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项目文章丨虫草及其替代品的脂质组学研究
冬虫夏草，是一种昆虫幼虫-真菌共生体。几个世纪以来，它一直是珍贵的中药。大量研究表明冬虫夏草具有抗炎、免疫调节、抗氧化、抗癌等药理活性。因此，对这种生物商品的需求不断增加。然而，由于其专性寄生和生态地理偏好，野生虫草资源有限。天然冬虫夏草主要分布在青藏高原及其周边地区，包括西藏、青海、甘肃、四川和云南。此外，由于过度采集，当地生态系统遭到严重破坏，野生虫草产量不断下降。如今，这种产品的价格急剧上涨。
因此，供应的减少和需求的增加引起了对人工培养冬虫夏草的极大兴趣。目前，中国冬虫夏草已实现大规模栽培，并被广泛用作野生虫草的潜在替代物。尽管已经取得了这些进展，但这些替代物是否具有与野生冬虫夏草相同的药用功能仍是人们关注的问题。
2022年4月，武汉大学中南医院胡汉昆/李胜团队在农林科学一区Top期刊LWT- Food Science and Technology上发表题为Lipidomicprofiling of wild cordyceps and its substituents by liquidchromatographyelectrospray ionization-tandem massspectrometry的文章，从脂质组学角度分析了野生和栽培虫草及菌丝体中的脂质。该研究第一作者为武汉大学中南医院药学部临床药学专业研究生林嫚婷（现已任职福建省厦门市马銮湾医院临床药师），与武汉大学中南医院生物样本库郭珊博士。迈维代谢为本文提供广泛靶向脂质组和定量脂质组检测分析服务。
野生虫草（那曲地区NCs和玉树地区YCs）；百令胶囊(BL，批号:1911355)；栽培虫草（CCs）
1. 野生和栽培虫草及菌丝体的脂质组学概况
图1A显示，包括NCs和YCs在内的野生冬虫夏草与CCs一样呈昆虫状。然而，它们的幼虫大小、基质长度和颜色各不相同，这可能是由于它们的生长条件和宿主幼虫不同。对于菌丝体，可从百令胶囊中获得，百令胶囊是将发酵的中国被毛孢粉碎后直接装入胶囊中制成的。
QC样本检测到6大类，28个亚类共计435种脂质（图1B）。值得注意的是，FAs、GL和GPs的数量占了很大一部分（图1C）。
通过venn图比较野生和栽培虫草及菌丝体中检测到的脂质。图1D显示，359种脂质常见于NCs、YCs、CCs和BLs。然而，不存在NCs、YCs、CCs和BLs分别特有的脂质。此外，与NCs和YCs相比，在CCs中未检测到7种脂质，而在BLs中未检测到61种脂质。在野生虫草中未检测到TG (14:0_20:1_22:1)、TG (18:2_20:0_20:0)和TG (18:0_20:0_22:3)，但在CCs和BLs中检测到了。在BLs、CCs或野生虫草中未检测到这些化合物，这可能是因为它们在每个样本中的丰度较低。总体上，野生和栽培虫草及菌丝体的脂质组成有相当大的重叠，但野生虫草及其替代品之间存在脂质改变。
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图1.野生和栽培虫草及菌丝体中鉴定到的脂质
2. NCs和YCs之间的差异分析
为了确定总体脂质组学差异的特征，进行了多变量统计分析。PCA结果显示五个不同的样本簇对应于QC、NCs、YCs、CCs和BLs(图2A)。OPLS-DA结果显示NCs和YCs之间存在显著分离(图2B)。
根据VIP≥1和FC≥2或≤0.5的特征筛选显著差异的脂质。与NCs相比，YCs中49种脂质的含量较高，而22种脂质的含量较低(图2C其中，类花生酸(PGE3)、CerP(d18:1/18:3)、LPC(22:2/0:0)、LPC(20:4/0:0)、LPC(O-20:1/0:0)和TG(14:0_20:0_20:2)在YCs中未检测到，但在NCs中检测到；TG(14:0_16:0_16:0)和TG(14:0_20:1_22:0)在NCs中未检出，但在YCs中检出。综合来看，不同产地的野生虫草具有一定的脂类差异，这可能与当地独特的环境因素如温度和湿度有关。因此，这些代表性脂质有望成为鉴别野生虫草地理来源的指标。
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图2.两种野生虫草(NCs和YCs)的脂类组学差异分析
3. 栽培虫草与野生虫草的鉴别分析
PCA(图2A)和OPLS-DA结果(图3A和B)均显示CCs与野生虫草(NCs和YCs)之间存在明显的分离。火山图(图3C和D)突出显示了CCs和NCs之间的190种差异脂质(142种上调和48种下调)，以及CCs和YCs之间的177种差异脂质(124种上调和53种下调)，反映了CCs和野生虫草的独特脂质组学特征。此外，还发现CCs中含量高于野生虫草的脂质数量多于含量低于野生虫草的脂质数量。总体上，在CCs和野生虫草之间发现了135种差异脂质(图3E)。其中类二十烷酸(PGE1)、LPI(14:1/0:0)、PC(16:1_18:1)、LPC(20:3/0:0)4种脂类仅在野生虫草中检出，而TG(14:0_20:1_22:1)、TG(18:2_20:0_20:0)、TG(18:0_ 20:0 _ 22:3)4种脂类仅在CCs中检出。
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图3.CCs和野生冬虫夏草之间的脂质组学差异分析
4. BLs与野生虫草的鉴别分析
同样，分析了BLs和野生虫草之间的脂质组学改变。PCA(图2A)和OPLS-DA(图4A和B)结果也显示BL中的脂质与NC和YC中的不同。发现BLs和NCs之间有280种差异脂质(118种上调，162种下调)，BLs和YCs之间有312种差异脂质(121种上调，191种下调)(图4C和D)。共筛选出BLs与野生虫草之间的269种差异脂质(图4E)。值得注意的是，BL与野生虫草之间的差异脂质数量(269)大于CC与野生虫草之间的差异脂质数量(135)，这意味着CCs与野生虫草具有更多的共同脂质特征。这一结果可能是由于他们完全不同的栽培技术。CCs是通过人工培养真菌子实体获得的，真菌子实体也可以与子囊壳和子囊孢子一起完成性成熟。然而，BLs是通过真菌发酵生产的。此外，还注意到61种脂质(表1)仅从野生虫草(NCs和YCs)中检测到，而TG(14:0_20:1_22:1)、TG(18:2_20:0_20:0)、TG(18:0_20:0_22:3)仅从BLs中检测到。更重要的是，在CCs中可以检测到这61种脂质和3种TG，表明这61种脂质是野生和栽培虫草所特有的，这3种TG是CCs和BLs的代表性脂质(图1D)。这3个TGs有望作为鉴别野生虫草及其替代品(如CCs或BLs)加工品中掺假的有效标记。
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图4.BLs与野生虫草之间的脂质组学差异分析
5. 野生虫草及其替代品中生物活性脂质的定量分析
在NCs、YCs、CCs和BLs中，包括FAs、SLs和GPs，一些生物活性脂质被定量分析。具体来说，SLs、LPCs和LPSs被报道与免疫调节活性有关；类花生酸、PSs、PGs、LPEs、LPGs、LPSs,和不饱和脂肪酸已被证明具有抗炎作用；PCs参与改善记忆和认知缺陷；PEs能正向调节自噬和长寿；据报道，SLs和不饱和游离脂肪酸也具有抗肿瘤活性。图5显示了在野生和栽培冬虫夏草和BLs中检测到的这些生物活性脂质的相对含量。对于冬虫夏草而言，它们中检测到的大多数生物活性脂质与野生冬虫夏草没有显著差异。对于BLs，与野生和栽培的虫草相比，FFAs(图5A)、类花生酸(图5B)和SLs(图5C)的大多数生物活性脂质的含量没有显著改变。然而，包括PEs、PCs、LPEs、LPCs、PSs、PGs、LPGs和LPSs在内的大多数生物活性GPs的丰度发生了显著变化，并且在BLs中更高。
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图5.在野生和栽培虫草及BLs中检测到的生物活性FFA、类二十烷类和SLs的相对含量
此外，还进一步绝对定量了FFA、类二十烷类和SLs的生物活性脂质。图6显示，19个FFA、7个类二十烷类和9个SLs(包括2个cer、2个cert和5个SMs)得到定量。正如预期，从绝对定量(图6)和峰面积(图5)获得的含量变化趋势与在野生和栽培虫草及BLs中检测到的这些脂质一致。例如，两种检测方法均未在BLs中检测到FFA(14:1)和FFA(20:5)。此外，BLs中FFA(16:1)、FFA(22:5)、13-oxoODE,9-oxoODE、9-HOTrE、13-HOTrE、9，10-DiHOME和SM(d18:1/16:1)的含量也明显低于野生和栽培虫草。但BLs中Cer(d18:1/16:0)、Cer(t18:0/24:0)、SM(d18:1/14:0)含量均高于野生和栽培虫草。该结果表明了基于峰面积的差异分析的可靠性。总之，不同虫草样品中这些生物活性脂质的含量不同，CCs与野生虫草的差异小于BLs与野生虫草的差异。
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图6.在野生和栽培虫草及BLs中检测到的一些生物活性FFA、类二十烷类和SLs的绝对定量结果
本研究首次基于LC-ESI-MS/MS分析了野生和栽培虫草及菌丝体的脂质组学特征。对野生冬虫夏草及其替代品的脂质提供了全面的见解，不仅为其药理作用提供了化学证据，还促进了更好的质量控制。
后 记
1.2021年12月，武汉大学生命科学学院及中南医院王业富/周立/胡汉昆教授团队在Journalof Functional Foods期刊发表了题为“Oraltherapy of recombinant Subtilisin QK-2 potentiates thrombolyticeffect in a carrageenan-induced thrombosis animalmodel”的研究论文，探究了功能性食品成分的枯草杆菌蛋白酶QK体内的溶栓作用。
2.2021年7月，武汉大学肖玉秀/胡汉昆教授团队在FoodChemistry期刊发表了题为“Adensity-tunable liquid-phase microextraction system based on deepeutectic solvents for the d eterminationof polycyclic aromatichydrocarbons in tea, medicinal herbs and liquidfoods”的研究论文，研制了一种新型密度可调的液相微萃取(DT-LPME)系统，DT-LPME法简单、快速、绿色，适用于从液体和固体样本中直接提取分析物。
3.2020年8月，武汉大学中南医院胡汉昆主任药师/副教授在Analyticaland Bioanalytical Chemistry期刊发表了题为“Fastquantification of free amino acids in food by microfluidicvoltage–assisted liquid desorption electrospray ionization–tandemmassspectrometry”的研究成果，建立了一种基于微流控电压辅助液体解吸电喷雾电离-串联质谱(VAL-DESI-MS/MS)的快速定量食品中游离氨基酸的方法。
4.2020年2月，同济大学/武汉大学中南医院的范震/胡汉昆团队在ChineseChemical Letters期刊发表了题为“Theapplication of biomacromolecules to improve oral absorption byenhanced intestinal permeability: Amini-review”的研究成果，总结了生物大分子通过增强肠道通透性改善口服吸收的应用。
5.2020-2022年，胡汉昆主任药师/副教授所获得授权中国发明专利情况如下：
项目名称专利类型 专利号 排名 获批时间
一种盐酸二甲双胍化合物及盐酸二甲双胍片组合物发明 ZL2019610056273第一2022.03
碳酸氢钠林格注射液及其制备方法发明 0Z6L326051794.10第一2021.07
一种高效液相色谱法测定虫草中虫草素含量的方法发明 0Z6L929061291.16第一2021.05
醋酸阿比特龙制剂及其制备方法发明 1Z2L225091893.18第一2021.04
一种盐酸多巴胺注射液及其制备方法发明 0Z3L823072808.14第一2021.02
碳酸氢钠注射液包装用碳酸氢钠缓释片发明 ZL202031.4086482第一2020.08
一种可提供生理应急帮助的医用防护服实用新型 ZL202021544811.5第一2020.07
一种恩杂鲁胺化合物及其药物组合物制剂发明 0Z0L092805280.X1第二2020.01
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