使用植物色素使蔬菜具有抗炎特性

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-ichiro Arimura 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。他们的研究结果于 2023 年 1 月 26 日发表在《生物技术与生物工程》杂志上。在讨论这项研究的结果时，Arimura 教授说：“我们成功地设计了马铃薯块茎和番茄果实，以共表达甜菜花青素生物合成基因 [来自 Beta vulgaris 的 CYP76AD1基因， DOD(多巴 4,5-双加氧酶)和 5GT(环多巴 5-O-葡糖基转移酶)来自Mirabilis jalapa ]在合适的启动子的控制下。这增强了这些转基因蔬菜中甜菜苷和异甜菜苷(甜菜花青苷的两种常见类型)的内源性积累。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(一种Tnf-α基因)在转基因细胞内的转录减少。

“这些发现与我们在葡聚糖硫酸钠 (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。通过抑制促炎基因(Tnf-α、Il6 和 Cox-2基因)的 DSS 刺激转录，观察到他们的体重减轻和疾病活动指数有显着改善”，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。据推测，其原因是转基因马铃薯中存在未知的拮抗剂，这些拮抗剂可对抗甜菜花青素的抗炎功能，但尚未得到证实。

“经过基因改造以产生甜菜花青素的西红柿被发现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以其原始状态摄入时更有可能作为健康食品发挥作用，”Arimura 教授总结道。

这些发现的潜在应用是什么?他进一步补充说：“虽然日本没有商业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。