FSAP|张伟敏教授：利用脂质组学方法揭示黑水虻不同生长阶段脂质谱动态变化

琼台师范学院理学院、海南大学食品科学与工程学院的Cui Jingtao（第一作者）和Li Guoyin、Zhang Weimin（共同通信作者）等采用脂质组学方法对 黑水虻 （ Hermetia illucens ；black soldier fly ， BSF ）幼虫期、蛹前期和蛹期的脂质谱动态进行研究，此外还分析与生长过程有关的脂质代谢途径，为将 BSF 作为食品、饲料、制药和化妆品应用的脂质来源提供一定理论基础。

Introduction

BSF是一种可食用昆虫，其特点是繁殖速度快、饲养简单、生产实践管理容易、养殖成本低。脂质是BSF的主要成分，多项研究表明，幼虫富含脂质，占总干物质的15%～48%，这表明BSF可能是天然动物脂质的特殊来源。BSF的生长周期通常包括卵、幼虫、蛹前、蛹和成虫阶段。值得注意的是，脂质谱可能在BSF的发育周期中经历显著变化。目前，关于BSF不同生长阶段（幼虫、蛹前和蛹期）脂质分布的较为研究有限。

图1 BSF的3 个生长阶段的形态特征

Results

1.BSF总脂质含量分析结果

由表 1 可知， BSF不同 生长阶段的总脂含量变化显著，变化范围为 9.01 ～ 12.29 g/100 g 湿重。幼虫期脂肪水平持续上升，在蛹前期达到峰值，随后在蛹期显著下降。这种模式可能是由于 BSF 的摄食只发生在幼虫生长阶段。在蛹阶段， BSF 需消耗大量能量，主要来自碳水化合物和脂质，用于化蛹和羽化。因此，这些结果表明，根据脂质含量，蛹前阶段可能是最合适的脂质来源。

表1BSF不同生长阶段的脂肪含量及脂肪酸组成

注：SFA，饱和脂肪酸；MUFA，单不饱和脂肪酸；PUFA，多不饱和脂肪酸。同行小写字母不同（a–c）表示不同生长阶段之间差异显著（P＜0.05）。

2. BSF不同生长阶段脂肪酸分布

采用气相色谱分析了不同生长阶段牛肉精提取的总脂质脂肪酸谱，并以脂肪酸占总脂肪酸的比例表示（表1）。BSF的3个生长阶段的脂肪酸含量由高到低依次为MUFAs（13.57%～20.10%）＜PUFAs（16.90%～24.48%）＜SFAs（55.41%～69.53%）。

SFA中月桂酸含量最高（占总脂肪酸的（48.97±0.14）%），其中蛹前和幼虫期的月桂酸含量最低（占总脂肪酸的（48.97±0.14）%）和幼虫期(占总脂肪酸的（34.65±0.24）%），且差异显著（P＜0.05）。在蛹前阶段，BSF中月桂酸的含量与椰子油和棕榈仁油中的月桂酸含量相当。这表明BSF油可能是上述2 种植物油的潜在替代品。

油酸（C18:1）是BSF中主要的MUFA。油酸含量在幼虫期最高，蛹前阶段最低。此外，与蛹前和蛹期相比，幼虫期PUFAs的相对含量更高，与n-3 PUFA相比，所有检测生长阶段的n-6 PUFA的相对含量均更高，导致n-6与n-3 PUFA的比例较高。亚油酸（C18:2n-6）是n-6 PUFA的主要成分，占BSF 3 个生长阶段n-6 PUFA总量的96%以上。亚油酸相对含量在幼虫期最高，蛹前阶段最低。

3. BSF不同生长阶段脂类分子种类分布变化

由图2A可知，432 个脂质分子，包含5 类和17 个亚类，包括三酰甘油（triacylglycerol，TAG）、二酰甘油（diacylglycerol，DAG）、二酰甘油三甲基高丝氨酸（diacylglyceryl trimethylhomoserine，DGTS）等。在负电离模式下，156 个信号，属于4 类、22 个亚类，包括羟基脂肪酸酯（hydroxyl fatty acid，FAHFA）、游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）等（图2B）。从数量上看，甘油脂（glycerolipids，GLs）占主导地位。

A、B.正、负电离模式下鉴定的脂质种类的数量；C、D.正、负电离模式下重叠的脂质分子；E.甘油脂、F.甘油磷脂、G.鞘脂、H.脂肪酰基、I.糖脂、J.类固醇在3 个生长阶段的比较；K.三酰基甘油、L.磷脂酰胆碱、M.磷脂酰乙醇胺、N.羟基脂肪酸脂肪酸酯的聚类热图。

图2 BSF不同生长期中的脂质

根据物种数量和个体趋势将BSF脂质分子分为9 个独立的簇（图3A）。其中，GLs、FAs和SPs均存在于所有9 个簇中。集群2和8以GLs为主，而GP主要位于集群5和7。集群4显示出高浓度FAs，而集群3显示出富集的SPs。

图3 差异脂质分子的K-means聚类分析（A）、GL、GP、SP、FA在集群中的相对含量（B～E）

4. BSF不同生长阶段脂质分子含量的变化

由图2E可知，从幼虫到蛹前阶段，GL含量显著增加；从蛹前到蛹期阶段，GL含量略有下降，在蛹前达到峰值。蛹期GL水平虽较蛹前略有降低，但差异不显著（P＜0.01）。相比之下，从幼虫到蛹，GPs呈持续增加的趋势（图2F）。

同时， SPs （图 2G ）和 FAs （图 2H ）表现出相似的规律，从幼虫到蛹前期逐渐增加，在蛹前期达到峰值，然后从蛹前期到蛹期逐渐下降。

5. BSF不同生长阶段差异脂质分析 根据变量投影重要性（variable importance in projection，VIP）＞1共选择了205个脂质分子（图4I、J），包括68 个GLs、53 个GPs、48 个FAs、34 个SPs和2 个SLs。结果发现，脂质分子种类的含量随生长期而变化。

A、B.主成分分析在正、负电离模式下的二维评分图；C、D.正、负电离模式下主成分分析加载图；E、F. 正、负电离模式下的OPLS-DA二维评分图；G、H.正、负电离模式下的200 次交叉验证结果；I、J.正、负电离模式下VIP图。

图4 脂质组学的多变量分析

6. 差异脂质分子的相关性分析及潜在脂质代谢途径分析

结果显示，大多数脂质分子间表现出高相关性，特别是属于同一亚类的脂质分子，呈现出以正相关为主的相关性。亚类内相关性大于亚类间相关性。此外，在特定脂质分子之间观察到显著的负相互作用。

在幼虫期和蛹前期的比较中，富集了3 条相互关联的脂质代谢途径（图5D）。在幼虫和蛹的比较中，出现了4 条富集途径 （ 图5E） 。由图5D、F可知，代表GP代谢的圆点最大，颜色最深，表明其在整个BSF发育周期中作为主要脂质代谢途径的重要性。

A、D.幼虫与蛹前阶段；B、E.幼虫与蛹阶段；C、F.蛹前与蛹阶段。

图5 OPLS-DA评分图、验证图和双图（A～C）和BFS发育过程中关键脂质代谢途径（D～F）

Conclusion

本研究采用脂质组学方法对幼虫、蛹前和蛹阶段的BSF脂质谱进行了全面的表征和比较。3 个生长期的脂质谱差异显著。随着生长时间的延长，总脂含量逐渐积累，在蛹前期达到峰值。月桂酸为主要脂肪酸，从幼虫期到蛹前期呈上升趋势，从蛹前期到蛹后期呈下降趋势。此外，油酸和亚油酸含量最高。此外，在BSF中鉴定出6 个脂类共588 个脂质分子。随后，利用多元统计分析筛选出50 个潜在的差异脂质标记物。这些脂质分子在不同的生长阶段表现出显著的差异。值得注意的是，与其他阶段相比，蛹前阶段表现出最高的脂质丰度。脂质代谢途径以GP代谢为主，DAG、LPA、LPC和PE被认为是BSF发育周期中关键的脂质代谢产物。综上所述，该数据有助于更好地了解牛血清脂质谱在生长过程中的变化，并为BFS脂质的利用提供一定科学指导。

Abstract

The black soldier fly (BSF, Hermetia illucens) possesses the remarkable ability to convert waste into valuable lipids, making it a sustainable source of these valuable compounds. However, a comprehensive analysis of the dynamic changes in its lipid profile throughout its growth cycle has been lacking. Herein, the lipid profile dynamics of the BSF at larva, pre-pupa, and pupa stages were characterized based on lipidomic methodology. Lauric acid was the predominant fatty acid, with the highest percentage observed in pre-pupa. A total of 588 lipid molecules, spanning 32 subclasses, were identified. Triacylglycerol abundance exhibited an initial increase followed by a decrease as the BSF grew, while phosphatidylethanolamine and phosphatidylcholine consistently increased. Moreover, 50 differential lipid molecules were screened using multivariate statistical analysis. The glycerophospholipid pathway was the furthest relevant lipid metabolic pathway. These findings significantly enhance our understanding of the BSF’s lipid profile and offer new insights into the potential applications of BSF-derived lipids.

作者介绍

张伟敏 教授

海南大学食品科学与工程学院

研究领域及方向为：1）主要热带特色油脂（椰子油、山柚油）加工与营养安全研究；2）主要热带水果（椰子与番木瓜等）深加工与废弃物的综合利用。主持和参与各级各类科研项目32 项，其中主持和参与完成各级各类项目20 项。目前，主持各级各类项目4 项。

翻译/编辑：龚艺、王小云；责任编辑：张睿梅

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