蚕蛹蛋白的生物活性和过敏特性的研究进展

肖森扬，林晓，岳文琪，黄颂源，吴序栎

（1.深圳大学医学部公共卫生学院，广东深圳 518060）（2.深圳大学医学部药学院，广东深圳 518060）

随着人们对健康生活的追求越来越高，对可持续营养物质需求如可持续动物蛋白质的需求也逐渐增加[1]。昆虫蛋白来源广泛，种类丰富，是一种具有发展可持续性的新型蛋白资源，已成为近几年的研究焦点[2]。

蚕桑产业在我国具有5000年悠久的历史，因丝绸贸易催生的“丝绸之路”联通了中西方贸易与文明，为中国乃至世界的发展发挥了重要的作用。作为一种可大规模饲养的昆虫，家蚕及其代谢产物有着极高的食用、药用和经济价值[3]。蚕蛹除了可用作食材之外，还可以作为治疗高血压和脂肪肝药物的组成成分[4]，近年来因其营养价值高、生物活性多样等优点也被用作食品工业的原料。此外，在日本、印度和韩国，蚕蛹也被广泛应用于保健品、药物和动物饲料的原料[5]。

蚕蛹中含有大量人体所必需氨基酸以及油脂。除此之外，还含有维生素、甲壳素、多糖类物质、微量的抗菌肤、溶菌酶、激素等生物活性类物质，因此蚕蛹具有较高的营养价值和经济价值，可作为开发食品、医药、饲料等领域产品的优质原料[5]。

蚕蛹含有丰富的蛋白质，占其干质量的49%～54%[7,8]，高于许多其他的动物食物产品。家蚕含有18种氨基酸，其中八种人体必需氨基酸含量超过总氨基酸的40%[9]。不仅如此，蚕蛹中所含有的必需氨基酸和总氨基酸比例符合联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）提出的食品中氨基酸最佳组合模式[10]。蚕蛹蛋白质结构组成与人体蛋白质相似，容易被人体吸收，其吸收率高达90%以上[8]。

然而，包括蚕蛹蛋白在内的多种食用昆虫蛋白可能引起过敏反应，可诱发严重过敏，从轻度的局部反应到严重的全身临床症状都有可能发生，如呼吸系统症状、胃肠道症状和皮肤症状等甚至严重的过敏性休克[11-14]，严重影响了人们的健康。因此，本文结合最近几十年间相关的中英文文献，对蚕蛹蛋白的生物活性及过敏特性进行综述，以期为蚕蛹的开发与利用提供思路。

1 蚕蛹的生物活性

蚕蛹具有丰富的生物活性和功能特性，因此也被广泛应用于食品和制药工业。近年来，蚕蛹中多种具有潜在功能和健康益处的生物活性物质被发现。蚕蛹蛋白质和水解肽具有多种功能，包括提高免疫力、抗肿瘤和抗氧化等活性（表1）。但蚕蛹水解肽的提取、纯化和结构鉴定的方法，包括其药理作用的机制仍然需要进一步的研究。目前通过酶水解从蚕蛹获得水解肽的方法效率低，因此必须优化酶水解流程以促进该工艺的商业化。此外，经过脱蛋白和脱脂后，蚕蛹残留物含有2%～8%的壳聚糖、约4%的多糖和少量抗菌肽及其他生物活性物质。蚕蛹中含有的二甲基腺苷化合物可作为血管松弛剂用于治疗男性血管性阳萎[15]。目前已有许多从微生物、海洋生物和植物中分离出来的天然药物，但目前仍缺少由昆虫的生物活性物质构成的天然药物。昆虫含有丰富的生物活性物质，如何将其开放为新型的天然药物是未来的研究方向。最新研究发现，食用蚕蛹不会导致肝毒性[16,17]，因此蚕蛹可以用来治疗肝脏损伤病人的其他慢性疾病。虽然蚕蛹中的一些活性物质已被鉴定，但其药理作用仍需要进一步探究。随着研究的深入，蚕蛹在医药工业中具有的应用潜力将被挖掘。

表1 蚕蛹蛋白及其水解肽的生物功能Table 1 Functions of proteins and hydrolysis peptides in silkworm pupae

对蚕蛹的生物活性物质的一系列研究表明，蚕蛹有着作为食品添加剂的潜力[18]，例如加工制成的蚕蛹蛋白粉可被用作饼干、面包、面食等食品的添加剂。Kim等[19]用蚕蛹粉代替乳化香肠中10%的瘦肉以充当新的蛋白质成分，研究表明蚕蛹蛋白粉可以提高乳化香肠的耐寒性和产量。

如何提高群众对食用昆虫的可接受度是食用昆虫能否作为食物的关键之一[20]。即使消费者认识到昆虫的高营养价值，但大部分群众对昆虫的接受度并不高[21]。研究表明，与蚕蛹本身相比，蚕蛹水解后得到的复合氨基酸更易被大众所接受。近年来，利用蚕蛹大规模制备的复合氨基酸已被逐渐应用于中国的医疗和保健行业中。

目前动物饲料行业已逐渐使用昆虫作为饲料中的部分营养成分的来源[21]，如蚕蛹可用作家禽、鱼类和甲壳类动物的饲料[22-24]。使用蚕蛹有助于减少其他蛋白质饲料来源，能够降低蜕皮时间、提高抗氧化能力和消化率等[25]。

2 蚕蛹的致敏特性

2.1 蚕蛹致敏现象

近年来，与食用昆虫相关的潜在过敏反应引起了消费者和科学家的广泛关注。食品安全是食品质量的关键因素，同时也是人们能否接受食用昆虫的关键因素。家蚕含有许多过敏原来源，包括粪便、皮屑和蚕丝等，可以引起呼吸道过敏、接触性过敏和食物过敏，包括皮肤症状、呼吸道症状、心血管症状甚至导致过敏性休克[60-62]，因此可能会限制蚕蛹在食品和饲料中的使用。

家蚕引起的过敏反应可以在多种情况下出现。我国是蚕丝业大国，在培育家蚕和制作加工丝绸时，空气中弥漫的丝绸颗粒会被工人所吸入，引起呼吸道超敏反应[63,64]；悬浮在空气中的蚕蛾鳞片也会导致呼吸道过敏[65,66]；对家蚕过敏的人在接触丝绸制品时也会产生过敏反应[67,68]；蚕蛹被食用时也可引发机体产生严重的超敏反应[69]。由此可得出，过敏原可能存在于家蚕生命周期中的不同发育阶段及其代谢产物。

2.2 蚕蛹过敏原分析

目前已有29种蚕蛹蛋白被鉴定为过敏原（表2），但世界卫生组织/IUIS过敏原命名小组委员会仅登记了5种家蚕过敏原蛋白质（表3）。

表2 蚕蛹相关过敏原Table 2 Allergens in silkworm pupae

表3 WHO/IUIS过敏原命名小组委员会正式确认和登记的蚕蛹过敏原Table 3 Allergens of silkworm pupae have been officially confirmed and registered by the WHO/IUIS Allergen Nomenclature Sub-committee

蚕的发育方式为完全变态发育，其一生需要经历四个不同发育阶段，分别是卵、幼虫、蛹和蛾。除了蚕蛹引起的食物过敏外，幼虫引起的过敏性疾病也引起了学者们的关注[70]。因此，蚕不仅仅是食物过敏原，也可以是吸入性或接触性过敏原。He等[71]发现家蚕幼虫、蛹和蛾的蛋白质表达与过敏原不同，且蚕丝、蚕皮和蚕砂均含有IgE结合蛋白，这表明家蚕及其代谢产物都具有潜在的致敏性。同时，在幼虫、蛹、蛾、蚕丝、蚕皮和蚕砂中发现了7、16、17、4、3、4种过敏原。另外，家蚕过敏原可以与来自昆虫的其他过敏原（例如德国小蠊和美洲大蠊[72]）产生交叉反应，这也大大增加了家蚕过敏的风险。

热休克蛋白、原肌球蛋白、几丁质酶和磷酸丙糖异构酶是屋尘螨的过敏原，它们被分别命名为Der f 10、Der f 11、Der f 15和Der f 25。国家生物技术信息中心（www.ncbi.nlm.nih.gov）表明，蚕蛹和屋尘螨中热休克蛋白、原肌球蛋白、几丁质酶和磷酸丙糖异构酶的氨基酸序列同源性分别为30.77%、81.94%、28.33%和71.77%。原肌球蛋白是一种无脊椎动物泛过敏原，是甲壳类动物、屋尘螨、蟑螂和蛾的主要过敏原[73]。精氨酸激酶是另一种无脊椎动物泛过敏原。它是一种在昆虫和甲壳类动物中发现的酶，属于胍基磷酸转移酶家族[74]。虽然精氨酸激酶已被报道为家蚕幼虫的过敏原，但不是家蚕蛹的过敏原。精氨酸激酶基因在蛹中以相对较低的水平表达，并随着幼虫成熟其表达量逐渐增加[75]。因此，仍需要研究蚕蛹中精氨酸激酶的潜在过敏性。卵黄蛋白原是蜜蜂、鲑鱼、小黄蜂的过敏原。抑制蛋白是一种泛过敏原[76]。来自不同昆虫物种的精氨酸激酶和原肌球蛋白的同源性大于70%。而其他过敏蛋白的同源性在35%～95%之间。这种现象可能会导致不同的昆虫或甲壳类动物的蛋白质之间发生交叉反应[2]。

蛋白质组学对比研究表明，家蚕幼虫在饮食上的差异和性别的不同会导致一些蚕蛹蛋白质的表达存在差异[87]。值得注意的是，与其他实验条件下饲养的雌蚕蛹相比，在桑叶上饲养的雌蚕蛹中的过敏原表达水平较低[87]。因此，蚕蛹的过敏原谱可能与蚕的性别与饲料有关。

无脊椎动物之间的交叉反应通常归因于同源过敏原[88,89]。蚕蛹的过敏原也与其他昆虫的过敏原之间具有结构相似性和高度同源性，有导致交叉过敏反应的可能。蚕属于甲壳动物，节肢动物的一个亚门。据报道，蚕蛹和蛾与尘螨、粉尘螨、金发热带、德国小蠊和美洲大蠊具有交叉反应性[72,90]。然而，同源比较表明，家蚕中潜在的过敏原与已知的粉尘螨、埃及按蚊、腐臭梭菌的过敏原同源，因此蚕蛹可能是通过与这些过敏原的交叉反应引起的过敏性疾病。

近年来，人们对食物蛋白的致敏性进行了广泛的研究，发现加热处理、酶解和酸碱处理可以最大限度降低食物蛋白过敏性。蚕蛹中的27 ku的血淋巴糖蛋白被确定为一种热稳定的过敏原[86]。Dai等[91]发现用碱性蛋白酶对蚕蛹进行酶解后，小鼠未出现明显的过敏症状，说明酶水解法能显著降低蚕蛹的过敏性。He等[92]发现，加热、酶水解和酸碱处理可以显着降低蚕蛹蛋白的变应原性，同时在25～33 ku处发现具有耐热，耐酶和耐酸碱的变应原。通过了解蚕蛹中变应原的结构与致敏性的关系，可以开发出有效的降低变应原蛋白致敏性的加工方法。因此，蚕蛹中变应原的免疫学特性仍需进一步研究。

4 结论与展望

蚕蛹蛋白具有丰富的开发价值和经济价值，具有被开发应用于食品加工行业的潜在价值。但是到目前为止，以蚕蛹为原料制作的产品仍然得不到消费者的普遍接受，尤其在一些西方国家。此外，将蚕蛹纳为食物还需要对其潜在的致敏性进行评估。目前对于蚕蛹过敏危害的评价主要基于临床案例，缺乏系统性评价。综上，目前蚕蛹蛋白在食品、医药等方面的应用仍然存在一定的限制因素，随着人类对蚕蛹蛋白的了解不断深入，对蚕蛹蛋白的应用研发也将越来越多。如果能充分利用生物技术解决蚕蛹蛋白在加工过程中存在的问题，不仅可以节约资源，还能提高蚕的附加值和延长蚕业的产业链，更进一步提升蚕蛹蛋白的经济价值。