超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用技术对红曲米（紫色红曲霉C5.17）与酿酒酵母多基质共培养体系中活性成分的表征研究，及其对正常小鼠和糖尿病小鼠的代谢与肾脏安全性效应

《Food Bioscience》：UPLC–QTOF-MS/MS Profiling of Bioactive Compounds in a Co-Culture Multi-Substrate System of Red Yeast Rice ( Monascus purpureus C5.17) and Saccharomyces cerevisiae, Its Metabolic and Renal Safety Effects in Normal and Diabetic Mice

　　

**摘要**

• 采用紫色红曲霉C5.17与酿酒酵母进行多基质共培养发酵，生产了未检出橘青霉素的红曲米。
• 采用响应面法优化发酵条件，经验证的莫纳可林K含量为1,511.67 ± 49.07 mg/kg。
• 食品组学揭示了广泛的代谢物重塑，包括多种推测注释的黄酮类化合物、苯丙素类、萜类、甾体、苷类、生物碱和脂质衍生物。
• 优化后的红曲米在小鼠急性及28天口服给药后表现出良好的短期耐受性。
• 在糖尿病小鼠中，红曲米减轻了体重下降，降低了血清总胆固醇和尿素浓度，且未产生显著的低血糖效应。

**引言**

2型糖尿病（T2DM）已成为全球增长最快的公共卫生挑战之一，预计到2045年，受影响的成年人数量将达到7.83亿（Sun等人，2022）。该疾病的特征不仅是持续的高血糖，还涉及胰岛素抵抗、慢性炎症、氧化应激和脂质代谢紊乱等深刻的代谢紊乱，这些因素共同加速了血管和器官并发症的发生（Brownlee，2005）。在这些并发症中，糖尿病肾病和心血管疾病仍然是发病率和死亡率的主要原因，大幅增加了全球医疗成本（Alicic等人，2017）。

血脂异常影响约70–80%的T2DM患者，是导致糖尿病相关心血管并发症的主要因素（Low Wang等人，2016）。高血糖与低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）升高的并存促进了氧化应激、内皮功能障碍和慢性炎症，从而加速了动脉粥样硬化、糖尿病肾病及其他代谢并发症的进展（Forbes & Cooper，2013）。因此，有效的糖尿病管理不仅需要血糖控制，还需要长期调节脂质代谢和保护靶器官。尽管他汀类药物仍然是血脂异常的一线疗法，但长期使用可能与肌肉相关不良反应、肝毒性和患者依从性降低有关，这凸显了对兼具疗效和长期安全性的互补饮食策略的需求（Forbes & Cooper，2013）。

红曲米（RYR）通过红曲霉属发酵大米生产，在东亚已作为传统食品和药用产品食用了数百年。其降胆固醇活性主要归因于莫纳可林K，这是一种HMG-CoA还原酶天然抑制剂，与洛伐他汀具有相同的药理机制（Li等人，2004）。除莫纳可林K外，红曲霉发酵产生广泛范围的次级代谢产物，包括杂环酮色素（如红斑黄素和安卡黄素）、黄酮类化合物、酚类化合物、萜类化合物、甾醇衍生物以及其他具有抗氧化、抗炎、免疫调节和代谢调节特性的生物活性分子（Chen等人，2015；Husakova & Patakova，2025）。这些发酵衍生代谢产物的共存表明，红曲米的生物活性可能是由其共同贡献产生的，而非仅由莫纳可林K产生，从而可能为以血脂异常、氧化应激、炎症和肾功能障碍为特征的代谢障碍提供更广泛的好处。

尽管具有相当大的潜力，但红曲米作为高价值功能食品的开发仍受到若干限制。最重要的安全问题可能是橘青霉素的共同产生，橘青霉素是一种由某些红曲霉菌株在不当发酵条件下合成的肾毒性真菌毒素（Rose & Guérin，2012）。因此，已投入大量努力开发无橘青霉素发酵策略，通过菌株选择和培养条件优化实现（Srianta等人，2016；Yuan等人，2023）。尽管如此，仍存在三个重要的知识空白。首先，大多数先前研究集中在传统的单基质大米发酵上，而基质工程多样化有益次级代谢产物的潜力受到关注较少。其次，发酵优化主要强调最大化莫纳可林K产量，而对同时改善代谢物多样性和产品安全性的研究较少。第三，相对较少的研究将全面的代谢组学分析与体内生物评估相结合，以建立发酵衍生代谢产物与糖尿病条件下代谢结果之间的关系。

因此，本研究旨在：（i）优化无橘青霉素多基质发酵工艺，使用UPLC–MS/MS定量莫纳可林K和橘青霉素，使用基于UPLC–QTOF–MS/MS的食品组学表征发酵产物的代谢物谱；（ii）评估其在健康小鼠中的生物安全性；以及（iii）研究其在链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠中的代谢功效。采用基于LC-QTOF-MS/MS的食品组学全面表征发酵产物中新产生和转化的代谢物（Balkir等人，2021）。这种方法能够更深入地了解基质组成和微生物共培养如何重塑红曲米的代谢谱。更重要的是，它提供了一个框架，将化学指纹与体内生物活性联系起来（Chan等人，2021），包括葡萄糖调节、降脂效果、肝肾生化标志物和潜在的肾保护作用。通过将先进的代谢组学分析与体内评估葡萄糖稳态、脂质代谢和肾功能相结合，本研究对多基质红曲米的化学复杂性和生物功能进行了全面评估，支持其作为安全的功能食品用于管理糖尿病相关代谢障碍。

**材料**

本研究中使用的紫色红曲霉C5.17菌株从自发发酵的大米产品中分离获得，并在先前基于其能够产生莫纳可林K且未检出橘青霉素的能力进行了选择，通过薄层色谱法（TLC）在先前研究中得到确认（Dao等人，2024b）。

本研究中使用的酿酒酵母MN菌株从越南收集的自发发酵葡萄中分离获得，并在先前研究中进行了鉴定和表征（Dao等人...）。

**莫纳可林K和橘青霉素测定LC–MS/MS方法的验证**

建立并验证了一种快速LC–MS/MS方法，用于同时测定红曲米中的莫纳可林K和橘青霉素。方法开发过程中获得的代表性校准曲线、残差图和色谱图见图S2。在优化的色谱条件下，两种分析物在总运行时间6.5分钟内完全分离。基质匹配校准曲线在考察浓度范围内表现出良好的线性。

**无橘青霉素红曲米中莫纳可林K生产优化及其代谢物谱**

红曲米的安全性仍然是限制其更广泛应用的主要挑战之一，因为某些红曲霉菌株同时合成橘青霉素，一种肾毒性真菌毒素（Rose & Guérin，2012）。因此，大量工作集中在选择非橘青霉素产生菌株和优化发酵条件以抑制橘青霉素生物合成上（Srianta等人，2016；Yuan等人，2023）。与许多主要依赖工艺优化的先前研究不同...

**结论**

本研究优化了一种多基质固态发酵工艺，使用紫色红曲霉C5.17与酿酒酵母共培养生产功能性红曲米（RYR），该菌株先前已证明在测试条件下未产生可检测到的橘青霉素。响应面法确定了最佳培养条件，实现了高莫纳可林K产量，同时橘青霉素保持在分析方法检测能力以下。非靶向...

**CRediT作者贡献声明**

Nguyen Hien Minh：写作 – 审阅与编辑，调查，概念化。
Nguyen Khoa Van：写作 – 原稿撰写，方法学，调查。
Vo Thao Thi Minh：写作 – 原稿撰写，调查，形式分析，数据整理。
Nguyen Ngan Ngoc Truc：写作 – 原稿撰写，调查，数据整理。
Phan Phuong Ngoc Uyen：写作 – 原稿撰写，调查，数据整理。
Nguyen Giang Thi Thanh：写作 – 原稿撰写，方法学，调查。
Nguyen Dung Thi：...

**未引用参考文献**

AOAC International, 2007; Moghadam et al., 2022.

**伦理声明**

本研究按照以下动物福利和/或报告指南进行：OECD准则423（急性口服毒性 – 急性毒性分级法）以及实验动物管理和使用的机构指南。本研究获得了胡志明市生物技术中心伦理委员会的批准。（批准编号：决议第378/Q?-CNSH号，2022年12月20日）

**数据可用性**

本研究中分析的所有相关数据均包含在本已发表文章及其补充信息文件中。应合理请求，可向通讯作者获取额外数据。

**利益冲突声明**

作者声明与本文献的发表无利益冲突。

**作者协议**

所有作者均已阅读并批准本文献的最终版本，并同意提交发表。

**伦理批准**

所有实验程序均在胡志明市生物技术中心实验动物设施进行，符合机构指南，并获得相关主管部门（决议第378/Q?-CNSH号，2022年12月20日）和伦理委员会（批准代码02-2023-DD?V，2023年1月11日）的批准。

**发表同意书**

不适用。

**数据可用性**

本研究中分析的所有相关数据均包含在本已发表文章及其补充信息文件中。应合理请求，可向通讯作者获取额外数据。

**资金来源声明**

本研究由胡志明市科学技术部（DOST）资助。

**资助**

本研究由胡志明市科学技术部（DOST）资助。

**竞争利益声明**

作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文献报道的工作。

**致谢**

本研究由胡志明市科学技术部（DOST）资助。作者衷心感谢DOST、越南国家胡志明市自然科学大学和胡志明市生物技术中心的支持。我们真诚感谢胡志明市生物技术中心食品生物技术部门的工作人员提供的技术援助。我们感谢胡志明市生物技术中心的动物设施团队...

Nguyen Hong Nu-Dieu Dao | Vo Loan Thi Ha | Nguyen Dung Thi | Nguyen Giang Thi-Thanh | Phan Ngoc Uyen Phuong | Nguyen Ngan Ngoc-Truc | Vo Thao Thi-Minh | Nguyen Khoa Van | Nguyen Hien Minh | Le Luan Quang | Le Cham Thi-Mai | Phan Trang Thi-Phuong