植物油體蛋白研究進展及應用前景

油體蛋白是植物油體所特有的，且與油體特異性結合的一種疏水的小分子堿性蛋白質。它存在于向日葵、小麥、花生等各類植物中，在植物生長過程中具有維持油體穩定、維持種子發芽等多種生理學作用。目前市場上對于植物油體蛋白的分離純化已有一定深度的研究，但利用基因編碼生物合成油體蛋白卻鮮少報道。在化妝品領域，油體蛋白是一種具有抗氧化性能的天然乳化劑，此外，油體蛋白的植物生理學功能預測具有促進物質轉運、吸收以及維持皮膚脂質穩態等作用。植物油體蛋白，有望通過合成生物學技術實現工業化生產，以期為油體蛋白在化妝品、保健品及醫藥行業發揮重大作用。

關鍵詞：油體蛋白；生理功能；分離純化；化妝品

油體是植物的儲油細胞器，其大小與分布直接影響器官含油量。油體外部包被一層磷脂和蛋白質鑲嵌而成的半單位膜，油體膜及膜上附著的蛋白占油體質量的1%～4%，脂肪酸以三酰甘油的形式儲存在膜內。油體膜蛋白中約90%為油體蛋白（oleosin），也可稱為油質蛋白，少量為油體鈣蛋白和油體固醇蛋白（油體結構如圖1所示）。它們共同參與油體的生物學功能，并在油體的形成、穩定與大小、油脂代謝利用、油脂積累及抗凍性等方面發揮著關鍵作用[1，2]。

油體蛋白是油體所特有的，是與油體特異性結合的一種疏水小分子堿性蛋白質。油體蛋白在植物種子中相對分子量范圍在15～26 kDa之間。不同植物來源的油體蛋白都具有3個基本的結構域：①N端40～60個氨基酸組成的兩親性區域；②中間68～74個氨基酸組成的高度疏水區域；③C端的33～40個氨基酸組成α-螺旋結構域（兩親性）[4-6]。

Part 1

植物油體蛋白的基因編碼及應用研究

1. 植物油體蛋白的基因編碼研究

現階段，油體蛋白基因編碼研究主要分為2種：

（1）提取分離得到植物種子的油體蛋白的總RNA，反轉錄成cDNA，利用PCR模版，設計特異引物克隆油體蛋白基因，測序之后，為后續研究奠定基礎。酶切鑒定陽性的克隆進行測序，獲得測序結果后檢索NCBI數據庫已公開資料，以BLAST檢索比對Oleosin基因在不同物種間的全長編碼序列。不同植物的油體蛋白基因序列報道見表1。

（2）研究者用生物信息學方法在Ensemble Plant數據庫下載油體蛋白的全基因組信息，鑒定油體蛋白基因家族成員后對各家族成員蛋白進行理化性質分析及一級、二級、三級結構分析，系統進化、染色體定位分析，跨膜結構域、Motif預測，以及不同組織中油體蛋白表達模式的分析。如李志遠等人[12]以油體膜蛋白為對象，克隆了鳳丹的油體膜蛋白基因（OLE）。表達模式顯示，該基因在鳳丹種子發育過程中的表達水平逐漸上升，在種子接近成熟時表達水平最高，而后略有下降。這一結果有利于今后通過基因工程手段調控鳳丹油體發育。

目前，油體蛋白的研究目的主要為改良植物種子、植物油體蛋白家族間的遺傳規律以及表達模式的分析，而利用基因工程、酶工程及合成生物學等技術合成油體蛋白的文獻鮮見報道。以上對油體蛋白基因的研究為改良油體蛋白奠定理論基礎，為揭示和深度利用Oleosin基因的功能和調控Oleosin基因表達提供理論依據，這些研究將對功能基因組學具有重大意義[13]。

2. 植物油體蛋白作為外源表達載體的相關研究應用

利用油體表達系統是表達生產表皮生長因子有效的手段，與從人類尿液、唾液、眼淚、牛奶和血漿中直接提取以及用微生物表達系統表達生產相比，具有更高的產量。由凝乳酶剪切因子連接的人類表皮生長因子與油體蛋白的融合蛋白在擬南芥中實現了表達，表達量為0.12%[14]。Jingbo Cai等人研究顯示在紅花種子中表達的油質蛋白--rhFGF9融合蛋白可促進小鼠毛發生長和傷口愈合[15]。Li W等人[16]將植物偏置密碼子優化后的人胰島素樣生長因子1 （human insulin-like growth factor 1， hIGF-1）基因融合到擬南芥18.5 kDa油質蛋白基因的C端，并將油質蛋白啟動子驅動的融合基因轉移到擬南芥生態型Col-0中。轉基因種子中油質蛋白-hIGF-1融合蛋白的積累量高達總種子蛋白的0.75%，hIGF-1的表達量為總種子蛋白的0.17%，比以往報道的基于其他植物的hIGF-1產生系統高8倍。

綜上所述，植物油體蛋白作為外源表達載體為蛋白質類高活性成分提供蛋白二維三維構象折疊的空間，不僅能夠提高產量，而且能夠起到穩定物質活性等作用，未來也可能對化妝品領域內的高活性成分提供穩定策略。

Part 2

植物油體蛋白分離純化現狀

為深入研究油體蛋白的特性，研究人員采用不同方法將油體蛋白從植物種子中分離純化出來，表2是國內、外研究員分離純化油體蛋白的常用方法。

?stbring K等人[17]闡述一種從冷壓油菜籽餅中提取油質蛋白的方法，具體步驟如下：冷壓油菜籽餅在刀磨機中研磨20 s，然后于室溫條件下浸泡在自來水（1：10）中水合2 h。混合物在13500 rpm下均質化10 min，然后用2 M NaOH將pH值調節至9-12。重復一次上述均質化步驟，接著在25 ℃，5000 ×g條件下，離心10 min。此步驟中的上清液稱作“液相”，沉淀物稱作“固相”。丟棄固相，將液相的pH調節至6.5（對應油菜籽中油質蛋白的等電點），調節pH后的樣品用磁力攪拌器攪拌20 min，然后重復一次上述離心處理步驟。每個pH值至少重復提取一次。將最后一次離心獲取的沉淀物進行冷凍干燥處理所得。

河南農業大學的曹地[19]選取玉米種子作為實驗材料，使用聚偏二氟乙烯膜和兩步離心法分離和純化玉米胚中油體，十二烷基硫酸鈉（SDS）加熱法提取油體相關蛋白，利用氯仿/苯酚混合試劑去除雜質提高雙向膠圖分辨率，通過雙向電泳和質譜技術對玉米胚中油體蛋白進行鑒定和生物信息學分析。研究發現玉米種子油體相關蛋白具有疏水性；利用水溶性蛋白提取液和兩步離心法對玉米種子油體進行反復純化，可除去雜蛋白，留下目的蛋白；利用1% SDS全蛋白提取液對純化過的玉米種子油體進行油體相關蛋白的提取，首次使用金屬浴95 ℃加熱15 min促進油體相關蛋白的提取，同時利用氯仿/苯酚（體積比1：3）混合試劑去除脂類等雜質，改善油體相關蛋白雙向電泳的縱向拖尾問題。

綜上，油體蛋白目前均為水相提取法制備，影響因素主要為溶劑種類、溫度及pH值。針對油體蛋白的分離純化工藝，仍集中在種類鑒定、分子量大小、變性溫度、二級結構等蛋白質組學方面，也有研究油體蛋白這種天然的乳化劑與目前市面上使用頻次較多的乳化劑作用差異。整體上，對油體蛋白的分離純化仍集中在實驗室研究階段。

Part 3

油體蛋白在皮膚護理產品領域的作用

1. 配方應用

1.1 起泡

Nikiforidis等人使用界面流變儀，研究從玉米胚芽中提取的純化油體蛋白在空氣-水界面的泡沫穩定能力，發現純化油體蛋白的表面性質與β-乳球蛋白和蛋黃載脂蛋白相當，這些結果還表明油體蛋白形成了一種空氣—水界面上的強彈性薄膜[23]，預期油體蛋白能夠應用于皮膚護理產品中發揮起泡劑的作用。

1.2 乳化作用

Yufan Sun等人的研究提到，將提取的油體蛋白在體外模擬消化過程中，油體蛋白的吸水性、吸油性、乳化性和抗氧化性等物理性能得到改善，進一步表明植物油體蛋白具有抗氧化、乳化等功效[24]。?stbring K等人的研究提到油菜籽中的一種功能性蛋白質——兩親性油體蛋白，可以用來穩定乳狀液，且從冷壓油菜籽餅粕中提取物油體蛋白，優化提取工藝，并考察其乳化和抗氧化能力，研究表明在pH 9環境下提取的油體蛋白比在pH 12環境下提取的油體蛋白穩定性更好，且乳狀液滴更小。用亞麻籽油和玉米油配制乳液，植物油體蛋白、牛血清白蛋白、脫油卵磷脂和吐溫20乳化，乳液在加速條件（30℃ ） 下儲存12 天，油體蛋白穩定乳液的程度與商業食品級乳化劑相同；與牛血清蛋白、脫油卵磷脂和吐溫20 相比，用植物油體蛋白乳化的亞麻籽油乳液具有較低的丙二醛濃度，表明植物油體蛋白可以有效抑制乳化體系的氧化速率。同樣，用油體蛋白乳化后的玉米油乳液，比脫油卵磷脂和吐溫20 明顯更有效。綜上可知，植物油體蛋白是一種具有抗氧化性能的天然乳化劑[17]。

綜上所述，在配方應用方面，油體蛋白可以作為乳化劑和起泡劑應用在皮膚護理領域，此外，油體蛋白鑲嵌于單層磷脂的油體結構，能夠使得配方更加穩定。

2. 護膚功能

2.1 促進活性物質的吸收與轉運

在C- 或N- 末端融合了外源蛋白的油體蛋白仍然可以準確定位于油體表面，再結合油體疏水親脂的特性，構建人工油體，并用于包埋生物活性物質，經蛋白酶酶切后，目標活性物質可以從油體釋放到水相。推測活性物質經油體蛋白包裹穿透人體皮脂層后釋放，能夠促進活性物質在皮膚上的滲透，進而預測油體蛋白具有可以促進物質轉運和吸收的重要作用[25]。

2.2. 維持皮膚的脂質穩態

油體表面第一層是由磷脂和油體蛋白組成的半單位膜，該膜對于油體能夠保持長期穩定且不發生聚集和分離發揮了關鍵作用[26]。推測油體蛋白應用在皮膚護理領域中，能夠維持皮膚脂質穩態。

2.3. 抗氧化

Wijesundera 等人的研究結果顯示，當油體蛋白與磷脂結合使用時，可顯著降低脂質氧化速率[27]。如今的化妝品領域愈發趨于天然、綠色、可持續，預期油體蛋白能夠添加到精華油皮膚護理產品中，起到抗氧化穩定產品質量的作用。

綜上所述，油體蛋白具有促進活性物質吸收與轉運、維持皮膚脂質穩態及抗氧化的作用，這表明油體蛋白是一種前景優良的化妝品活性功效原料。另外，由于油體蛋白目前尚未收錄于《已使用化妝品原料目錄（2021年版）》中，其合規性暫時存在問題。當油體蛋白通過化妝品新原料注冊備案解決合規性使用問題后，預期能夠廣泛地應用于皮膚護理領域中。

Part 4

展望

油體蛋白作為一種具有抗氧化性能的天然乳化劑，預期能夠在多個應用領域發揮關鍵性作用。然而，目前油體蛋白的分離純化制備仍停留在實驗室規模，嚴重限制了其在食品、保健品及化妝品等領域中的應用。待進一步明晰各類植物中油體蛋白的物理特性、微觀層面的結構特征和空間構象后，采用化學技術、合成生物學技術或者多種技術聯合來實現工業化生產油體蛋白將具有重大的意義。

作者介紹

孟 醒，李小杰：供職于北京茂思商貿有限公司

周 莉，任晗堃：供職于太和康美（北京）中醫研究院有限公司

和長征：供職于植然天成（北京）生物科技有限公司

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