FOOD CHEM X|宁夏大学刘敦华团队利用多组学解析铁代谢增强肌肉蛋白质和脂质氧化

宰后老化是肉类工业中的一种常见处理方法,可以给肉产品增值,其加工过程存在着内在的生化变化,这些变化也直接影响着肉的品质属性。然而,长期老化容易对肉类的颜色、蛋白质和脂质氧化稳定性会产生负面影响,加速肉类变色和氧化,导致肉的品质劣变。

2023年11月30日,宁夏大学食品科学与工程学院刘敦华教授团队Food Chemistry:X(IF=6.1)上发表题为“Proteomic and metabolomic analysis of ageing beef exudate to determine that iron metabolism enhances muscle protein and lipid oxidation”的研究文章。研究人员评估了老化牛肉渗出液(EXU)中蛋白质和代谢物的差异,并确定其与牛肉肌肉铁代谢和氧化的关系。该成果中拜谱生物为其提供TMT蛋白质组学和非靶向代谢组学服务,有助于为老化过程中肌肉质量变化模式提供了新的见解。


FOOD CHEM X|宁夏大学刘敦华团队利用多组学解析铁代谢增强肌肉蛋白质和脂质氧化


文章名称:Proteomic and metabolomic analysis of ageing beef exudate to determine that iron metabolism enhances muscle protein and lipid oxidation(FOOD CHEM X.,IF=6.1,2023.11)

客户单位:宁夏大学食品科学与工程学院

研究材料:牛肉渗出液

分组信息:1、2、4、6天牛肉渗出液(EXU1、EXU2、EXU4、EXU6)

拜谱提供技术:TMT蛋白质组学和非靶向代谢组学

摘要图:

FOOD CHEM X|宁夏大学刘敦华团队利用多组学解析铁代谢增强肌肉蛋白质和脂质氧化

图1

(图源:Jun Liu, et al., FOOD CHEM X., 2023)






研究内容




研究人员首先测定牛肉渗出液的理化特征,包括铁含量、蛋白质和脂质氧化状态等,渗出液中总蛋白水平的增加表明存在可用于蛋白质组学分析的大分子。随后,研究人员利用非靶向代谢组学从牛肉渗出液中在正负离子模式下分别鉴定出572种和305种代谢物。PCA分析显示基于LC-MS/MS检测的代谢物结果可靠,与EXU1相比,整体分离更好,但存在一些重叠(图2a和d)。对EXU1和EXU2&4&6代谢物的PLS-DA模型进行两两比较,发现EXU1和EXU2&4&6之间分离程度良好模型合理,鉴定出的代谢物可以用于下一步的分析(图2b和e)。采用p值≤0.05和VIP≥1作为筛选标准,共鉴定出278个差异代谢物(图2c和f)。对鉴定的差异代谢物进行聚类分析(图2g),并利用KEGG对差异代谢物进行了分类,差异代谢物主要为有机酸及其衍生物(39)、有机杂环化合物(32)、脂类和类脂分子(21)、苯丙类和多酮类(15)、核苷、核苷酸及其类似物(14)、苯类(13)和有机氧化合物(12)。

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图2| 代谢组学结果

(图源:Jun Liu, et al., FOOD CHEM X., 2023)


研究人员采用TMT蛋白质组学方法检测渗出液的蛋白质组成,图3a显示了不同组蛋白的表达谱,共鉴定了1957种蛋白质,其中差异表达蛋白295个(图3b-d)。聚类热图显示蛋白上下调的变化,如图3e所示,同一组蛋白质颜色相似,说明对应的蛋白质具有相同的表达模式,表现出良好的组内相似性和组间变异性。

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图3| 蛋白质组学结果

(图源:Jun Liu, et al., FOOD CHEM X., 2023)


随后研究人员对代谢组学和蛋白质组学的代谢途径进行联合分析。图4a和b显示了差异代谢物和差异蛋白富集的KEGG通路,主要涉及细胞过程、环境信息处理、人类疾病、代谢和机体系统。其中,差异代谢物参与的途径主要有铁死亡、ABC转运蛋白、嘌呤代谢、碳代谢、氨基酸生物合成、蛋白质消化吸收等。差异蛋白参与的途径主要有内吞作用、内质网蛋白加工、氧化磷酸化和产热作用。由于铁代谢可能影响细胞过程,该研究进一步筛选了该通路中最重要的10个细胞过程,包括紧密连接、肌动蛋白细胞骨架调节、局灶性粘附、自噬-动物、细胞衰老、吞噬体、铁死亡、过氧化物酶体和粘附体连接(图4c)。Interworking Network和Venn图显示了KEGG通路涉及代谢组学和蛋白质组学的相互作用(图4d和e),代谢组学和蛋白质组学共鉴定出49条代谢途径,其中15条代谢途径在两者之间重叠。图4f显示了代谢组学和蛋白质组学共有的15条代谢途径,值得关注的是,在这些途径中发现了铁代谢途径(铁死亡)。

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图4| 代谢组学和蛋白质组学的代谢途径分析

(图源:Jun Liu, et al., FOOD CHEM X., 2023)


最后研究人员为了更好地研究差异代谢物和差异蛋白和参与铁代谢的代谢途径之间的联系,筛选了参与铁代谢(铁死亡)的差异代谢物和差异蛋白。如图5a和b所示,共筛选出4种差异代谢物,分别是l -谷氨酸、花生四烯酸、谷胱甘肽和γ-谷氨酰半胱氨酸,5个差异蛋白,包括铁蛋白、磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶、血红素加氧酶1、主要朊蛋白和酰基辅酶a合成酶长链家族成员4。由4个差异代谢物和5个差异蛋白绘制的通路-通路相互作用网络图(图5c)显示铁代谢过程未被孤立,铁代谢过程是由差异代谢物和差异蛋白相互作用共同调控的。

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图5| 铁代谢途径分析

(图源:Jun Liu, et al., FOOD CHEM X., 2023)







拜谱小结




作者联合蛋白质组学和代谢组学分析鉴定可用于表征牛肌肉组织中品质的代谢物和蛋白质变化。总的来说,牛肉渗出液为了解肌肉老化过程中的代谢机制提供了有价值的信息。共鉴定出15条共有的KEGG通路,铁代谢主要表现为铁死亡。参与铁死亡途径的4种差异代谢物和5种差异蛋白可能通过调控游离铁积累、细胞或细胞器膜氧化和GPX4,加剧衰老过程中肌肉蛋白和脂质氧化,诱发氧化应激甚至细胞死亡。这一过程中拜谱生物提供了蛋白质组学和代谢组学技术服务,拜谱生物已研发完成并建立了完善成熟的蛋白组学、代谢组学以及多组学联合产品技术服务体系,欢迎致电咨询!




参考文献:Liu J, Pan C, Yue H, Li H, Liu D, Hu Z, Hu Y, Yu X, Dong W, Feng Y. Proteomic and metabolomic analysis of ageing beef exudate to determine that iron metabolism enhances muscle protein and lipid oxidation. Food Chem X. 2023. doi: 10.1016/j.fochx.2023.101038.

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