欢迎您访问葡藤匠心网！
关注微信公众号：葡藤匠心、葡萄酒学报
获取更多信息
FC：整合UHPLC-QTOF-MS非靶向代谢组学、网络药理学与分子对接技术解析中国赤霞珠红葡萄酒的关键抗氧化成分及潜在作用机制
发布时间：
2026-02-08
来源：
葡萄研究
整合UHPLC-QTOF-MS非靶向代谢组学、网络药理学与分子对接技术解析中国赤霞珠红葡萄酒的关键抗氧化成分及潜在作用机制
期刊：Food Chemistry（9.8）
发表日期：2024年07月
引言
已有大量研究表明，果蔬中含有的酚类、黄酮类、类胡萝卜素等植物化学物质具有优异的抗氧化活性。这类物质可直接作用于抗氧化信号通路的上游调控因子，通过相关信号通路调节细胞氧化应激状态，还能改变微RNA的表达，进而影响抗氧化酶的水平。此外，植物化学物质对活性氧还具有显著的清除作用。
葡萄酒是一种由葡萄发酵制成、饮用范围广泛的酒精饮品。酿酒过程中积累的酚类、黄酮类、氨基酸等化学成分，不仅赋予葡萄酒独特的色泽与风味，还使其具备良好的生理活性。中国不同产区的葡萄酒各具鲜明特色。例如，不同产区赤霞珠葡萄酒中缩合单宁含量的差异，使其涩味表现出显著不同；此外，不同土壤中天然微生物群落组成的差异，也会影响葡萄酒的挥发性成分。更为重要的是，这种地域差异所导致的代谢物组成变化，还可能对葡萄酒的抗氧化活性产生影响。
尽管已有研究发现，不同产区葡萄酒的多酚含量差异与其抗氧化特性密切相关，但针对不同产区葡萄酒中关键抗氧化成分与抗氧化活性的关联，以及葡萄酒中抗氧化成分潜在作用机制的研究仍存在空白。本研究收集了中国三大知名产区的45款赤霞珠红葡萄酒样品，采用化学抗氧化检测法与超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱非靶向代谢组学技术，对其抗氧化活性与化学成分进行测定；并结合网络药理学和分子对接技术，揭示红葡萄酒中的关键抗氧化成分及其潜在作用机制。
材料与方法
详见原文。
结果与讨论
3.1 中国不同产区红葡萄酒的抗氧化活性比较
如图1所示，不同产区葡萄酒的抗氧化能力存在显著差异（p<0.05）。TP产区的葡萄酒样品在DPPH、ABTS自由基清除能力及铜离子还原能力上均表现最优，YC产区次之，QHD产区最弱（图1A）。总酚含量结果表明TP产区葡萄酒样品中的抗氧化成分含量显著高于YC和QHD产区（图1B）。
3.2 基于非靶向代谢组学筛选中国红葡萄酒中的关键抗氧化成分
为探究不同产区葡萄酒抗氧化能力存在差异的内在原因，本研究采用UHPLC-QTOF-MS非靶向代谢组学技术，对45款中国赤霞珠红葡萄酒样品的化学成分进行分析。从代谢指纹图谱来看，三个产区葡萄酒样品间未呈现显著差异，因此需对代谢组数据进行进一步的化学计量学分析，以筛选出不同产区葡萄酒中的差异代谢物。
采用MarkerView软件对采集的代谢组数据进行预处理后，在正、负电喷雾电离模式下分别得到645个和1757个特征离子。PCA分析结果显示，TP、YC、QHD三个产区的葡萄酒样品虽呈现一定的聚类趋势（图2A、2B），但未能实现完全分离。为滤除与分类信息无关的噪声，本研究对两种电离模式下的特征离子列表进行正交偏最小二乘判别分析，并进行200次置换检验。结果显示，所构建的正交偏最小二乘判别分析模型可实现三个产区葡萄酒样品的清晰区分（图2C、2D），正、负电离模式下模型的累积预测值分别为0.88和0.93（表1），且未出现过拟合现象（图2E、2F）。上述结果充分证明，不同产区红葡萄酒抗氧化能力存在差异。
依据p<0.05、VIP>1且差异倍数的对数绝对值>1的筛选标准，从正、负电喷雾电离模式的检测数据中分别筛选出31个和106个特征变量。通过MS-DIAL 5.1与PeakView 1.2.0软件对上述特征变量进行鉴定，最终得到13个共有差异代谢物（补充表2）。经鉴定的差异代谢物可分为香豆素类、黄酮类、酚类、萜类及其衍生物四大类，已有研究证实这些化合物均具有显著的抗氧化活性。
为进一步筛选出红葡萄酒中的关键抗氧化成分，本研究采用皮尔逊相关性分析，探究葡萄酒样品的抗氧化能力与共有差异代谢物相对含量之间的关联（图2G）。结果显示，伞形酮、3-羟基香豆素、异鼠李素、白藜芦醇、椴树素、2,3,8-三-O-甲基鞣花酸、杨梅素和利欧紫檀素这8种共有差异代谢物与葡萄酒的抗氧化能力呈正相关，这些物质主要为黄酮类和酚类化合物，可作为红葡萄酒中的关键抗氧化成分。
3.3 中国红葡萄酒中关键抗氧化成分的作用机制
3.3.1 基于网络药理学的抗氧化靶点筛选
网络药理学是融合系统生物学与网络分析的多效药物分析方法，可用于分析药物与靶点间的相互作用并预测其潜在作用机制。本研究采用网络药理学分析方法，探究中国红葡萄酒中关键抗氧化成分的潜在作用机制。通过瑞士靶点预测数据库，在评分＞5.0的条件下，获取赤霞珠红葡萄酒中8种关键抗氧化成分对应的253个靶点；同时在基因卡数据库中以评分＞5.0为标准，筛选得到1553个抗氧化相关靶点。通过维恩分析获取上述两类靶点的交集，最终得到150个与红葡萄酒抗氧化成分相关的潜在靶点（图3A）。
为探究抗氧化成分与抗氧化靶点间的关联，本研究构建了“代谢物-靶点-活性”网络，该网络包含159个节点（1个样品节点、8个代谢物节点、150个抗氧化靶点节点）和402条边（图3B）。该网络显示，抗氧化成分与抗氧化靶点间存在多对多的相互作用关系，表明红葡萄酒的抗氧化作用是多种成分协同作用的结果。为筛选核心抗氧化靶点，本研究基于String数据库，结合Cytoscape 3.9.1软件，对赤霞珠红葡萄酒活性成分的150个抗氧化靶点构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络（图3C）。该网络表明红葡萄酒中的关键抗氧化成分可通过多靶点、多通路发挥抗氧化作用。本研究进一步采用Centiscape插件对该网络进行拓扑分析，计算得到节点的介数中心性、度中心性和特征向量中心性的平均值分别为159.4362、22.4967和0.0636，最终筛选出21个三项参数均高于平均值的抗氧化靶点（表2）。结合节点圆圈大小与颜色深度，进一步筛选出介数中心性＞1000的5个高相关性核心抗氧化靶点，分别为AKT丝氨酸/苏氨酸激酶1（AKT1）、血管内皮生长因子A（VEGFA）、半胱天冬酶3（CASP3）、表皮生长因子受体（EGFR）和丝裂原活化蛋白激酶3（MAPK3）。其中，AKT1是最重要的核心抗氧化靶点，作为AKT的异构体之一，广泛存在于各类组织中。此外，对红葡萄酒活性成分的150个抗氧化靶点进行KEGG富集分析，结果显示PI3K/AKT信号通路是最具代表性的信号通路之一（图3D）。
3.3.2 关键抗氧化成分与核心抗氧化靶点的分子对接
分子对接是基于诱导契合理论的蛋白质-配体相互作用计算机模拟方法，广泛应用于药物研发和天然产物作用机制预测。为进一步探究红葡萄酒中关键抗氧化成分的潜在作用机制，本研究采用Autodock vina 1.2.2软件计算关键抗氧化成分与核心抗氧化靶点间的结合能，将对接次数与搜索精度均设为10，以筛选配体与受体的最优结合构象。结果显示，与其他核心抗氧化靶点相比，8种关键抗氧化成分均与AKT1表现出较强的结合亲和力（表3）。其中，黄酮类化合物杨梅素、椴树素及酚类化合物2,3,8-三-O-甲基鞣花酸与AKT1的结合能最高，分别为-9.9、-9.3和-9.8千卡/摩尔。
酚羟基的位置与数量对黄酮类化合物的抗氧化活性具有显著影响。本研究中，杨梅素和椴树素分别含有6个和5个酚羟基，二者通过氢键和疏水作用与AKT1结合，其中丝氨酸205、缬氨酸270、色氨酸80、赖氨酸268和亮氨酸210等氨基酸残基的结合频率最高（图4A、4B）。此外，酚类化合物2,3,8-三-O-甲基鞣花酸与AKT1中的天冬酰胺53、赖氨酸268形成氢键，并与色氨酸80、缬氨酸270、谷氨酰胺79、亮氨酸264、亮氨酸210、丝氨酸205和天冬酰胺204产生疏水相互作用（图4C）。分析结果表明，杨梅素、椴树素和2,3,8-三-O-甲基鞣花酸与AKT1的结合位点一致，且均集中于AKT1的中心激酶结构域。
结论
本研究整合UHPLC-QTOF-MS非靶向代谢组学、网络药理学及分子对接技术，系统探究了中国赤霞珠红葡萄酒中关键抗氧化成分及其潜在作用机制。中国赤霞珠红葡萄酒中存在8种发挥核心作用的抗氧化成分。进一步的网络药理学分析与KEGG富集分析显示，这些关键抗氧化成分可参与机体多条代谢通路的调控，其中与抗氧化活性关联最为紧密的为PI3K/AKT信号通路。分子对接实验结果证实，上述关键抗氧化成分主要通过氢键与疏水作用结合抗氧化核心靶点，其中杨梅素、椴树素及2,3,8-三-O-甲基鞣花酸与核心抗氧化靶点AKT1的结合能最高。未来可通过体外与体内实验模型，验证红葡萄酒中抗氧化成分的具体作用机制，并进一步探究红葡萄酒对机体相关抗氧化酶表达及信号因子的调控作用。
推荐下载
