FC|中国农业科学院:类胡萝卜素影响脂肪消化相关过程的机制研究:胰脂肪酶抑制与胆汁盐介导的乳液失稳

全球约40%的人口超重或肥胖，过量脂质摄入是导致肥胖及相关代谢紊乱的主要膳食因素之一。调节肠道脂肪消化被认为是管理体脂和促进代谢健康的重要途径。临床使用的抗肥胖药物奥利司他主要通过抑制胰脂肪酶活性发挥作用，但常伴随胃肠道不适等副作用，这促使人们寻找更安全的天然替代品。此前研究发现，一些植物源性生物活性化合物（如多酚）能显著抑制胰脂肪酶，或通过干扰胆汁盐乳化的油滴界面来减少脂肪酸释放。然而，脂肪消化本质上是一个界面驱动的多相催化过程，胰脂肪酶需要吸附在由胆汁盐稳定的油水界面上才能完全激活。目前，对于同一类化合物是否能同时发挥酶抑制和界面破坏这两种抑制作用，尚缺乏深入研究。类胡萝卜素是一类脂溶性色素，其吸收依赖于与胆汁盐胶束的结合，这暗示它们可能与胆汁盐发生显著相互作用，从而可能影响脂质水解。同时，新兴证据表明类胡萝卜素也可能直接抑制胰脂肪酶，但其抑制机制、构效关系以及是否同时具备上述双重作用仍有待阐明。

类胡萝卜素能有效抑制胰脂肪酶，但抑制类型不同

研究发现，叶黄素、玉米黄质、番茄红素和β-胡萝卜素均能以浓度依赖的方式抑制胰脂肪酶活性，其半数抑制浓度（IC50）分别为22.30、20.02、15.15和18.19 μg/mL，抑制效力顺序为番茄红素 > β-胡萝卜素 > 玉米黄质 > 叶黄素。酶动力学分析进一步揭示了它们的作用模式差异：叶黄素表现为非竞争性抑制，其特点是米氏常数（Km）不变而最大反应速率（Vmax）降低；而玉米黄质、番茄红素和β-胡萝卜素则表现为混合型抑制，即随着抑制剂浓度增加，Km增大且Vmax减小。抑制常数分析表明，番茄红素与游离胰脂肪酶的亲和力最强。这些发现说明，尽管同属类胡萝卜素家族，但由于细微的结构差异（如是否含氧），它们与酶的结合位点和作用模式存在区别，这为理解其构效关系提供了关键信息。

类胡萝卜素能与胰脂肪酶结合并诱导其构象变化

通过多种光谱学技术和分子模拟，研究证实了类胡萝卜素与胰脂肪酶之间的直接相互作用。荧光光谱分析显示，四种类胡萝卜素都能猝灭胰脂肪酶的内源荧光，且猝灭机制主要为静态猝灭，即形成了稳定的酶-配体复合物。热力学参数计算表明，这些结合过程是自发的，其中叶黄素和玉米黄质的结合由氢键和疏水作用共同驱动，而番茄红素的结合主要由疏水作用驱动。同步荧光和三维荧光光谱表明，类胡萝卜素的结合改变了胰脂肪酶中酪氨酸和色氨酸残基的微环境，使其极性增加。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析发现，结合后胰脂肪酶酰胺I带发生红移，二级结构中α-螺旋和β-折叠比例略有增加，β-转角减少，表明蛋白发生了局部构象重排，可能变得更加紧凑。

在油水界面，类胡萝卜素能破坏胆汁盐稳定的乳液并抑制脂肪水解

研究构建了简化的胆汁盐稳定乳液模型，模拟小肠内的脂肪消化界面环境。结果表明，向油相中添加类胡萝卜素能显著降低消化过程中游离脂肪酸的释放量，在0.6 mg/mL浓度下，抑制率在17.6%至27.2%之间，其中玉米黄质的效果最显著。宏观观察和显微镜成像显示，类胡萝卜素的加入使乳液分层加快，液滴尺寸显著增大。界面张力测量发现，含类胡萝卜素体系的界面张力高于对照组，表明类胡萝卜素在界面形成分子膜，增加了分子间排斥。流变学分析进一步证实，类胡萝卜素降低了乳液的粘性和粘弹性响应。这些结果共同说明，类胡萝卜素通过破坏胆汁盐在油水界面形成的稳定吸附层，导致乳液失稳、液滴聚结，从而减少了可供胰脂肪酶作用的界面面积，最终抑制了脂肪的水解。

类胡萝卜素与胆汁盐存在强结合作用，且亲和力存在差异

为了探究界面破坏的分子基础，研究采用等温滴定量热法和油水界面分子动力学模拟分析了类胡萝卜素与胆汁盐的相互作用。ITC结果显示，所有类胡萝卜素与胆汁盐的结合都是自发的放热过程，且主要由熵驱动，这符合疏水作用主导的特征。它们的解离常数排序为：玉米黄质 < 叶黄素 < β-胡萝卜素 < 番茄红素，表明玉米黄质与胆汁盐的亲和力最强，而番茄红素最弱。200 ns的分子动力学模拟直观地展示了胆汁盐在界面聚集形成致密层，而类胡萝卜素的加入会使该吸附层变薄。结合能分析证实，类胡萝卜素与胆汁盐的相互作用主要依赖范德华力，静电贡献很小。这些发现从热力学和动力学层面揭示了类胡萝卜素通过竞争性结合胆汁盐来破坏界面稳定的微观机制，并且不同类胡萝卜素在此方面的效能与其在单纯酶抑制实验中的排序不同，提示它们调控脂肪消化的主导途径可能各异。

免责声明：「原创」仅代表原创编译，水平有限，仅供学术交流，本平台不主张原文的版权，如有侵权，请联系删除。文献解读或作者简历如有疏漏之处，我们深表歉意，请作者团队及时联系《食探未来》主编（微信号：shitanweilai8077），我们会在第一时间进行修改或撤稿重发，感谢您的谅解！