接的体内观察结果。更全面地评估替代蛋白的营养和功能相关性，关键在于了解其在摄入后的体内分子命运，包括消化过程中的蛋白质降解、肽的释放和吸收、微生物和宿主的代谢，以及相关分子在血液和组织中的分布。然而，候选的替代蛋白衍生物在复杂的生物基质中通常含量较低，结构复杂，并且与丰富的内源性肽和代谢物共存，这使得对其进行精确表征极具挑战性[10]。由于现有研究模型的局限性和这些分析挑战，关于替代蛋白衍生物在胃肠道内容物、血液或组织中的直接人体或动物证据仍然有限，这突显了进行更系统的体内研究的迫切需要。

近年来，稳定同位素追踪、基于高分辨率质谱的蛋白质组学和代谢组学以及机器学习辅助数据分析方面的持续进展为构建以探究替代蛋白摄入后分子命运为中心的研究框架提供了技术基础，从而为理解替代蛋白的作用机制提供了新的依据[11],[12],[13],[14]。这些技术为识别候选消化产物、研究其转化和转运过程、评估其潜在的系统暴露和生物学相关性提供了互补的机会[12],[15]。因此，本综述总结了关于替代蛋白在胃肠道消化、肠道转运、微生物代谢、系统暴露和组织分布过程中分子变化的可用体内和体外证据，并将每个阶段的核心科学问题与合适的实验和计算策略联系起来，为研究替代蛋白的体内分子命运提供了具有前瞻性的技术框架。

章节摘录

替代蛋白的营养和生物学效应与其在体内的时空分子转化密切相关（图1）。从时间角度来看，随着胃肠道消化、酶促分解和微生物代谢的进行，蛋白质的高阶结构逐渐被破坏，分解成不同长度的肽、氨基酸及其衍生物。在空间维度上，蛋白质衍生物分子通过胃肠道移动

阐明替代蛋白的体内命运需要能够在多个阶段捕捉分子变化的分析策略。在每个阶段，来自替代蛋白的分子在结构、丰度和生物学背景上可能存在显著差异，而在复杂的生物基质中，低浓度和内源性肽及代谢物的干扰进一步增加了它们的标注和挖掘难度。最近在基于质谱的蛋白质组学和代谢组学方面的进展

本综述总结了替代蛋白在消化、吸收、微生物生物转化和系统暴露过程中时空分子变化的现有知识，以及用于研究这些过程的先进分析技术。尽管大多数现有的替代蛋白研究仍然依赖于体外消化模型和静态分析方法，但新兴的体内证据以及高分辨率质谱、蛋白质组学和机器学习辅助技术的进步

Na Li：撰写-审稿与编辑、监督、资助获取、概念化。Qi Ouyang：撰写-初稿、验证、研究。Jianlin Wu：撰写-审稿与编辑、监督、资助获取、正式分析、概念化。Pingping Dong：撰写-初稿、正式分析、数据管理、概念化

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

? 作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

本工作得到了澳门科学技术大学医学院药物学院及中医药机制与质量国家重点实验室的支持，以及澳门特别行政区的科学和技术发展基金（项目编号：FDCT 0151/2024/AFJ）、浙江省的“先锋”和“领头雁”研发计划（2024C03107），以及澳门特别行政区的科学和技术发展基金（项目编号：FDCT 0003/2025/NRP）的支持。

Pingping Dong|Qi Ouyang|Na Li|Jian-Lin Wu

澳门科学技术大学医学院药物学院及中医药机制与质量国家重点实验室，中国澳门特别行政区