基于细胞代谢组学对乳酸菌发酵大麦提取物的抗氧化活性研究

The enhancement effect on human health of barley is closely related to its antioxidant activity. Lactobacillus fermentation is benefit for the increasing antioxidant capacity of fermented barley, and then the nutrition and health function are improved. In this project, the oxygen radical absorbance capacity (ORAC) and cell antioxidant activity (CAA) tests will be used to investigate the dynamic change of the main active ingredients and antioxidant capacity of lactobacillus fermentation barley extract (LFBE) during fermentation process, and to elucidate the impact on the antioxidant activity by the interaction between LFBE components. Based on CAA cell model and celluar metabolomics method, the chromatography tandem with mass spectrometry (GC-TOF-MS and LC-Q-TOF) will be applied to analyze the influences on the metabolites of oxidative cell model built with HepG2. In combination with multivariate statistical analysis method, the cell metabolism biomarkers would be identified. And then the relationship between antioxidant activity of LFBE and the cell metabolism characteristics of HepG2 would be analyzed. Ultimately, the cellular antioxidant mechanism of LFBE would be revealed. This project will provide a theoretical basis for understanding the human health promoting mechanism of barley phytochemicals. And the research is also benefit for the comprehensive utilization and development of barley whole grain healthy food resources.

大麦对人体健康的促进作用与其抗氧化活性密切相关，乳酸菌发酵有利于大麦发酵产物抗氧化能力的增强，进而改善其营养和健康功效。为进一步探究乳酸菌发酵大麦提取物（LFBE）的抗氧化活性及其作用机制，本项目拟通过分析LFBE主要活性成分在乳酸菌发酵过程中的动态变化规律，解析LFBE的氧自由基吸收能力和细胞抗氧化活性的物质基础，阐明LFBE各组分之间的相互作用对抗氧化活性的影响机制；基于细胞代谢组学研究策略，采用色谱-高分辨质谱分析技术，解析LFBE对抗氧化模型HepG2细胞代谢产物谱的影响，结合多元统计分析方法识别并鉴定细胞代谢标志物，探究LFBE抗氧化活性与HepG2细胞代谢特征之间的相互关系，从分子水平揭示LFBE的细胞抗氧化机制。本研究符合当前全谷物健康食品的发展趋势，可为阐明大麦植物化学物对人体健康的促进机制、推动大麦全谷物健康食用资源的综合利用与开发，提供理论研究依据。

乳酸菌发酵有利于增加大麦中抗氧化活性物质的释放，进而改善其发酵产物的营养和健康功效。为进一步揭示乳酸菌发酵大麦提取物（LFBE）的抗氧化活性及其作用机制，本项目通过对LFBE抗氧化物质的筛选与鉴定，掌握了乳酸菌发酵对大麦主要功能活性成分的释放规律，揭示了LFBE主要组分及其特征组分的抗氧化活性水平；基于细胞代谢组学研究方法，阐释了LFBE中特征活性成分对HepG2代谢的影响，揭示了其参与影响细胞抗氧化活性的主要作用机制。研究首先基于液相色谱-高分辨质谱的组学分析策略，分析了乳酸菌不同发酵阶段LFBE中主要营养及功能活性成分的动态变化，解析了发酵过程中主要小分子化合物的种类及特征成分，共鉴定出124种化合物，包括酰胺、酯、糖、核苷、氨基酸、有机酸等生物活性物质和代谢物等；采用化学抗氧化试验对LFBE各主要组分及其特征化合物开展了抗氧化活性初步评价和筛选，掌握了不同组分与其抗氧化能力之间的量效关系，进而利用细胞抗氧化方法（CAA法）对LFBE中特征组分的抗氧化活性进行了分析，并结合RT-PCR技术初步解析了其对HepG2细胞抗氧化相关基因表达的影响，结果表明，不同特征化合物对抗氧化相关基因的表达调控水平存在较大差异，且调控趋势与CAA的分析结果并不完全一致；研究进一步采用细胞抗氧化试验模型和代谢组学研究方法，对细胞内代谢产物进行分析鉴定，探究了LFBE不同特征组分在抗氧化过程中对HepG2细胞代谢特征的影响，通过解析代谢产物谱，基本明确了主要特征成分对细胞代谢的影响机制，结果表明，LFBE中不同特征化合物的抗氧化功能对细胞的整体代谢特性作用近似，但作用途径仍存在一定差别，并且有可能通过相应的特征代谢途径，对细胞抗氧化活性产生较大影响。本项目研究为进一步明确乳酸菌发酵大麦提取物的功能活性成分，深入探讨大麦发酵产物潜在的生理活性及其作用机制，推动谷物发酵新技术的推广和应用，提供了较为充分的研究基础。