甜菊糖苷及其代谢产物对典型维生素生物有效性和生物利用度的影响及作用机制

Steviol glycosides have been used in food processing widely and intensively;issues on their formulation have been turning up. Influence of steviol glycosides and their metabolites on bioaccessibility and bioavailability of important food ingredients as like food resource vitamins is a concern for how to effectively reserve or utilize bioactive components, yet for how to use steviol glycosides appropriately. This project will study the bioaccessibility and bioavailability of steviol glycosides, enzymatic modified steviol glycosides and their metabolites, as well as the influence of steviol glycosides and their metabolites on bioaccessibility and bioavailability of typical food resource vitamins based on their common metabolism characters. Meanwhile, with checking the regulation on digestive track cell proliferation caused by steviol glycosides and their metabolites with or without vitamins, the relevance between the cell proliferation function and bioaccessibility/ bioavailability will be investigated, the synergism on absorption and transport of steviol glycosides, their metabolites and vitamins will be elucidated. Furthermore, taking Caco-2 as a joint, which is the model cell used in bioaccessibility analysis, a multi-cell model of CBMN genotoxicity testing model will be established to identify the possible relevance between bioaccessibility, cell proliferation regulation and genotoxicity, to enrich the knowledge for utilizing steviol glycosides and their safety in food usages.

甜菊糖苷在食品中的应用范围和深度日趋增加,各类配伍性问题也日渐凸显。甜菊糖苷对食品重要活性组分如维生素的生物有效性和生物利用度的影响,关系到活性组分生物效价的高效保留和利用,也关乎食品加工中甜菊糖的正确使用。本项目将基于甜菊糖苷家族的共有代谢特征,深入研究甜菊糖苷、酶改性甜菊糖苷及其代谢产物的生物有效性和利用度,解析它们和典型食源维生素共存生物有效性及生物利用度的变化规律。与此同时,通过研究甜菊糖苷及其代谢产物与维生素共存与否时对代谢点细胞生长的作用,探究其生物有效性和生物利用度与细胞生长函数之间基于作用物变量的关联性,揭示甜菊糖苷及其代谢产物与维生素在吸收转运上的协同作用。进一步地,以生物有效性分析所用模型细胞Caco-2为交点,建立多细胞CBMN的遗传毒性检测模型。最后初步关联分析甜菊糖苷肠道代谢产物甜菊醇的生物有效性、细胞作用和遗传毒性,为甜菊糖的应用和安全性分析提供理论支持。

本项目基于甜菊糖苷家族的共有代谢特征,深入研究甜菊糖苷、酶改性甜菊糖苷及其代谢产物的溶液界面物理化学、生物活性和有效性，进而研究甜菊糖苷及其代谢产物与典型食源维生素共存与否时的界面和生物活性的变化过程, 揭示甜菊糖苷及其代谢产物与维生素的协同作用, 探究其生物有效性和生物利用度与细胞生长函数之间基于作用物变量的关联性。进一步地,以模型细胞Caco-2为支点, 以胃肠道正常细胞为面，扩展到胃肠道常见癌细胞，分析甜菊糖苷肠道代谢产物甜菊醇的细胞作用和细胞毒性,为甜菊糖的深入应用和安全性分析提供理论支持。.通过项目的实施，揭示了甜菊糖苷的界面活性与其结构的构效关系，发现了所试维生素对甜菊糖苷微环境极性的影响、对甜菊糖苷γ-logC曲线平台的修饰乃至消除作用。进而选择界面活性适宜的甜菊糖苷与典型食源维生素为组合，研究发现甜菊糖苷在使用浓度下可提高油溶性维生素的溶解度最高达100000倍，一定的组合间还可以形成共晶复合物，并大幅强化其抗氧化性和稳定性。因而几种主要甜菊糖苷可通过其与VC、VE和VD等典型维生素在界面活性和抗氧化性上的协同作用，有效提升维生素的生物有效性和生物利用度。另一方面，几种主要甜菊糖苷对胃肠道正常细胞和癌细胞包括Caco-2均无细胞毒性，且在10倍正常使用浓度范围内与作用物变量无关。而它们的肠道代谢产物甜菊醇对上述细胞均有程度不同的细胞毒性，且有明显的剂量依赖性。在100μg/mL浓度下，甜菊醇与5-氟尿嘧啶对6种人胃肠道癌细胞有相似强度的抑制作用。甜菊醇的细胞毒性的作用机制遵循线粒体凋亡途径，包括Bax/Bcl-2比值升高，p21和p53激活，同时还涉及到caspase3非相关机制。这些结果与miRNA表达分析所获得的结果一致。鉴于甜菊醇的代谢特性及其对癌细胞的细胞毒性，甜菊醇可能是一种潜在的癌症化疗药物。换言之，甜菊醇的毒性不需要通过遗传毒性表达，而直接通过细胞毒性表达。.通过项目的实施, 发表论文17篇,其中SCI论文12篇；申请发明专利15项，获授权11项，其中美国专利3项。培养博士生1名，硕士生2名。