FSHW | 芝麻素靶向脾臟酪氨酸激酶緩解IgE介導的食物過敏反應研究機制

本文系Food Science and Human Wellness原創編譯，歡迎分享，轉載請授權。

Introduction

近年來，我國食物過敏發病率不斷上升，已成為日益嚴重的公共健康問題。食物過敏主要是由免疫系統將食物中的過敏原錯誤識別為有害物質而引起的IgE介導的Ⅰ型變態反應。常見的食物過敏原包括魚、蛋、牛奶、貝類、大豆、小麥、堅果和花生，影響全世界約8%的兒童和3%～10%的成人。盡管目前尚未找到能夠完全治愈食物過敏或徹底消除過敏原的方法，但一系列積極的干預措施展現出了令人振奮的效果。其中，開發低敏食品、探索天然膳食療法以及提升過敏原檢測技術等策略顯示出巨大的應用前景，為食物過敏防治指明了方向。

不同種類的酚類化合物由于其結構多樣性，實際抗食物過敏作用也不盡相同。最近的研究表明，酚類化合物可能通過調節BCR或FcεRI等免疫相關通路的信號傳導，發揮治療過敏性疾病的作用。探究天然酚類物質對食物過敏的緩解效果和對具體靶點的干預機制具有重要意義。

脾酪氨酸激酶（SYK）是高親和力IgE受體（FcεRI）和B細胞受體（BCR）通路中的關鍵信號蛋白，負責下游信號轉導。SYK通過調節B細胞增殖和分化，控制肥大細胞和嗜堿性粒細胞脫顆粒，在過敏和自身免疫性疾病的發展中發揮重要作用。靶向抑制SYK磷酸化和信號傳導被認為是治療免疫性疾病有前景的方法。傳統的小分子SYK抑制劑往往具有較高的肝腎毒性，會對機體產生不良反應。因此，開發更加安全有效的天然膳食成分以代替傳統小分子抑制劑，進而緩解以食物過敏為代表的免疫疾病具有重要的臨床意義。

Results and Discussion

脾臟酪氨酸激酶（Syk）活性位點的預測

通過DeepSite插件預測，獲得評分為0.99（最大分數：1）的活性位點（圖1A）。隨后，使用PyMOL中的Getbox插件分析了5Y5T文件中的配體位置，并根據選擇的配體位置確定了配體與SYK結合位點（圖1C），發現該位點與DeepSite預測的SYK活性位點一致（圖1A-B）。結合文獻總結，最終確定了結合位點為SYK的ATP結合口袋。

圖1 脾臟酪氨酸激酶的活性位點預測

靶向Syk的AutodockVina虛擬篩選部分結果

使用AutoDock Vina靶向SYK的ATP結合口袋進行抑制劑虛擬篩選。其中包括芝麻素及其代謝產物SC-1、SC-2等300種酚類化合物。表1顯示與Syk結合能絕對值最高的前10種酚類化合物，芝麻素（Sesamin，SC）及其代謝產物(1R,2S,5R,6S)-6-(3,4-dihydroxyphenyl)-2-(3,4-methylenedioxyphenyl)-3,7-dioxabicyclo-[3,3,0] octane（SC-1）和(1R,2S,5R,6S)-2,6-bis(3,4-dihydroxyphenyl)-3,7-dioxabicyclo-[3,3,0] octane（SC-2）表現出了較好的結合效果。

表1 虛擬篩選中與Syk結合能最低的10種酚類化合物

候選抑制劑的ADMET預測結果

芝麻素及其代謝物相較于傳統Syk合成抑制劑R406具有更高的腸道上皮細胞透過率和人體腸道吸收率，更易于吸收利用。對比分析肝臟毒性（HHT）、口服急性毒性（LD50）、生物濃度因子（BCF）和清除率（Clearance）等數據發現，芝麻素及其代謝物的肝臟毒性更低，人體耐受度更高，可能造成的損傷更小，同時具有更高的代謝清除率。綜上所述，芝麻素與其代謝物較傳統抑制劑R406更加安全可靠，吸收利用率更高，藥物類似性更好。

表2 ADMET預測的候選化合物吸收、分布、代謝、排泄和毒性特性

Autodock分子對接結果

分析對接結果發現，芝麻素及代謝物具有比參考抑制劑（R406）更低的結合能值和抑制常數（Ki），表明與Syk可能具有更強的結合性能和更好的激酶活性抑制效果。分子對接結果顯示，芝麻素、SC-1、SC-2和R406四種配體均能夠有效占據Syk的ATP結合口袋，并且都能夠與氨基酸殘基Ala451和Asp512形成氫鍵，而結合這兩個氨基酸位點是Syk抑制劑的關鍵特征。

表3 芝麻素、SC-1、SC-2、R406與Syk的Autodock分子對接結果

圖2 Syk活性位點與芝麻素（A）、SC-1（B）、SC-2（C）、R406（D）的分子對接構象

Gromacs分子動力學模擬結果

分子動力學模擬結果顯示，與傳統的SYK抑制劑R406相比，芝麻素、SC-1和SC-2在與SYK的ATP結合口袋相互作用時表現出更穩定的結合模式和更低的結合能值。RMSD和RMSF結果表明，這些配體能夠穩定SYK的構象，并影響其生物功能。氫鍵數量和總相互作用能的分析顯示，芝麻素、SC-1和SC-2能夠形成更穩定的氫鍵，并且具有更低的總相互作用能。此外，配體結合使得SYK蛋白腔體體積增加，表明存在較大的疏水區域，可能影響SYK的生物功能。綜上所述，芝麻素及其代謝物對于SYK的ATP結合口袋具有更強的結合能力和更穩定的結合模式，可能作為傳統SYK抑制劑的替代品。

圖3 Syk活性位點與抑制劑（R406、芝麻素、SC-1、SC-2）的動力學模擬結果

應用自由能形貌提取代表性低能量構象

蛋白質的自由能概率分布函數（FEL）是基于MD平衡軌跡的概率分布函數，反映了構象與自由能之間的關系。圖4顯示所有組只有一個低能量盆地，表明所有系統都具有單一穩定構象。sesamin、SC-1和SC-2在模擬中更穩定地位于SYK的ATP結合口袋，而R406則移動到外部與殘基形成氫鍵。這與先前的模擬結果一致。

圖4 動力學模擬體系的自由能景觀和復合物穩定構象

芝麻素抑制了IgE/HSA誘導的RBL-2H3細胞脫顆粒

芝麻素抑制了IgE/HSA刺激的RBL-2H3細胞的脫顆粒。MTT實驗顯示，5～60 μmol/L范圍內的芝麻素對細胞存活率沒有影響，但80 μmol/L時略有降低。隨著芝麻素濃度的增加，釋放的組織胺水平和β-Hex釋放率明顯降低，表明存在劑量依賴性。這些結果表明，芝麻素在5～80 μmol/L范圍內顯著影響了IgE/HSA刺激的RBL-2H3細胞的脫顆粒和細胞因子釋放。

圖5 芝麻素對RBL-2H3細胞脫顆粒反應的影響

芝麻素緩解了BALB/c小鼠IgE/HSA誘導的被動皮膚過敏反應

芝麻素改善了BALB/c小鼠IgE/HSA誘導的被動皮膚過敏反應。隨著芝麻素劑量增加，耳部斑塊面積減小，染料滲漏減少，耳部組織結構更有序。通過H＆E和甲苯胺藍染色發現，芝麻素能夠減輕肥大細胞的脫顆粒，降低血管通透性和組織水腫。綜上所述，芝麻素劑量依賴性地減輕了急性過敏反應的嚴重程度。

圖6 芝麻素給藥對小鼠被動皮膚過敏反應（PCA）的影響

芝麻素緩解了卵清白蛋白誘導的系統性食物過敏模型中的臨床癥狀

研究發現，暴露于過敏原后，過敏小鼠的體質量下降，脾/體質量比增加。經過過敏性評分指數評估，發現模型組小鼠體質量在24～32 d顯著下降，而接受芝麻素的小鼠體質量在20 d后繼續增加。體溫方面，模型組小鼠在挑戰后60 min內體溫逐漸下降，而接受不同劑量芝麻素的小鼠體溫下降速率不同。過敏評分顯示，模型組過敏評分最高，而芝麻素治療導致評分下降。脾臟/體質量比增加，且模型組脾臟尺寸顯著增加，表明芝麻素能夠劑量依賴地減輕食物過敏的臨床癥狀。

圖7 芝麻素對主動系統性食物過敏反應（ASA）的影響

芝麻素有效降低小鼠血清中過敏因子水平

根據圖8顯示的結果，與模型組相比，給予芝麻素的小鼠顯著降低了OVA特異性IgE、OVA特異性IgG、組胺、IL-4和mMCP-1水平（P＜0.05）。隨著芝麻素劑量的增加，這種降低效果更加顯著。這些結果表明，芝麻素能夠劑量依賴地減少食物過敏小鼠血液中的免疫球蛋白和促炎因子水平。

圖8 芝麻素處理對食物過敏小鼠血漿中過敏因子水平的影響

芝麻素給藥對小鼠脾臟中CD4+ T細胞分化的影響

Th1/Th2和Th17/Treg的平衡對于免疫系統功能至關重要，但在存在過敏原時可能會受到破壞。通過測量T-bet、GATA3、RORγt和Foxp3等轉錄因子的mRNA表達水平，可以了解免疫細胞分化、過敏期間Th細胞反應平衡的變化以及芝麻素的治療效果。研究發現，與對照組相比，模型組的GATA3和RORγt mRNA表達水平顯著增加，而T-bet和Foxp3 mRNA表達水平顯著降低，表明免疫穩態受到破壞。芝麻素的給藥能夠顯著抑制這些異常變化，尤其在使用更高劑量的芝麻素時效果更顯著。因此，芝麻素能夠有效調節Th細胞分化，緩解過敏癥狀，并維持免疫系統的正常功能。

圖9芝麻緩解OVA誘導的脾臟CD4+T細胞分化標志基因的mRN表達失衡

芝麻素抑制脾臟中SYK與下游p38ERKp65的磷酸化激活

為深入了解芝麻素如何減輕OVA誘導的過敏反應，本研究分析了芝麻素對SYK及其下游蛋白（p38、ERK和P65）表達和磷酸化水平的影響。Western blot圖像顯示，與對照組相比，模型組的SYK、ERK、p38和P65的磷酸化水平顯著增加。芝麻素的給藥明顯降低了這些OVA誘導的磷酸化水平，尤其在高劑量下效果更為顯著。進一步免疫組化分析顯示，芝麻素抑制了p-SYK/SYK相對密度比的增加，與Western blot結果一致。綜上所述，芝麻素能夠通過抑制SYK的磷酸化進而影響其下游p38、ERK和P65等信號蛋白的激活，從而緩解過敏反應。

圖10 芝麻素抑制脾臟中Syk及其下游信號蛋白的活化水平

Conclusion

在這項研究中，本團隊發現芝麻素及其代謝物SC-1和SC-2在一系列計算研究中對SYK表現出高結合親和力和抑制效率。在AutoDock Vina對300種天然衍生物進行的虛擬篩選中，芝麻素、SC-1和SC-2對SYK的結合能量較其他酚類候選物更低。在分子對接過程中，與傳統的SYK抑制劑R406相比，芝麻素、SC-1和SC-2在結合能量和抑制常數（Ki）方面較低，并在ADMET預測中表現出更高的生物利用度、安全性、代謝/清除率和分布均勻性。此外，它們在分子動力學模擬能夠穩定地占據SYK的ATP結合口袋。

在IgE/HSA刺激的RBL-2H3細胞中，濃度為5-80 μmol/L的芝麻素顯著抑制了脫顆粒和細胞因子釋放。在小鼠模型中，芝麻素能夠改善IgE/HSA誘導的急性被動過敏反應和OVA誘導的系統性食物過敏反應，降低過敏介質（如免疫球蛋白和促炎細胞因子）的水平，并部分糾正了脾臟中CD4+細胞分化的失衡。此外，芝麻素還能夠抑制脾臟中SYK及其下游信號蛋白（如p38、ERK和p65）的磷酸化。綜上所述，芝麻素可能是一種天然、安全、有效的SYK抑制劑，能夠有效緩解IgE介導的肥大細胞的脫顆粒、局部急性過敏反應和食物過敏反應。

第一作者

李宇，山東農業大學食品科學與工程專業2021級碩士研究生，發表一區SCI論文1篇，申請國家發明專利3項，主要研究方向為天然膳食成分對免疫性疾病的調控機制，食物過敏發作機制。

篝火狂歡夜

李鋒，教授，博士生導師，山東農業大學食品科學與工程院副院長?，F為中國營養學會會員，山東省食品科學技術學會常務理事，山東省食品科學技術學會青年工作委員會副主任委員，食品營養與健康工作委員會秘書長，中國農學會食物營養與營養分會委員。美國威斯康辛大學、Barbara Ann Karmanos癌癥研究所訪問學者。主講《食品化學》、《食品化學與分析實驗》、《食品營養與健康》等課程。主要從事食品營養與化學、農產品加工與質量控制領域的研究。先后主持或參與國家自然科學基金、中國博士后科學基金、山東省自然科學基金、山東省重點研發計劃等項目12項；在

Seminars in Cancer Biology

Critical Reviews in Food Science and Nutrition

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Food & Function

Food Science and Human Wellness

Food Chemistry Advances

Sesamin is an effective spleen tyrosine kinase inhibitor against IgE-mediated food allergy in computational, cell-based and animal studies

Yu Lia,b, Xuerui Chena,b, Longhua Xua,b, Xintong Tana,b, Dapeng Lia,b, Dongxiao Sun-Waterhousec,*, Feng Lia,b,*

a College of Food Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China

b Key Laboratory of Food Nutrition and Human Health in Universities of Shandong, Tai’an 271018, China

c School of Chemical Sciences, The University of Auckland, Auckland 1142, New Zealand

*Corresponding author.

Abstract

Food allergy has become a global concern. Spleen tyrosine kinase (SYK) inhibitors are promising therapeutics against allergic disorders. In this study, a total of 300 natural phenolic compounds were firstly subjected to virtual screening. Sesamin and its metabolites, sesamin monocatechol (SC-1) and sesamin dicatechol (SC-2), were identified as potential SYK inhibitors, showing high binding affinity and inhibition efficiency towards SYK. Compared with R406 (a traditional SYK inhibitor), sesamin, SC-1, and SC-2 had lower binding energy and inhibition constant (Ki) during molecular docking, exhibited higher bioavailability, safety, metabolism/clearance rate, and distribution uniformity ADMET predictions, and showed high stability in occupying the ATP-binding pocket of SYK during molecular dynamics simulations. In anti-dinitrophenyl-immunoglobulin E (Anti-DNP-IgE)/dinitrophenyl-human serum albumin (DNP-HSA)-stimulated rat basophilic leukemia (RBL-2H3) cells, sesamin in the concentration range of 5–80 μmol/L influenced significantly the degranulation and cytokine release, with 54.00% inhibition against β-hexosaminidase release and 58.45% decrease in histamine. In BALB/c mice, sesamin could ameliorate Anti-DNP-IgE/DNP-HSA-induced passive cutaneous anaphylaxis (PCA) and ovalbumin (OVA)-induced active systemic anaphylaxis (ASA) reactions, reduce the levels of allergic mediators (immunoglobulins and pro-inflammatory cytokines), partially correct the imbalance of T helper (Th) cells differentiation in the spleen, and inhibit the phosphorylation of SYK and its downstream signaling proteins, including p38 mitogen-activated protein kinases (p38 MAPK), extracellular signal-regulated kinases (ERK), and p65 nuclear factor-κB (p65 NF-κB) in the spleen. Thus, sesamin may be a safe and versatile SYK inhibitor that can alleviate IgE-mediated food allergies.

Reference:

LI Y, CHEN X R, XU L H, et al. Sesamin is an effective spleen tyrosine kinase inhibitor against IgE-mediated food allergy in computational, cell-based and animal studies[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(2): 9250081. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250081.

本文編譯內容由作者提供

編輯：梁安琪；責任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲創意