日本东京理科大学先进工学部生命系统工学系的有村源一郎教授率领的研究团队与（公益财团法人）岩手生物工学研究中心共同宣布，成功培育出了可食用部分富含强抗氧化活性的植物色素——“甜菜素（甜菜红素，betacyanin）”的番茄和马铃薯。由于甜菜素仅存在于石竹科植物中，且耐热性低，通过将其富含于可生食的番茄中，有望将其开发为保健食品。相关成果已发表在1月26日发行的国际学术期刊《Biotechnology and Bioengineering》上。
图 野生型（Tw）和富含甜菜素型的番茄株（Tb）果实逐渐着色的成熟过程。在未成熟的绿色状态下，Tw和Tb之间没有区别，但可以观察到Tw的颜色是从黄色变为红色，而Tb的颜色是从红紫色变为深红紫色。（供图：东京理科大学）
甜菜素包括红紫色的甜菜红素和黄色的甜菜黄素，只存在于甜菜等石竹科植物中。尤其甜菜红素长期以来一直用作天然着色剂（甜菜红色素），比如用于给糖果等着色。近年来的研究发现甜菜素具有很强的抗氧化活性，有望作为保健成分使用。也有报道称，甜菜素可通过基因重组技术赋予植物抗菌活性。但另一方面，目前在保健食品领域还没有任何研究。
此次研究团队导入了甜菜色素生物合成基因，使番茄和马铃薯的可食部分积累了该色素，并用小鼠身上验证了其抗炎作用。
甜菜红素的生物合成与三种基因（CYP76AD1、DOD、5GT）相关。研究团队通过二元载体法将其导入到野生型番茄和野生型马铃薯中，培育出了富含甜菜红素的番茄株（Tb）和马铃薯株（Pb）。在其生长过程中，与野生型相比，Tb的雄蕊变成橙色或红色，果实变成暗红色；Pb的根和块茎变成深红色，叶子也略微变暗。
研究团队调查可食用部分中积累的甜菜红素含量时发现，Tb和Pb的积累浓度均较高，且番茄中的甜菜红素积累出现在果实的成熟期。
为了调查积累的甜菜红素的抗炎作用，研究团队将Tb和Pb的可食用部分粉碎，再将提取物添加到巨噬细胞样细胞中。
研究团队将提取物稀释100倍或10,000倍，然后添加到巨噬细胞样细胞（RAW264.7细胞）中，之后用LPS处理激活巨噬细胞，检测各种炎症相关基因的转录水平。
结果发现，在任何稀释比例的Tb中，炎症细胞因子TNF-α基因的转录水平都显著降低。其它炎症细胞因子（IL-1β、IL-6）基因、炎症诱导因子（COX-2基因）的转录水平也有所下降。另一方面，在马铃薯中，Pb和野生株以上基因的转录水平均未出现降低。用主要成分为甜菜红素的市售甜菜红色素（BR）进行相同的实验后发现TNF-α基因的转录水平在1nM或更高的浓度时降低。
为了研究甜菜红色素对结肠炎的作用，研究团队给小鼠连续11天口服Tb、野生型番茄及市售BR后，通过糊精硫酸钠处理诱导了结肠炎。
结果发现，与服用野生型番茄和BR的白鼠相比，服用Tb提取物的白鼠由结肠炎引发的体重下降症状显著改善，并且疾病活动指数（DAI）也得到极大改善。此外，还改善了炎症引起的结肠缩短，抑制了炎症引起的TNF-α基因转录水平升高。而服用野生型番茄和BR的白鼠则没有表现出同样的抑制作用。
服用野生番茄的小鼠的体重下降和结肠缩短也有轻微的改善，这被认为是番茄中含有的番茄红素等其他功能成分带来的效果。
对此，研究团队进一步研究了天然番茄果实成分和甜菜红素的协同作用。将BR添加到野生型番茄中（Tw+BR），然后进行相同的实验并比较其效果。
结果表明，Tw+BR改善体重减轻和结肠缩短的程度与单独使用Tw或BR的程度相差无几。另一方面，DAI评分在Tw+BR中提高最多，程度与Tb大致相同。另外，Tw+BR对TNF-α基因转录水平的抑制程度也与Tb几乎相同。
由此可见，番茄来源的成分和甜菜红素产生了部分叠加或协同的抗炎作用。
通过在密闭型蔬菜工厂中的培育，今后有望将其制成保健食品。
有村教授表示，“在这项研究中，我们分析了具有很强的抗氧化作用，且仅包含于甜菜等石竹科植物中的独特色素——甜菜素的抗炎功能，甜菜素极有可能对许多其他疾病也有效，我们将继续开展研究，以便搞清楚其功能。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Biotechnology and Bioengineering
论文：Metabolic engineering of betacyanin in vegetables for anti-inflammatory therapy
DOI：10.1002/bit.28335
