蠶蛹蛋白的生物活性和過敏特性的研究進(jìn)展

肖森揚(yáng)，林曉，岳文琪，黃頌源，吳序櫟

（1.深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)部公共衛(wèi)生學(xué)院，廣東深圳 518060）（2.深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)部藥學(xué)院，廣東深圳 518060）

隨著人們對健康生活的追求越來越高，對可持續(xù)營養(yǎng)物質(zhì)需求如可持續(xù)動物蛋白質(zhì)的需求也逐漸增加[1]。昆蟲蛋白來源廣泛，種類豐富，是一種具有發(fā)展可持續(xù)性的新型蛋白資源，已成為近幾年的研究焦點(diǎn)[2]。

蠶桑產(chǎn)業(yè)在我國具有5000年悠久的歷史，因絲綢貿(mào)易催生的“絲綢之路”聯(lián)通了中西方貿(mào)易與文明，為中國乃至世界的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。作為一種可大規(guī)模飼養(yǎng)的昆蟲，家蠶及其代謝產(chǎn)物有著極高的食用、藥用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3]。蠶蛹除了可用作食材之外，還可以作為治療高血壓和脂肪肝藥物的組成成分[4]，近年來因其營養(yǎng)價(jià)值高、生物活性多樣等優(yōu)點(diǎn)也被用作食品工業(yè)的原料。此外，在日本、印度和韓國，蠶蛹也被廣泛應(yīng)用于保健品、藥物和動物飼料的原料[5]。

蠶蛹中含有大量人體所必需氨基酸以及油脂。除此之外，還含有維生素、甲殼素、多糖類物質(zhì)、微量的抗菌膚、溶菌酶、激素等生物活性類物質(zhì)，因此蠶蛹具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可作為開發(fā)食品、醫(yī)藥、飼料等領(lǐng)域產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料[5]。

蠶蛹含有豐富的蛋白質(zhì)，占其干質(zhì)量的49%～54%[7,8]，高于許多其他的動物食物產(chǎn)品。家蠶含有18種氨基酸，其中八種人體必需氨基酸含量超過總氨基酸的40%[9]。不僅如此，蠶蛹中所含有的必需氨基酸和總氨基酸比例符合聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）提出的食品中氨基酸最佳組合模式[10]。蠶蛹蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)組成與人體蛋白質(zhì)相似，容易被人體吸收，其吸收率高達(dá)90%以上[8]。

然而，包括蠶蛹蛋白在內(nèi)的多種食用昆蟲蛋白可能引起過敏反應(yīng)，可誘發(fā)嚴(yán)重過敏，從輕度的局部反應(yīng)到嚴(yán)重的全身臨床癥狀都有可能發(fā)生，如呼吸系統(tǒng)癥狀、胃腸道癥狀和皮膚癥狀等甚至嚴(yán)重的過敏性休克[11-14]，嚴(yán)重影響了人們的健康。因此，本文結(jié)合最近幾十年間相關(guān)的中英文文獻(xiàn)，對蠶蛹蛋白的生物活性及過敏特性進(jìn)行綜述，以期為蠶蛹的開發(fā)與利用提供思路。

1 蠶蛹的生物活性

蠶蛹具有豐富的生物活性和功能特性，因此也被廣泛應(yīng)用于食品和制藥工業(yè)。近年來，蠶蛹中多種具有潛在功能和健康益處的生物活性物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)。蠶蛹蛋白質(zhì)和水解肽具有多種功能，包括提高免疫力、抗腫瘤和抗氧化等活性（表1）。但蠶蛹水解肽的提取、純化和結(jié)構(gòu)鑒定的方法，包括其藥理作用的機(jī)制仍然需要進(jìn)一步的研究。目前通過酶水解從蠶蛹獲得水解肽的方法效率低，因此必須優(yōu)化酶水解流程以促進(jìn)該工藝的商業(yè)化。此外，經(jīng)過脫蛋白和脫脂后，蠶蛹?xì)埩粑锖?%～8%的殼聚糖、約4%的多糖和少量抗菌肽及其他生物活性物質(zhì)。蠶蛹中含有的二甲基腺苷化合物可作為血管松弛劑用于治療男性血管性陽萎[15]。目前已有許多從微生物、海洋生物和植物中分離出來的天然藥物，但目前仍缺少由昆蟲的生物活性物質(zhì)構(gòu)成的天然藥物。昆蟲含有豐富的生物活性物質(zhì)，如何將其開放為新型的天然藥物是未來的研究方向。最新研究發(fā)現(xiàn)，食用蠶蛹不會導(dǎo)致肝毒性[16,17]，因此蠶蛹可以用來治療肝臟損傷病人的其他慢性疾病。雖然蠶蛹中的一些活性物質(zhì)已被鑒定，但其藥理作用仍需要進(jìn)一步探究。隨著研究的深入，蠶蛹在醫(yī)藥工業(yè)中具有的應(yīng)用潛力將被挖掘。

表1 蠶蛹蛋白及其水解肽的生物功能Table 1 Functions of proteins and hydrolysis peptides in silkworm pupae

對蠶蛹的生物活性物質(zhì)的一系列研究表明，蠶蛹有著作為食品添加劑的潛力[18]，例如加工制成的蠶蛹蛋白粉可被用作餅干、面包、面食等食品的添加劑。Kim等[19]用蠶蛹粉代替乳化香腸中10%的瘦肉以充當(dāng)新的蛋白質(zhì)成分，研究表明蠶蛹蛋白粉可以提高乳化香腸的耐寒性和產(chǎn)量。

如何提高群眾對食用昆蟲的可接受度是食用昆蟲能否作為食物的關(guān)鍵之一[20]。即使消費(fèi)者認(rèn)識到昆蟲的高營養(yǎng)價(jià)值，但大部分群眾對昆蟲的接受度并不高[21]。研究表明，與蠶蛹本身相比，蠶蛹水解后得到的復(fù)合氨基酸更易被大眾所接受。近年來，利用蠶蛹大規(guī)模制備的復(fù)合氨基酸已被逐漸應(yīng)用于中國的醫(yī)療和保健行業(yè)中。

目前動物飼料行業(yè)已逐漸使用昆蟲作為飼料中的部分營養(yǎng)成分的來源[21]，如蠶蛹可用作家禽、魚類和甲殼類動物的飼料[22-24]。使用蠶蛹有助于減少其他蛋白質(zhì)飼料來源，能夠降低蛻皮時(shí)間、提高抗氧化能力和消化率等[25]。

2 蠶蛹的致敏特性

2.1 蠶蛹致敏現(xiàn)象

近年來，與食用昆蟲相關(guān)的潛在過敏反應(yīng)引起了消費(fèi)者和科學(xué)家的廣泛關(guān)注。食品安全是食品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是人們能否接受食用昆蟲的關(guān)鍵因素。家蠶含有許多過敏原來源，包括糞便、皮屑和蠶絲等，可以引起呼吸道過敏、接觸性過敏和食物過敏，包括皮膚癥狀、呼吸道癥狀、心血管癥狀甚至導(dǎo)致過敏性休克[60-62]，因此可能會限制蠶蛹在食品和飼料中的使用。

家蠶引起的過敏反應(yīng)可以在多種情況下出現(xiàn)。我國是蠶絲業(yè)大國，在培育家蠶和制作加工絲綢時(shí)，空氣中彌漫的絲綢顆粒會被工人所吸入，引起呼吸道超敏反應(yīng)[63,64]；懸浮在空氣中的蠶蛾鱗片也會導(dǎo)致呼吸道過敏[65,66]；對家蠶過敏的人在接觸絲綢制品時(shí)也會產(chǎn)生過敏反應(yīng)[67,68]；蠶蛹被食用時(shí)也可引發(fā)機(jī)體產(chǎn)生嚴(yán)重的超敏反應(yīng)[69]。由此可得出，過敏原可能存在于家蠶生命周期中的不同發(fā)育階段及其代謝產(chǎn)物。

2.2 蠶蛹過敏原分析

目前已有29種蠶蛹蛋白被鑒定為過敏原（表2），但世界衛(wèi)生組織/IUIS過敏原命名小組委員會僅登記了5種家蠶過敏原蛋白質(zhì)（表3）。

表2 蠶蛹相關(guān)過敏原Table 2 Allergens in silkworm pupae

表3 WHO/IUIS過敏原命名小組委員會正式確認(rèn)和登記的蠶蛹過敏原Table 3 Allergens of silkworm pupae have been officially confirmed and registered by the WHO/IUIS Allergen Nomenclature Sub-committee

蠶的發(fā)育方式為完全變態(tài)發(fā)育，其一生需要經(jīng)歷四個(gè)不同發(fā)育階段，分別是卵、幼蟲、蛹和蛾。除了蠶蛹引起的食物過敏外，幼蟲引起的過敏性疾病也引起了學(xué)者們的關(guān)注[70]。因此，蠶不僅僅是食物過敏原，也可以是吸入性或接觸性過敏原。He等[71]發(fā)現(xiàn)家蠶幼蟲、蛹和蛾的蛋白質(zhì)表達(dá)與過敏原不同，且蠶絲、蠶皮和蠶砂均含有IgE結(jié)合蛋白，這表明家蠶及其代謝產(chǎn)物都具有潛在的致敏性。同時(shí)，在幼蟲、蛹、蛾、蠶絲、蠶皮和蠶砂中發(fā)現(xiàn)了7、16、17、4、3、4種過敏原。另外，家蠶過敏原可以與來自昆蟲的其他過敏原（例如德國小蠊和美洲大蠊[72]）產(chǎn)生交叉反應(yīng)，這也大大增加了家蠶過敏的風(fēng)險(xiǎn)。

熱休克蛋白、原肌球蛋白、幾丁質(zhì)酶和磷酸丙糖異構(gòu)酶是屋塵螨的過敏原，它們被分別命名為Der f 10、Der f 11、Der f 15和Der f 25。國家生物技術(shù)信息中心（www.ncbi.nlm.nih.gov）表明，蠶蛹和屋塵螨中熱休克蛋白、原肌球蛋白、幾丁質(zhì)酶和磷酸丙糖異構(gòu)酶的氨基酸序列同源性分別為30.77%、81.94%、28.33%和71.77%。原肌球蛋白是一種無脊椎動物泛過敏原，是甲殼類動物、屋塵螨、蟑螂和蛾的主要過敏原[73]。精氨酸激酶是另一種無脊椎動物泛過敏原。它是一種在昆蟲和甲殼類動物中發(fā)現(xiàn)的酶，屬于胍基磷酸轉(zhuǎn)移酶家族[74]。雖然精氨酸激酶已被報(bào)道為家蠶幼蟲的過敏原，但不是家蠶蛹的過敏原。精氨酸激酶基因在蛹中以相對較低的水平表達(dá)，并隨著幼蟲成熟其表達(dá)量逐漸增加[75]。因此，仍需要研究蠶蛹中精氨酸激酶的潛在過敏性。卵黃蛋白原是蜜蜂、鮭魚、小黃蜂的過敏原。抑制蛋白是一種泛過敏原[76]。來自不同昆蟲物種的精氨酸激酶和原肌球蛋白的同源性大于70%。而其他過敏蛋白的同源性在35%～95%之間。這種現(xiàn)象可能會導(dǎo)致不同的昆蟲或甲殼類動物的蛋白質(zhì)之間發(fā)生交叉反應(yīng)[2]。

蛋白質(zhì)組學(xué)對比研究表明，家蠶幼蟲在飲食上的差異和性別的不同會導(dǎo)致一些蠶蛹蛋白質(zhì)的表達(dá)存在差異[87]。值得注意的是，與其他實(shí)驗(yàn)條件下飼養(yǎng)的雌蠶蛹相比，在桑葉上飼養(yǎng)的雌蠶蛹中的過敏原表達(dá)水平較低[87]。因此，蠶蛹的過敏原譜可能與蠶的性別與飼料有關(guān)。

無脊椎動物之間的交叉反應(yīng)通常歸因于同源過敏原[88,89]。蠶蛹的過敏原也與其他昆蟲的過敏原之間具有結(jié)構(gòu)相似性和高度同源性，有導(dǎo)致交叉過敏反應(yīng)的可能。蠶屬于甲殼動物，節(jié)肢動物的一個(gè)亞門。據(jù)報(bào)道，蠶蛹和蛾與塵螨、粉塵螨、金發(fā)熱帶、德國小蠊和美洲大蠊具有交叉反應(yīng)性[72,90]。然而，同源比較表明，家蠶中潛在的過敏原與已知的粉塵螨、埃及按蚊、腐臭梭菌的過敏原同源，因此蠶蛹可能是通過與這些過敏原的交叉反應(yīng)引起的過敏性疾病。

近年來，人們對食物蛋白的致敏性進(jìn)行了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)加熱處理、酶解和酸堿處理可以最大限度降低食物蛋白過敏性。蠶蛹中的27 ku的血淋巴糖蛋白被確定為一種熱穩(wěn)定的過敏原[86]。Dai等[91]發(fā)現(xiàn)用堿性蛋白酶對蠶蛹進(jìn)行酶解后，小鼠未出現(xiàn)明顯的過敏癥狀，說明酶水解法能顯著降低蠶蛹的過敏性。He等[92]發(fā)現(xiàn)，加熱、酶水解和酸堿處理可以顯著降低蠶蛹蛋白的變應(yīng)原性，同時(shí)在25～33 ku處發(fā)現(xiàn)具有耐熱，耐酶和耐酸堿的變應(yīng)原。通過了解蠶蛹中變應(yīng)原的結(jié)構(gòu)與致敏性的關(guān)系，可以開發(fā)出有效的降低變應(yīng)原蛋白致敏性的加工方法。因此，蠶蛹中變應(yīng)原的免疫學(xué)特性仍需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論與展望

蠶蛹蛋白具有豐富的開發(fā)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，具有被開發(fā)應(yīng)用于食品加工行業(yè)的潛在價(jià)值。但是到目前為止，以蠶蛹為原料制作的產(chǎn)品仍然得不到消費(fèi)者的普遍接受，尤其在一些西方國家。此外，將蠶蛹納為食物還需要對其潛在的致敏性進(jìn)行評估。目前對于蠶蛹過敏危害的評價(jià)主要基于臨床案例，缺乏系統(tǒng)性評價(jià)。綜上，目前蠶蛹蛋白在食品、醫(yī)藥等方面的應(yīng)用仍然存在一定的限制因素，隨著人類對蠶蛹蛋白的了解不斷深入，對蠶蛹蛋白的應(yīng)用研發(fā)也將越來越多。如果能充分利用生物技術(shù)解決蠶蛹蛋白在加工過程中存在的問題，不僅可以節(jié)約資源，還能提高蠶的附加值和延長蠶業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，更進(jìn)一步提升蠶蛹蛋白的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。