从Cryptotympana atrata若虫中鉴定过敏原：整合蛋白质组学与基于同源性的生物信息学方法

《Food Chemistry》：Mining allergens in Cryptotympana atrata nymphs: integrating proteomics and homology-based bioinformatics

过敏原分析显示黑蝉若虫（Cryptotympana atrata）含泛过敏原tropomyosin和arginine kinase，与蚕及甲壳类同源蛋白序列和三维结构高度相似，提示可能引发交叉过敏反应。需加强新型昆虫蛋白的过敏原评估体系。

　　

元贺|孙树涛|肖建波|任启东|陈英英|张梦琪|王穆轩|郭旭|孙金月|刘超

山东第二医科大学公共卫生学院，中国山东省潍坊市261053

摘要

食用新型可食用昆虫存在潜在的过敏风险。Cryptotympana atrata（C. atrata）是一种常见的东亚蝉类，在中国有传统的食用习惯。尽管已有报道指出对C. atrata若虫的过敏反应，但其具体过敏原尚未被明确记录。C. atrata若虫的质谱数据直接检测到了泛过敏原肌动蛋白和精氨酸激酶。通过全面的氨基酸序列比对和系统发育分析，研究了这些过敏原的进化保守性。C. atrata的过敏原与蚕和甲壳类动物的同源过敏原具有高度的序列相似性和密切的系统发育关系。进一步的3D建模和结构比对显示，这两种C. atrata过敏原与其Bombyx mori对应物之间存在高度相似性。AllerCatPro 2.0预测了蝉若虫中的几种潜在过敏原，包括过氧化物酶、羧酯酶、丝氨酸羧肽酶、丝胶蛋白和原肌球蛋白I。因此，对蚕或甲壳类动物过敏的个体在食用蝉若虫时应谨慎，以防可能发生的交叉过敏反应。

引言

蝉属于半翅目（Hemiptera）、昆虫纲（Insecta）和节肢动物门（Arthropoda）的蝉科（Cicadidae）。由于没有蛹期，蝉经历的是不完全变态。它们的生命周期包括三个阶段：卵、若虫和成虫（图1A）。蝉在全球范围内广泛分布，除南极洲外所有大陆都有独特的蝉类物种。例如，北美的周期蝉以其独特的生命周期而闻名。每隔13年或17年，数百万甚至数十亿只蝉会同时从地下出现，对农业和生态系统造成显著压力（图1C）（Getman-Pickering, Soltis, Shamash, Gruner, Weiss & Lill, 2023）。然而，这一丰富的生物资源尚未得到有效利用。在东亚，Cryptotympana atrata（黑蝉）是一种主要物种，其若虫通常被称为金蝉、蝉蛹或蝉猴（Xie et al., 2023）。与周期蝉不同，C. atrata的若虫在地下生活3-5年，每年夏季才会出现。交配后，雌性成虫通常在一年生枝条的韧皮部组织中产卵。卵孵化会损害枝条的维管组织，导致秋季枝条枯萎、断裂和果实产量减少。

C. atrata作为一种兼具药用和食用价值的昆虫资源被开发利用。C. atrata的蜕皮（在中医中称为蝉蜕或蝉衣）历史上被用于治疗风热症状，特别是伴有喉咙痛和声音嘶哑的发热性疾病（图1D）（Xie et al., 2023）。几个世纪以来，不同文化中都有人食用蝉，因其营养价值和被认为的健康益处。历史记录，包括古代中国的农业文献和罗马的烹饪实践，记载了诸如烘烤和煮沸等加工方法（Olivadese & Dindo, 2023; Xie et al., 2024）。这一传统在中国某些地区仍然延续至今（Xie et al., 2023）。如图1B所示，蝉是多种营养素的丰富来源（García-Valle et al., 2024; Li, Chumroenphat, et al., 2024）。人工繁殖技术的进步显著缩短了蝉卵的孵化期并提高了产量，这直接促进了养殖C. atrata若虫的普及和消费（Xie et al., 2024）。

近年来，联合国粮食及农业组织（FAO）和中国政府提倡多样化蛋白质来源，包括昆虫，以提高粮食安全（Feng et al., 2017; Skotnicka et al., 2021; Xie et al., 2024）。与传统畜牧业相比，昆虫养殖所需的资源（土地、饲料、水）更少，产生的温室气体排放更低，并且饲料转化率更高（Lange & Nakamura, 2021; Tavares et al., 2022）。此外，欧洲食品安全局（EFSA）自2021年起批准了四种可食用昆虫；新加坡在2023年批准了16种昆虫；澳大利亚在2024年又批准了三种昆虫品种。C. atrata若虫在中国有历史上的食用传统，现在也实现了商业化养殖，符合FAO和国家可持续性目标，是一种环保高效的蛋白质替代品。然而，新型昆虫蛋白存在过敏风险，特别是对于对甲壳类动物、尘螨或软体动物敏感的个体，因为可能存在交叉反应（Yang et al., 2023; Li, Chumroenphat, et al., 2024; Li, Sheng, et al., 2024）。食物过敏是由食物蛋白过敏原引起的特异性免疫反应，症状从皮肤刺激、胃肠道症状和呼吸窘迫到全身性过敏反应甚至致命后果都有可能（Feng et al., 2023; Li et al., 2025）。全球研究表明，东南亚7.6%-12.9%的消费者对昆虫有过敏反应，中国18%的致命食物过敏反应与昆虫消费有关（Chomchai et al., 2020; de Gier & Verhoeckx, 2018; Ji et al., 2009）。因此，对于像可食用昆虫这样的新型食物资源，由于临床数据稀缺，开发可靠的评估策略至关重要。在这方面，两种互补的方法至关重要。首先，液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术通过将肽序列与已知过敏原匹配，提供高选择性、高准确性和高通量的蛋白质鉴定和定量，从而形成坚实的分析基础（D'Auria et al., 2023; Kulkarni et al., 2013; Leni et al., 2020; Yang et al., 2024）。其次，生物信息学工具基于序列和结构同源性提供快速、便捷的筛查，以预测过敏风险，作为新型食品的有效初步指标（Barre et al., 2021; López-Pedrouso et al., 2023）。

尽管已有报道指出食用蝉若虫后会出现过敏反应（Graper, 2024; Romero, 2025），但对蝉若虫中过敏原的系统性评估仍缺乏。因此，本研究旨在通过整合蛋白质组学和基于同源性的生物信息学方法，全面表征这种新型食品成分的过敏潜力。基于节肢动物之间的交叉反应模式和泛过敏原的结构保守性，我们假设：蝉若虫的过敏谱主要由一个或多个保守的泛过敏原家族主导，这解释了其引发交叉过敏反应的潜力。鉴于UniProt中缺乏C. atrata若虫蛋白的注释以及该物种基因组尚未测序，我们采用了综合策略进行了首次系统的过敏性评估。使用高分辨率LC–MS/MS建立了蛋白质组谱，并结合世界卫生组织/国际免疫学联合会（WHO/IUIS）过敏原命名数据库进行in silico过敏原预测。这种多模式方法在C. atrata若虫中识别出了两种已知过敏原和几种潜在的过敏原蛋白。这些发现为支持基于蝉的食品产品的监管过敏原标签和消费者安全评估提供了基础数据。

材料与试剂

2024年7月，我们从中国山东省淄博市的一家商业农场购买了C. atrata若虫。形态测量分析显示，平均体长为3.0-4.0厘米，体重为3.219±1.320克。所有样本均经过三重清洗去污处理后，在-80°C下冷冻保存。昆虫蛋白质提取试剂盒（EX1700）购自北京Solarbio科技有限公司（北京，中国）。

C. atrata若虫蛋白的提取与定量

使用BCA试剂盒测定了C. atrata若虫的总蛋白含量。蛋白质浓度标准曲线表现出高线性，R²值为0.9979，回归方程为y = 0.9252×+0.1552（图3A），符合可靠性要求。根据此校准曲线，计算得出C. atrata若虫匀浆的蛋白质浓度为14.96±1.57 mg/mL。

通过电泳分析C. atrata若虫蛋白

使用SDS–PAGE方法分析了C. atrata若虫的蛋白质谱型，结果显示其蛋白质组成较为复杂

结论

与可持续发展相关的全球挑战，包括资源稀缺和环境污染，促使人们对清洁和高产的替代蛋白质来源产生了需求。联合国粮农组织（FAO）认为昆虫是最大的未充分利用的生物资源，可食用昆虫成为新型蛋白质生产的重要全球趋势。然而，新膳食蛋白的引入可能对消费者构成潜在的过敏风险，因此需要彻底的

CRediT作者贡献声明

元贺：撰写——初稿、方法学、研究、数据分析。孙树涛：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、概念化。肖建波：撰写——审阅与编辑、软件操作。任启东：软件操作、资源获取、数据管理。陈英英：软件操作、研究。张梦琪：项目管理、研究。王穆轩：项目管理、数据管理。郭旭：撰写——初稿、可视化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（编号：2023YFF1103800）、山东省农业科学院农业科技创新项目（编号：CXGC2025C09、CXGC2025F08）以及山东省针对孙树涛的泰山学者计划（编号：tsqn202312286）的财政支持。