【摘要】：麥胚占整個小麥籽粒質(zhì)量的3%,被營養(yǎng)學家譽為“人類天然的營養(yǎng)寶庫”。麥胚中球蛋白占總蛋白比約20%,具有增強免疫力、抗炎、抗氧化等生理活性,可作為植物源的免疫調(diào)節(jié)劑。采用蛋白質(zhì)組學結(jié)合生物信息學對麥胚球蛋白的蛋白質(zhì)組、功能域、二三級結(jié)構(gòu)進行了分析預測;多組學驗證麥胚球蛋白對模型小鼠的免疫調(diào)節(jié)作用及機制,并研究其對腸道微生物區(qū)系及代謝產(chǎn)物的影響。包含以下研究內(nèi)容:(1)基于蛋白質(zhì)組學的麥胚球蛋白的組成分析、功能注釋、功能域預測和二、三級結(jié)構(gòu)模擬。采用紅外色譜、掃描電鏡、變性電泳對不同沉淀方式的麥胚球蛋白進行了表征,發(fā)現(xiàn)三級乙醇沉淀適合麥胚球蛋白的純化;采用LC/MS對麥胚球蛋白的蛋白質(zhì)組進行分析,顯示麥胚球蛋白有1575個蛋白,584個蛋白質(zhì)組,主要由麥胚球蛋白家族組、熱休克蛋白組、組蛋白類、典型功能蛋白及未表征蛋白組成。對鑒定所得的蛋白質(zhì)進行GO功能注釋和KEGG Pathway分析發(fā)現(xiàn)麥胚球蛋白共涉及31種分子功能,47種細胞組成和87種生物過程,并參與Systemic lupus erythematosus、Alcoholism、Ribosome、Viral carcinogenesis、Spliceosome等199條代謝通路,其中參與免疫調(diào)節(jié)類信號通路55類,占總數(shù)的22.5%;PPI分析發(fā)現(xiàn)主要涉及蛋白質(zhì)的剪接折疊網(wǎng)絡(luò)、生物酶修飾活化網(wǎng)絡(luò)、蛋白質(zhì)翻譯修飾網(wǎng)絡(luò)、碳水化合物代謝網(wǎng)絡(luò)、蛋白質(zhì)分子裝配網(wǎng)絡(luò)5個互作子網(wǎng)絡(luò);利用CBS數(shù)據(jù)庫及工具對麥胚球蛋白典型蛋白功能域預測,發(fā)現(xiàn)麥胚球蛋白具有免疫活性位點和營養(yǎng)供給作用。利用Swiss-Model和Phyre2對五類22種麥胚球蛋白的三級結(jié)構(gòu)進行建模并進行可視化。結(jié)果表明麥胚球蛋白典型蛋白如Globulin 3A、Heat shock protein、Histone、WHEAT 5a2 protein可能為麥胚球蛋白免疫功能的代表性組分。麥胚球蛋白的組學分析和功能預測為下一步麥胚球蛋白的功能評價提供參考。(2)基于高通量測序和代謝組學研究麥胚球蛋白對腸道微生物區(qū)系和代謝輪廓的影響。采用麥胚球蛋白、乳清蛋白、蛋清蛋白制作不同蛋白干預小鼠模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn),麥胚球蛋白對小鼠的基礎(chǔ)生理指標(體重、血常規(guī)、肝功能、腎功能、血脂)無顯著影響,說明麥胚球蛋白正常食用安全無毒;麥胚球蛋白能夠顯著提高小鼠外周血IgG、IL-6的分泌情況,WG組小鼠免疫力顯著提高;腸道微生物優(yōu)勢菌群分布依次為Lachnospiraceae nk4a 136 group、Norank bacteroidales s24-7 group、Norank lachnospiraceae、Roseburia、Unclassified lachnospiraceae、Lactobacillus、Alistipes、Lachnoclostridium。門水平上,麥胚球蛋白組Firmicutes增多,Bacteroides、Actinobacteria菌群減少;屬水平上,麥胚球蛋白模型小鼠的Unclassified Lachnospiraceae、Blautia、Anaerotruncus、Anaeroplasma增加,norank Bacteroidales S24-7 group、Ruminococcaceae UCG-010、Ruminococcaceae NK4A214 group、Eubacterium nodatum group菌群減少。麥胚球蛋白能夠增加腸道有益菌數(shù)量,維持腸道菌群的動態(tài)平衡。對腸道微生物多樣性和免疫分子分泌水平建立數(shù)學模型發(fā)現(xiàn),腸道菌群多樣性和機體的免疫力相互促進。對鑒定出的代謝產(chǎn)物進行差異分析,發(fā)現(xiàn)WG-NC組的差異代謝產(chǎn)物53個,WG-EG組差異代謝產(chǎn)物30個,WG-EG組差異代謝產(chǎn)物為66個。這些差異涉及Biosynthesis of amino acids、Glycerophospholipid metabolism、Secondary bile acid biosynthesis、Bile secretion、Choline metabolism in cancer、Retrograde endocannabinoid signaling、Primary bile acid biosynthesis等通路,且多個代謝通路和免疫調(diào)節(jié)相關(guān)。對腸道微生物多樣性和差異代謝產(chǎn)物進行Correlation分析和Procrustes分析,腸道菌群的結(jié)構(gòu)變化和差異代謝產(chǎn)物具有生物學相關(guān)性。結(jié)果表明麥胚球蛋白通過模型小鼠的相關(guān)免疫因子、腸道微生物區(qū)系、代謝產(chǎn)物的動態(tài)變化影響機體的生理狀態(tài)和免疫水平。(3)通過動物實驗從免疫器官、免疫細胞、免疫分子和mRNA表達方面研究了麥胚球蛋白的免疫活性和作用機制。采用環(huán)磷酰胺建立免疫抑制小鼠模型,麥胚球蛋白干預后研究發(fā)現(xiàn),麥胚球蛋白可以使模型小鼠的體重、脾臟指數(shù)和胸腺指數(shù)提高,激活小鼠LDH和ACP的活性,使機體的巨噬細胞處于活化狀態(tài);麥胚球蛋白可以提高模型小鼠總的抗氧化能力,平衡模型小鼠的氧化還原狀態(tài);麥胚球蛋白能提高小鼠淋巴細胞ATP活性;顯著提高小鼠脾臟T淋巴細胞和B淋巴細胞增殖能力;提高外周血CD3~+和CD4~+/CD8~+比值,從而提高模型小鼠的細胞免疫功能。外周血免疫細胞因子和免疫淋巴細胞亞型分析,免疫抑制小鼠Th1細胞向Th2細胞分化的比率提高,相互轉(zhuǎn)化失衡。麥胚球蛋白可能通過提高模型小鼠脾臟T-bet mRNA的表達和降低GATA-3 mRNA的表達對免疫抑制小鼠的Th1/Th2亞群的轉(zhuǎn)化進行調(diào)節(jié)。麥胚球蛋白對淋巴細胞的增殖可能通過線粒體依賴的凋亡通路促進Bcl-2 mRNA的表達、提高Bcl-2/Bax的比率來實現(xiàn)的。結(jié)果表明麥胚球蛋白能夠在一定程度上提高免疫抑制小鼠的免疫水平,且劑量上存在線性相關(guān)性,具有生物學統(tǒng)計學意義。麥胚球蛋白主要是免疫和營養(yǎng)供給相關(guān)功能蛋白,在生物過程調(diào)控中起著重要的作用,可以將麥胚球蛋白分離提純作為一類特醫(yī)食品原料和植物源免疫調(diào)節(jié)劑。
【圖文】：

麥胚蛋白的主要研究方面

圖 1-3 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測的主要方法及其應用范圍Figure 1-3 The main methods of protein structure prediction and its application同源建模法，，基于“一個蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)由其氨基酸序列唯一的決定”的假設(shè)（在上，由一級結(jié)構(gòu)，足以獲取其二級、三級結(jié)構(gòu)）。一般序列同源性越高，匹配的準也就越高，建立的模型越接近于蛋白的真實結(jié)構(gòu)，目前對于序列同源性大于 30%的質(zhì)的一級氨基酸序列構(gòu)建的蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)具有生物學參考價值。韋旭欽等[27]利
【學位授予單位】：河南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R151

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本文編號：2619112