植物油体蛋白研究进展及应用前景

孟醒 李小杰 周莉 任晗堃 和长征

油体蛋白是植物油体所特有的，且与油体特异性结合的一种疏水的小分子碱性蛋白质。它存在于向日葵、小麦、花生等各类植物中，在植物生长过程中具有维持油体稳定、维持种子发芽等多种生理学作用。目前市场上对于植物油体蛋白的分离纯化已有一定深度的研究，但利用基因编码生物合成油体蛋白却鲜少报道。在化妆品领域，油体蛋白是一种具有抗氧化性能的天然乳化剂，此外，油体蛋白的植物生理学功能预测具有促进物质转运、吸收以及维持皮肤脂质稳态等作用。植物油体蛋白，有望通过合成生物学技术实现工业化生产，以期为油体蛋白在化妆品、保健品及医药行业发挥重大作用。

关键词：油体蛋白；生理功能；分离纯化；化妆品

油体是植物的储油细胞器，其大小与分布直接影响器官含油量。油体外部包被一层磷脂和蛋白质镶嵌而成的半单位膜，油体膜及膜上附着的蛋白占油体质量的1%～4%，脂肪酸以三酰甘油的形式储存在膜内。油体膜蛋白中约90%为油体蛋白（oleosin），也可称为油质蛋白，少量为油体钙蛋白和油体固醇蛋白（油体结构如图1所示）。它们共同参与油体的生物学功能，并在油体的形成、稳定与大小、油脂代谢利用、油脂积累及抗冻性等方面发挥着关键作用[1，2]。

油体蛋白是油体所特有的，是与油体特异性结合的一种疏水小分子碱性蛋白质。油体蛋白在植物种子中相对分子量范围在15～26 kDa之间。不同植物来源的油体蛋白都具有3个基本的结构域：①N端40～60个氨基酸组成的两亲性区域；②中间68～74个氨基酸组成的高度疏水区域；③C端的33～40个氨基酸组成α-螺旋结构域（两亲性）[4-6]。

Part 1

植物油体蛋白的基因编码及应用研究

1. 植物油体蛋白的基因编码研究

现阶段，油体蛋白基因编码研究主要分为2种：

（1）提取分离得到植物种子的油体蛋白的总RNA，反转录成cDNA，利用PCR模版，设计特异引物克隆油体蛋白基因，测序之后，为后续研究奠定基础。酶切鉴定阳性的克隆进行测序，获得测序结果后检索NCBI数据库已公开资料，以BLAST检索比对Oleosin基因在不同物种间的全长编码序列。不同植物的油体蛋白基因序列报道见表1。

（2）研究者用生物信息学方法在Ensemble Plant数据库下载油体蛋白的全基因组信息，鉴定油体蛋白基因家族成员后对各家族成员蛋白进行理化性质分析及一级、二级、三级结构分析，系统进化、染色体定位分析，跨膜结构域、Motif预测，以及不同组织中油体蛋白表达模式的分析。如李志远等人[12]以油体膜蛋白为对象，克隆了凤丹的油体膜蛋白基因（OLE）。表达模式显示，该基因在凤丹种子发育过程中的表达水平逐渐上升，在种子接近成熟时表达水平最高，而后略有下降。这一结果有利于今后通过基因工程手段调控凤丹油体发育。

目前，油体蛋白的研究目的主要为改良植物种子、植物油体蛋白家族间的遗传规律以及表达模式的分析，而利用基因工程、酶工程及合成生物学等技术合成油体蛋白的文献鲜见报道。以上对油体蛋白基因的研究为改良油体蛋白奠定理论基础，为揭示和深度利用Oleosin基因的功能和调控Oleosin基因表达提供理论依据，这些研究将对功能基因组学具有重大意义[13]。

2. 植物油体蛋白作为外源表达载体的相关研究应用

利用油体表达系统是表达生产表皮生长因子有效的手段，与从人类尿液、唾液、眼泪、牛奶和血浆中直接提取以及用微生物表达系统表达生产相比，具有更高的产量。由凝乳酶剪切因子连接的人类表皮生长因子与油体蛋白的融合蛋白在拟南芥中实现了表达，表达量为0.12%[14]。Jingbo Cai等人研究显示在红花种子中表达的油质蛋白--rhFGF9融合蛋白可促进小鼠毛发生长和伤口愈合[15]。Li W等人[16]将植物偏置密码子优化后的人胰岛素样生长因子1 （human insulin-like growth factor 1， hIGF-1）基因融合到拟南芥18.5 kDa油质蛋白基因的C端，并将油质蛋白启动子驱动的融合基因转移到拟南芥生态型Col-0中。转基因种子中油质蛋白-hIGF-1融合蛋白的积累量高达总种子蛋白的0.75%，hIGF-1的表达量为总种子蛋白的0.17%，比以往报道的基于其他植物的hIGF-1产生系统高8倍。

综上所述，植物油体蛋白作为外源表达载体为蛋白质类高活性成分提供蛋白二维三维构象折叠的空间，不仅能够提高产量，而且能够起到稳定物质活性等作用，未来也可能对化妆品领域内的高活性成分提供稳定策略。

Part 2

植物油体蛋白分离纯化现状

为深入研究油体蛋白的特性，研究人员采用不同方法将油体蛋白从植物种子中分离纯化出来，表2是国内、外研究员分离纯化油体蛋白的常用方法。

?stbring K等人[17]阐述一种从冷压油菜籽饼中提取油质蛋白的方法，具体步骤如下：冷压油菜籽饼在刀磨机中研磨20 s，然后于室温条件下浸泡在自来水（1：10）中水合2 h。混合物在13500 rpm下均质化10 min，然后用2 M NaOH将pH值调节至9-12。重复一次上述均质化步骤，接着在25 ℃，5000 ×g条件下，离心10 min。此步骤中的上清液称作“液相”，沉淀物称作“固相”。丢弃固相，将液相的pH调节至6.5（对应油菜籽中油质蛋白的等电点），调节pH后的样品用磁力搅拌器搅拌20 min，然后重复一次上述离心处理步骤。每个pH值至少重复提取一次。将最后一次离心获取的沉淀物进行冷冻干燥处理所得。

河南农业大学的曹地[19]选取玉米种子作为实验材料，使用聚偏二氟乙烯膜和两步离心法分离和纯化玉米胚中油体，十二烷基硫酸钠（SDS）加热法提取油体相关蛋白，利用氯仿/苯酚混合试剂去除杂质提高双向胶图分辨率，通过双向电泳和质谱技术对玉米胚中油体蛋白进行鉴定和生物信息学分析。研究发现玉米种子油体相关蛋白具有疏水性；利用水溶性蛋白提取液和两步离心法对玉米种子油体进行反复纯化，可除去杂蛋白，留下目的蛋白；利用1% SDS全蛋白提取液对纯化过的玉米种子油体进行油体相关蛋白的提取，首次使用金属浴95 ℃加热15 min促进油体相关蛋白的提取，同时利用氯仿/苯酚（体积比1：3）混合试剂去除脂类等杂质，改善油体相关蛋白双向电泳的纵向拖尾问题。

综上，油体蛋白目前均为水相提取法制备，影响因素主要为溶剂种类、温度及pH值。针对油体蛋白的分离纯化工艺，仍集中在种类鉴定、分子量大小、变性温度、二级结构等蛋白质组学方面，也有研究油体蛋白这种天然的乳化剂与目前市面上使用频次较多的乳化剂作用差异。整体上，对油体蛋白的分离纯化仍集中在实验室研究阶段。

Part 3

油体蛋白在皮肤护理产品领域的作用

1. 配方应用

1.1 起泡

Nikiforidis等人使用界面流变仪，研究从玉米胚芽中提取的纯化油体蛋白在空气-水界面的泡沫稳定能力，发现纯化油体蛋白的表面性质与β-乳球蛋白和蛋黄载脂蛋白相当，这些结果还表明油体蛋白形成了一种空气—水界面上的强弹性薄膜[23]，预期油体蛋白能够应用于皮肤护理产品中发挥起泡剂的作用。

1.2 乳化作用

Yufan Sun等人的研究提到，将提取的油体蛋白在体外模拟消化过程中，油体蛋白的吸水性、吸油性、乳化性和抗氧化性等物理性能得到改善，进一步表明植物油体蛋白具有抗氧化、乳化等功效[24]。?stbring K等人的研究提到油菜籽中的一种功能性蛋白质——两亲性油体蛋白，可以用来稳定乳状液，且从冷压油菜籽饼粕中提取物油体蛋白，优化提取工艺，并考察其乳化和抗氧化能力，研究表明在pH 9环境下提取的油体蛋白比在pH 12环境下提取的油体蛋白稳定性更好，且乳状液滴更小。用亚麻籽油和玉米油配制乳液，植物油体蛋白、牛血清白蛋白、脱油卵磷脂和吐温20乳化，乳液在加速条件（30℃ ） 下储存12 天，油体蛋白稳定乳液的程度与商业食品级乳化剂相同；与牛血清蛋白、脱油卵磷脂和吐温20 相比，用植物油体蛋白乳化的亚麻籽油乳液具有较低的丙二醛浓度，表明植物油体蛋白可以有效抑制乳化体系的氧化速率。同样，用油体蛋白乳化后的玉米油乳液，比脱油卵磷脂和吐温20 明显更有效。综上可知，植物油体蛋白是一种具有抗氧化性能的天然乳化剂[17]。

综上所述，在配方应用方面，油体蛋白可以作为乳化剂和起泡剂应用在皮肤护理领域，此外，油体蛋白镶嵌于单层磷脂的油体结构，能够使得配方更加稳定。

2. 护肤功能

2.1 促进活性物质的吸收与转运

在C- 或N- 末端融合了外源蛋白的油体蛋白仍然可以准确定位于油体表面，再结合油体疏水亲脂的特性，构建人工油体，并用于包埋生物活性物质，经蛋白酶酶切后，目标活性物质可以从油体释放到水相。推测活性物质经油体蛋白包裹穿透人体皮脂层后释放，能够促进活性物质在皮肤上的渗透，进而预测油体蛋白具有可以促进物质转运和吸收的重要作用[25]。

2.2. 维持皮肤的脂质稳态

油体表面第一层是由磷脂和油体蛋白组成的半单位膜，该膜对于油体能够保持长期稳定且不发生聚集和分离发挥了关键作用[26]。推测油体蛋白应用在皮肤护理领域中，能够维持皮肤脂质稳态。

2.3. 抗氧化

Wijesundera 等人的研究结果显示，当油体蛋白与磷脂结合使用时，可显著降低脂质氧化速率[27]。如今的化妆品领域愈发趋于天然、绿色、可持续，预期油体蛋白能够添加到精华油皮肤护理产品中，起到抗氧化稳定产品质量的作用。

综上所述，油体蛋白具有促进活性物质吸收与转运、维持皮肤脂质稳态及抗氧化的作用，这表明油体蛋白是一种前景优良的化妆品活性功效原料。另外，由于油体蛋白目前尚未收录于《已使用化妆品原料目录（2021年版）》中，其合规性暂时存在问题。当油体蛋白通过化妆品新原料注册备案解决合规性使用问题后，预期能够广泛地应用于皮肤护理领域中。

Part 4

展望

油体蛋白作为一种具有抗氧化性能的天然乳化剂，预期能够在多个应用领域发挥关键性作用。然而，目前油体蛋白的分离纯化制备仍停留在实验室规模，严重限制了其在食品、保健品及化妆品等领域中的应用。待进一步明晰各类植物中油体蛋白的物理特性、微观层面的结构特征和空间构象后，采用化学技术、合成生物学技术或者多种技术联合来实现工业化生产油体蛋白将具有重大的意义。

作者介绍

孟 醒，李小杰：供职于北京茂思商贸有限公司

周 莉，任晗堃：供职于太和康美（北京）中医研究院有限公司

和长征：供职于植然天成（北京）生物科技有限公司

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