《Food Chemistry》：Dietary isothiocyanates inhibit the oxidative activity of salivary aldehyde dehydrogenase ALDH3A1 and modulate aroma release
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本研究针对膳食来源的异硫氰酸盐（ITCs）如何影响口腔风味感知这一科学问题，系统探究了ITCs对唾液关键酶醛脱氢酶ALDH3A1活性的抑制作用。研究人员发现，多种ITCs能以时间和浓度依赖的方式有效抑制ALDH3A1，其中苄基-ITC（B-ITC）抑制作用最强。通过X射线晶体学和质谱分析，揭示了烯丙基-ITC（A-ITC）与ALDH3A1催化位点Cys243形成共价加合物，导致不可逆抑制。进一步利用GC-MS技术证实，ITCs通过抑制唾液ALDH活性，显著改变了醛类香气化合物（如辛醛）的代谢，影响其在液相和气相中的释放浓度。该研究首次阐明了膳食ITCs直接调控口腔酶活性并影响香气释放的分子机制，为理解个体间风味感知差异及饮食-感官相互作用提供了新的生化视角。
当我们享用一顿富含十字花科蔬菜（如西兰花、卷心菜、芥蓝）的美餐时，除了摄取丰富的营养，一些独特的含硫化合物——异硫氰酸盐（Isothiocyanates, ITCs）也会被释放出来。这些ITCs不仅是蔬菜辛辣风味的来源，更因其抗癌、抗炎等生物活性而备受关注。然而，一个有趣却鲜为人知的问题是：这些从食物中释放的ITCs，在我们咀嚼的过程中，是否会与我们口腔里的“居民”——唾液中的酶发生相互作用，从而改变我们对食物风味的感知？风味感知是一个复杂的生理过程，涉及嗅觉、味觉和口腔触觉的整合。在口腔这个“第一战场”，唾液中的各种酶扮演着至关重要的角色，它们能够代谢（或称生物转化）摄入的风味物质，从而改变这些物质的浓度、持久性以及最终被感官受体识别的信号强度。其中，醛类化合物是一类广泛存在于食物中的关键香气物质，例如辛醛（octanal）具有蜡质、柑橘香气，肉桂醛（cinnamaldehyde）赋予肉桂特征风味。在唾液中，醛脱氢酶家族3成员A1（Aldehyde Dehydrogenase 3 Family Member A1, ALDH3A1）是含量最丰富的醛脱氢酶，它能够利用辅酶NAD+将醛类氧化成相应的羧酸，例如将辛醛转化为辛酸（octanoic acid）。而羧酸的风味特性（如辛酸带有脂肪味、蜡味甚至哈败味）与其醛类前体截然不同。因此，ALDH3A1的活性很可能直接调控着口腔中醛类香气的“命运”。另一方面，ITCs以其高反应活性著称，能够与蛋白质中的亲核基团（如半胱氨酸的巯基）发生反应。那么，一个自然而然的科学问题产生了：膳食ITCs能否抑制唾液ALDH3A1的活性？如果答案是肯定的，其分子机制是什么？这种抑制又会对香气物质的代谢和释放产生怎样的影响？这不仅是基础生物化学问题，更对理解饮食如何精细化调控我们的感官体验具有重要意义。
为了回答这些问题，由Valentin Boichot、Jeanne Chaloyard、Karine Gourrat、Jade Moreno、Jean-Michel Saliou、Jean-Marie Heydel、Francis Canon、Fabrice Neiers和Mathieu Schwartz组成的研究团队在《Food Chemistry》上发表了他们的最新研究成果。他们综合运用了酶学分析、X射线晶体学、蛋白质质谱以及顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC/MS）等多种技术手段。研究首先使用重组表达的人源ALDH3A1蛋白，评估了八种常见膳食ITCs（包括烯丙基-ITC, A-ITC；苄基-ITC, B-ITC等）对其酶活的抑制效果。进而，他们通过晶体结构解析和蛋白质组学技术，揭示了ITCs与ALDH3A1活性中心关键残基Cys243的共价结合机制。最后，研究在更接近生理环境的条件下，使用真人唾液样本，探究了ITCs对醛类底物（辛醛）代谢途径的整体影响，分析了代谢产物（辛酸、辛醇）在液相和气相中的变化。唾液样本来源于三名23-29岁的健康男性志愿者。
3.1. 异硫氰酸盐以时间依赖的方式抑制ALDH3A1
研究人员选取了八种常见的膳食ITCs，以辛醛为底物，检测它们对重组ALDH3A1酶活的抑制效果。结果发现，所有测试的ITCs均能抑制ALDH3A1的活性，且这种抑制呈现剂量依赖性和时间依赖性。即ITC浓度越高（100 μM vs 10 μM），与酶孵育时间越长（15分钟 vs 3分钟），抑制效果越强。在化学结构上，含有芳香环的ITCs（如B-ITC和2-苯乙基-ITC）以及较长碳链的脂肪族ITCs（如己基-ITC）表现出更强的抑制能力，其中B-ITC的抑制作用最为显著，在100 μM浓度下孵育3分钟即可完全抑制酶活。进一步的酶动力学分析表明，B-ITC对ALDH3A1的抑制属于竞争性抑制模式，其抑制常数（Ki）为7.3 ± 4.5 μM。更重要的是，时间依赖的增强抑制现象暗示了初始的可逆结合可能后续伴随着不可逆的共价修饰。
3.2. 烯丙基-异硫氰酸盐与Cys243形成加合物从而使ALDH3A1失活
为了在原子水平上揭示抑制机制，研究人员成功解析了ALDH3A1与A-ITC的复合物晶体结构，分辨率达到2.05 ?。结构清晰地显示，A-ITC的异硫氰酸基团与ALDH3A1活性中心的催化 cysteine 残基（Cys243）的巯基发生了共价结合，形成了一个烯丙基-二硫代氨基甲酸酯（allyl-dithiocarbamate）加合物。该加合物通过疏水作用与活性口袋中的Asn114、Tyr115、Thr242、Ile394和Phe401等残基稳定结合。蛋白质质谱分析进一步在溶液环境中验证了这一结果：在ALDH3A1与A-ITC孵育后，质谱检测到了Cys243被A-ITC修饰的肽段，而另一个可接近的半胱氨酸Cys251则未被修饰，说明了Cys243是ITCs特异性攻击的靶点。这种共价修饰直接阻断了醛底物与Cys243的正常结合，从而导致酶活的不可逆失活。
3.3. 异硫氰酸盐抑制唾液ALDH活性从而改变释放的香气化合物
3.3.1. 异硫氰酸盐抑制辛酸的形成
在功能性实验中，研究人员使用真人唾液和重组ALDH3A1，通过GC-MS分析了辛醛的代谢情况。结果表明，唾液和重组ALDH3A1均能有效将辛醛转化为辛酸，同时消耗辛醛。而加入ITCs（特别是B-ITC）后，辛酸的产量显著降低，且在某些唾液样本中伴随着辛醛残留量的增加。这直接证明了ITCs能够抑制唾液中的ALDH活性（主要由ALDH3A1贡献），阻碍醛向羧酸的转化。研究还观察到不同个体唾液样本（S1, S2, S3）的ALDH基础活性存在差异，提示了个体间唾液酶谱的不同可能影响其对ITC抑制的响应。
3.3.2. 其他酶家族参与气味物质的唾液代谢
有趣的是，研究还发现唾液能将辛醛还原生成辛醇，这表明除了ALDH3A1主导的氧化途径外，唾液中还存在其他的氧化还原酶（如醛酮还原酶）。在某些唾液样本中，ITCs的加入也影响了辛醇的产量，说明ITCs可能对这类还原酶也有一定的调节作用。补充实验还发现，辅因子NAD+和NADH的氧化还原状态对代谢产物的比例有决定性影响。加入NAD+促进辛酸和辛醇的生成，而加入NADH则主要促进辛醇的生成。这提示口腔内复杂的代谢网络受到底物、酶、辅因子以及外源抑制剂（如ITCs）的共同精细调控。
这项研究首次系统地揭示了膳食ITCs通过共价修饰唾液ALDH3A1的催化Cys243残基，从而不可逆地抑制其酶活性。这种抑制作用扰乱了口腔内醛类香气化合物的正常代谢路径，减少了辛酸等代谢产物的生成，并可能改变了原始醛类香气物质的释放动力学和感官特性。由于ALDH3A1活性存在个体差异，且唾液中还存在其他能与ITCs相互作用的酶（如谷胱甘肽转移酶GSTs），因此膳食ITCs对个体风味感知的实际影响可能是复杂且个性化的。该研究不仅深化了我们对食物成分与口腔生物化学相互作用的认知，也为理解个体间风味偏好差异、开发个性化营养策略以及食品风味调控技术提供了重要的理论依据。未来研究需要在真实进食场景下，进一步量化ITCs暴露对口腔醛类物质转化速率和感官知觉的最终影响。
