探索甜菜碱工程蔬菜在赋予抗炎特性方面的潜力

代谢工程是植物生物技术的一个领域，旨在通过基因改造植物代谢途径，以产生具有改善健康益处的植物品种。最近，东京科学大学和岩手生物技术研究中心的科学家对马铃薯和番茄植物进行了工程改造，使其表达植物色素甜菜红素——仅存在于石竹目和高等真菌中。他们发现，虽然甜菜红番茄具有抗巨噬细胞和小鼠结肠炎的抗炎作用，但甜菜红土豆没有显示出这种作用。

甜菜红素是一类植物色素，是某些水果和蔬菜特有的红紫色(甜菜花青素)或黄色(甜菜青素)颜色的原因。这些天然存在的水溶性含氮色素通常用作食品着色剂。最近，研究发现甜菜碱具有强大的抗氧化潜力，使其成为生产保健食品和对抗各种疾病的潜在候选者。目前，甜菜碱仅在石竹目和高等真菌的植物中产生。因此，已经探索了代谢工程以对可栽培的非石竹目植物进行基因修饰，以提高这些色素的产量和可扩展性。

尽管转基因甜菜红素积累植物已开发多年，但其在生产保健食品资源中的应用仍有待探索。

为了解决这一差距，东京理科大学(TUS)和日本岩手生物技术研究中心的合作研究小组在TUS的Gen-ichiroArimura教授的带领下，尝试对马铃薯和番茄植物进行基因改造以生产甜菜红素。他们的目的是测试产生甜菜花青素的西红柿和土豆对小鼠结肠炎模型和炎症诱导巨噬细胞的治疗效果。他们的发现于2023年1月26日发表在《生物技术与生物工程》上。Arimura教授在讨论这项研究的结果时说，“我们成功地改造了马铃薯块茎和番茄果实，以在控制合适的启动子。这增强了甜菜苷和异甜菜苷的内源性积累——两种常见的甜菜花青素类型——在这些转基因蔬菜中。与野生型对应物相比，这些色素的积累使它们在成熟时呈现暗红色。”

由于巨噬细胞在多种炎症性疾病中发挥着重要作用，该团队进一步测试了这些转基因蔬菜在巨噬细胞样细胞(RAW264.7)中的治疗效果，以及脂多糖(LPS)对免疫反应的刺激。他们观察到，与野生型对应物相比，转基因番茄果实的提取物具有更高的抗炎活性。这归因于LPS刺激的促炎细胞因子基因转录减少-;转基因细胞内的Tnf-α基因。

"这些发现与我们在患有葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎小鼠模型的肠道中观察到的转基因番茄的抗炎作用一致。通过观察它们的体重减轻和疾病活动指数的显着改善抑制DSS刺激的促炎基因转录——Tnf-α、Il6和Cox-2基因”，Arimura教授在讨论另一个小鼠实验的结果时补充道。此外，甜菜花青素与天然水果成分(如番茄中的番茄红素)的叠加和协同作用进一步促进了小鼠模型中结肠炎的改善。有趣的是，虽然转基因番茄提取物在100-1000倍稀释时观察到显着的抗炎作用，但转基因马铃薯的情况并非如此，尽管大量生产了甜菜苷和异甜菜苷。推测其原因是存在未知的转基因马铃薯中的拮抗剂可对抗甜菜花青素的抗炎功能，但尚未得到证实。

发现通过基因工程生产甜菜花青素的西红柿具有显着的健康促进作用。尽管存在甜菜红素等天然植物来源的甜菜碱，但这些色素在高温和极端pH值下表现出较差的稳定性。这表明生产甜菜花青素的转基因番茄品系在生食状态下更可能作为健康食品发挥作用。”

这些发现的潜在应用是什么?他进一步补充说，“虽然在日本还没有商业化种植可食用的转基因作物，但我们预计，通过在封闭的植物工厂和其他设施中生产，将它们用作保健食品，这将导致重组植物在日本的广泛使用。”

我们相信，甜菜红工程将很快成为改善健康食品商业化生产的有前途的途径，在增加食品供应的同时为消费者带来健康益处。