《Food Chemistry: Molecular Sciences》：Environmental control of anthocyanin biosynthesis in mulberry: unraveling gene networks for food applications
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本综述系统阐述了桑树花青素（MAS）从基因调控、环境响应到稳定化策略及应用的全链条研究。文章创新性地将MAS独特的遗传背景（如MBW复合物）、环境调控机制（光、温度、激素）与分子稳定性（如辅色素作用、纳米递送系统）及其在智能包装（pH响应薄膜）、功能食品等前沿应用进行多尺度关联，为MAS的产业化开发提供了从基础研究到应用转化的全面视角，并指出了标准化、临床转化等现存挑战。
桑树花青素生物合成与环境调控的多尺度解析
桑树（Morus spp.）果实富含花青素，其中黑桑（M. nigra）的花青素含量最高。桑树花青素（MAS）以氰定-3-O-芸香糖苷（C3R）和氰定-3-O-葡萄糖苷（C3G）为主，其独特的化学结构，尤其是C3R的芸香糖基，赋予了MAS优于蓝莓等浆果的热稳定性，使其在酸性食品体系中颜色更为稳定。
桑树花青素的生物合成途径及关键基因
花青素在桑树中的合成遵循保守的苯丙烷-类黄酮途径。关键结构基因包括苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸4-羟基化酶（C4H）、4-香豆酰辅酶A连接酶（4CL）、查尔酮合成酶（CHS）、查尔酮异构酶（CHI）、黄烷酮3-羟基化酶（F3H）、黄烷酮3′-羟基化酶（F3′H）、二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）、花青素合成酶（ANS）以及UDP-葡萄糖类黄酮3-O-糖基转移酶（UFGT）。桑树花青素多样性受限的关键在于缺乏功能性的黄烷酮3′,5′-羟基化酶（F3′5′H）活性，因此其主要积累氰定和天竺葵素衍生物，而缺乏飞燕草素衍生物。
这些结构基因的表达受到核心转录调控复合体MYB-bHLH-WD40（MBW）的精密调控。其中，R2R3-MYB转录因子MYBA能够与bHLH蛋白互作，结合在DFR和ANS等基因的启动子区域，激活花青素合成。在白色果桑品种‘Baiyu Huang’中，bHLH3的错误剪接破坏了MBW复合体的形成，导致花青素合成受阻。此外，激素信号也深度参与调控，例如乙烯响应因子ERF5可直接结合MYBA和F3H的启动子，在‘Zijin’桑中使花青素含量提升约7倍。
转录后调控和液泡转运也是决定花青素最终积累的关键环节。例如，mul-miR477通过靶向长链非编码RNA Mul-ABCB19AS，正调控花青素积累。液泡膜转运蛋白MaVHAG3的功能性等位基因对于花青素在液泡中的储存至关重要，其功能缺失会导致花青素在细胞质中降解，这从遗传学上解释了桑果颜色的变异。
激素与环境对桑树花青素生物合成的调控
环境因子和激素信号共同塑造了桑树的花青素谱。乙烯是果实成熟和花青素积累的关键激素，外源施用乙烯利（100 mg/L）可显著上调ANS表达，提升花青素含量。生长素（如IAA）和多胺（如精胺）也能促进花青素合成。
光照是另一关键环境信号。UV-C辐射和强光能诱导PAL、4CL、CHS5等基因的表达，并激活光保护性花青素积累，这一过程由MabZIP16等转录因子介导。
温度对MAS的影响具有双重性。短期高温处理造成的色素损失很小，但长时间高温（如70°C处理10小时）会导致超过40%的花青素降解，并伴随抗氧化活性下降。通过辅色素作用（如与咖啡酸形成氢键和π-π堆积）或酰化修饰可有效提升其热稳定性。
干旱和氧化胁迫同样能诱导花青素合成。干旱胁迫通过诱导ABA信号通路中的ABF和NCED等基因，进而上调PAL、CHS等花青素途径基因的表达，尤其在二倍体品种中，CHS表达可被诱导上调高达97.52倍，花青素作为抗氧化剂积累以应对环境胁迫。
桑树花青素的稳定性增强与递送系统
MAS固有的不稳定性是制约其应用的主要瓶颈。先进的分子包封策略是提高稳定性的有效手段。例如，乳清分离蛋白（WPI）、阿魏酸（FA）和MAS形成的三元复合物，通过氢键、范德华力和静电相互作用，将花青素的半衰期（t1/sub>）延长了3.2倍，降解速率降低了38.0–39.3%，颜色损失（ΔE）减少了20.9–21.1%。甘露蛋白通过与C3G和C3R的氢键和疏水相互作用，使其光稳定性保留率提升了128.89%。
绿色提取技术，如天然低共熔溶剂（NADES）结合高速剪切均质，相比传统有机溶剂，提取效率提高了1.24倍，半衰期延长了2.1倍。微波辅助双水相萃取（MAATPE）能在3分钟内高效破碎细胞，溶解效率提升68%，并保留95%以上的抗氧化活性。
为提高生物利用度，靶向纳米递送系统被广泛研究。酪蛋白酸钠（SC）-魔芋葡甘聚糖（KGM）纳米颗粒将花青素的功能性pH稳定范围拓宽至3.0–7.0，并实现了42%的肠道控制释放。普鲁兰多糖/果胶纳米纤维脂质体将肠道生物可及性提高了1.98倍。热熔挤出药物递送系统（HME-DDS）甚至实现了82%的结肠靶向递送效率，在炎症性肠病模型中显示出临床潜力。
桑树花青素的前沿应用与产业化挑战
基于其pH响应特性和生物活性，MAS在智能包装领域前景广阔。MAS功能化的羧甲基淀粉/κ-卡拉胶薄膜能通过颜色变化（ΔE > 8.2）实时监测肉类腐败产生的挥发性盐基氮（TVB-N）和pH变化，同时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率超过96%。魔芋葡甘聚糖/壳聚糖薄膜还兼具优异的紫外阻隔性和机械性能提升。
在健康领域，MAS表现出显著的抗癌和代谢调节潜力。它们能通过抑制Ras/PI3K通路及下调MMP-2和MMP-9，在体内抑制超过60%的黑色素瘤转移。对于代谢疾病，MAS可通过激活PI3K/AKT信号通路促进肝糖原合成，在糖尿病管理方面展现出应用前景。循环经济模式也被重视，桑葚果渣（含有原果74–79%的花青素）可作为低成本功能配料用于发酵饮料等产品。
然而，MAS的产业化仍面临严峻挑战。不同桑树品种和批次间花青素含量差异巨大（0.20–60.62 mg/g DW），给标准化和药品级重现性带来困难。纳米递送系统的长期体内生物安全性、细胞毒性和代谢归宿研究不足。尽管临床前证据充分，但缺乏扎实的人体随机对照试验（RCTs）来验证其有效性和安全性。智能包装中成分迁移的潜在风险也缺乏国际标准监管。将绿色提取和纳米递送技术进行规模化放大，同时保证成本效益，是工程上的巨大挑战。
未来需要跨学科合作，整合多组学技术深入解析MAS特异性调控网络，开发可规模化的包封技术，并开展严谨的临床试验，才能最终打通从基础研究到可持续商业化的道路，充分释放桑树花青素的健康与经济价值。
