改善心血管健康的食源性生物活性肽構效關系研究進展

王春艷，田金強，王 強*

(中國農業科學院農產品加工研究所，北京 100193)

生物活性肽按來源可分為動物源功能性短肽和植物源功能性短肽。蛋白質經胃腸酶解分解或加工產生的生物活性肽具有非常重要和廣泛的生物學功能和調節功能，可直接作為神經遞質、間接刺激腸道受體激素或酶的分泌而發揮生理作用。短肽的生理功能主要有類嗎啡樣活性、免疫調節、抗血栓、降血壓、降膽固醇、抑菌、抗氧化以及改善元素吸收和礦物質運輸等。食物蛋白經酶解后制備的活性肽，通常包含2～20個氨基酸殘基，而其功能活性取決于蛋白質本身的理化特性、水解肽的分子質量、氨基酸含量、氨基酸組成、氨基酸序列等因素。

在水解過程中，蛋白質肽鏈被打開、肽鏈中分子數目減少、分子質量和抗原性降低，同時分子結構的改變導致埋藏的疏水中心暴露到溶液環境中。但是蛋白質水解為肽后，結構的改變對功能特性和生物活性所產生的影響至今仍沒有系統的理論和結論，因此肽的生物活性與結構之間的相關性研究是目前備受關注的一個熱點。盡管生物活性肽的結構和功能之間的關系尚未完全明晰，但某些肽的生物活性和功能特性已表現出普遍的結構特點。本文對與心血管健康有關的活性肽的功能活性和構效關系進行綜述，包括降血壓、抗氧化、抗血栓、降膽固醇肽及抑制肥胖肽，以期對蛋白肽的深入研究和應用提供借鑒。

1 食物源活性肽功能活性及其構效關系

1.1 血管緊張素轉換酶(ACE)抑制肽

目前食物蛋白源ACE)抑制肽因其獨特的生理功能而受到廣泛的關注，成為活性肽研究的熱點。食物源ACE抑制肽通常由蛋白酶在溫和條件下水解蛋白而獲得，不同蛋白質來源的ACE抑制肽降壓效果與結構有關。目前對其構效關系已經有了較深入的研究，但是這些研究都是基于氨基酸序列分析進行的，許多肽并不符合這些研究結果，確切的構效關系模型至今仍未建立，但從中可得到一些常見的局部結構特點。部分食物源ACE抑制肽體內降壓效果及結構見表1。

表1 部分食物源ACE抑制肽體內降壓效果Table1 Antihypertensive effect of ACE inhibitory peptides in vivo

降壓肽進入小腸后需被完整吸收并以活性形式進入心血管系統才能產生降壓活性，因此肽的結構起著重要作用。首先在氨基酸組成上，從多數具有降壓效果的肽段氨基酸個數來看，它與降壓效果并不存在固定的關系。但一般具有較高降壓效果的乳源活性肽氨基酸殘基多集中在6～10個左右，分子質量大多低于1000D，也有極個別的由27個氨基酸組成的降血壓肽被發現[12]。One等[13]研究表明，由非極性脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸組成的肽可表現出較強的ACE抑制活性，并從鮭魚酶解物中分離出6種可抑制ACE的二肽均含有色氨酸。Saiga等[14]從雞胸肉的酶解液中分離出來的3種多肽表現出較強的ACE抑制活性，這3種多肽均有甘氨酸-X-X-甘氨酸、X-X-甘氨酸-X-X的序列，其中11肽Gly-Phe-Hyp-Gly-Thr-Hyp-Gly-Leu-Hyp-Gly-Phe表現出最高的抑制活性。而從新鮮鴨肉的酶解物中分離出的四肽Gly-Asp-Leu-Gly也表現出較強的ACE抑制活性。

大多數天然的ACE抑制肽具有Ala-Pro或Pro-Pro的羧基末端，而從人乳酪蛋白、金槍魚肌肉蛋白質及玉米蛋白酶解物中分離的具有較強ACE抑制活性的肽在C端都有一個脯氨酸殘基。大量研究表明，C末端為Trp、Phe、Tyr和Pro，而N末端為支鏈氨基酸的二肽或三肽具有較強的ACE抑制活性。大多數Casokinin(酪蛋白的酶解物，可表現出較強的ACE抑制活性)C端的氨基酸殘基都為脯氨酸、賴氨酸、精氨酸等疏水氨基酸(芳香或支鏈氨基酸)。ACE抑制肽的活性強度也受C端Pro殘基臨近氨基酸的影響，高ACE抑制活性肽的C端臨近氨基酸應該是疏水性氨基酸。ACE傾向于C末端三肽的每個位置含有疏水性氨基酸(如芳香族氨基酸和支鏈氨基酸)的底物或抑制劑，ACE的活性中心S1和S2立點可與C端三肽的殘基發生作用。此外，抗高血壓肽的N-端具有芳香環氨基酸和堿性氨基酸時，也能提高降壓效果。肽的疏水性也是影響其活性的重要因素，高親水性無法使肽接近ACE活性部位而導致活性較弱或無活性。

此外ACE抑制肽的一個明顯特點是往往同時具有其他活性，如有人從牛乳酪蛋白中得到的ACE抑制肽(Ala-Val-Tyr-Pro-Glu-Arg)，同時具有促進BALB/C 3T3細胞增殖、增強初代培養肝細胞胰高血糖素作用；源于血纖維蛋白ACE抑制(Ala-Arg-Pro-Ala-Lys)，還具有促進吞噬、提高毛細管通透性等作用。

1.2 抗氧化肽

不同來源的水解蛋白都具有一定的抗氧化能力，牛乳酪蛋白、乳清蛋白、大豆蛋白等的水解物均可分離出抗氧化肽。表2列舉了部分不同蛋白質來源的生物活性肽。抗氧化肽的抗氧化機理并不明確，可能與金屬離子螯合、自由基清除作用及單線態氧的淬滅有關[15]。但Chen等[16]對合成的含組氨酸短肽的研究發現，這些機理都不能完全解釋短肽的抗氧化性，因此短肽的抗氧化性可能是各種因素共同作用的結果。

一般說來，肽類的抗氧化能力大于氨基酸，相關資料報道分子質量在2500～3000D的肽類較為理想。Wu等[17]則認為900D和200D的肽具有更好的體外抗氧化活性。Yamaguchi等[18]酶解大豆分離蛋白質6h后發現，分子質量小的肽有較強的抗氧化活性，易被腸道吸收而直接在機體中發生作用。Seronei等[19]在乳清蛋白制備的研究過程中發現，疏水性氨基酸、芳香環氨基酸的存在與抗氧化之間有著密切的關系，它們所含有的個數越多，其抗氧化活性越顯著。由支鏈氨基酸苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸等組成的肽可表現出抗氧化性，也有研究認為含堿性氨基酸的活性肽可作為電子受體奪取不飽和脂肪酸氧化形成的自由基的電子，從而阻斷因自由基引發而造成的不飽和脂肪酸氧化鏈的延長[20]。Chen等[21]確認大豆酶解物的抗氧化性基于活性肽亮氨酸-亮氨酸-脯氨酸-組氨酸-組氨酸的存在，含組氨酸的肽可作為金屬離子鰲合劑、單線態氧淬滅劑和·OH清除劑而表現出較強的抗氧化性能。肌肽為含組氨酸的二肽，也表現出較強的抗氧化性能。Rajapakse等[22]用一種蚌類(Mytilus edulis)為原料進行發酵，分離出一種含組氨酸抗氧化肽，命名為MRSP，其序列為His-Phe-Gly-Asp-Pro-Phe-His，具有很強的清除自由基的能力，且對Fe2+的螯合能力比檸檬酸鹽高95%。研究表明，在組氨酸-組氨酸二肽的N-末端增加亮氨酸或脯氨酸殘基可提高其抗氧化性。Chen等[23]報道Pro-His-His序列具有較強的抗氧化性，且與非肽類抗氧化劑有協同效應。此外由于疏水性短肽更易于與疏水性底物結合(如親脂性脂肪酸)，因此短肽的疏水性也是影響其活性的因素之一[24]。

表2 部分食物源生物活性肽Table 2 Examples of bioactive peptides derived from foods

1.3 抑制膽固醇作用肽

高膽固醇血癥是動脈粥樣硬化及心血管疾病的危險因子，對人類身心健康和生命造成很大威脅，改善高膽固醇血癥的最好辦法是抑制肝臟膽固醇(CHOL)的合成與小腸的吸收。已知某些膳食蛋白質可改善血脂水平，如大豆、乳清及魚類蛋白消化經吸收后具有降膽固醇、保護心血管的作用[40]。對于蛋白降低CHOL作用的機理尚不明確，但蛋白質的氨基酸組成會影響血漿中膽固醇水平。研究表明，大豆蛋白和魚類蛋白中較低含量的Met-Gly和Lys-Arg具有較好的降膽固醇作用，而牛酪蛋白可能由于Met-Gly和Lys-Arg含量較高，可使血漿膽固醇水平提高[41-42]。

目前對具有降膽固醇作用的短肽報道較少，其中以大豆蛋白的研究較多。多肽降低血清CHOL的效應主要表現在升高高密度脂蛋白(HDL)、降低低密度脂蛋白(LDL)，可有效減少CHOL的消化吸收，能阻礙腸道內CHOL的再吸收，促使其排出體外。多肽還能刺激甲狀腺激素分泌，促使CHOL代謝產生膽汁酸，膽汁酸又被食物纖維吸附排出體外，從而阻礙對膽固醇的吸收，起到降低血液膽固醇作用[40]。此外多肽對膽固醇水平正常的人無降低作用，但可以防止食用高膽固醇食物后的血清CHOL升高。Nagata等[43]和Wang等[44]發現與大豆蛋白相類似的氨基酸混合物的降CHOL效果弱于大豆蛋白，但用胃蛋白酶與胰酶水解產生的高疏水性的食餌飼喂老鼠，血清CHOL濃度降低更大，說明多肽的降膽固醇效果大于蛋白和氨基酸。Making等[45]研究發現大豆蛋白中的疏水性氨基酸可促進膽固醇的膽汁酸化，因此起到降低血液膽固醇的作用。最近研究從大豆蛋白中分離出一種與腸抑素具有相同序列的短肽LPYPR，可對小鼠產生降低血清膽固醇作用[32]，腸抑素是一種具有降膽固醇和產生厭食作用的內源性短肽。另一種序列為IAVPGEVA的大豆球蛋白短肽也具有降低膽固醇活性的功效[33]。體外實驗證明，LPYPR及IAVPGEVA均有抑制3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMGR)作用，HMGR為膽固醇生物合成中的關鍵酶。對其構效關系的研究表明，這兩種肽的疏水性區域是具備其生物活性所必須的結構因素，疏水性序列的最大長度為4個氨基酸，脯氨酸殘基是其中一種關鍵組成，可位于肽鏈的C端或除N端外的任何區域。大豆球蛋白水解物還具有顯著的降甘油三酯作用，已鑒定的短肽包括VVYP、VYP及VTL。除大豆蛋白外，牛乳乳清蛋白也可降低血漿中膽固醇水平。Nagaoka等[35]從牛乳β-乳球蛋白中分離出一種序列為IIAEK的降膽固醇五肽，且其降膽固醇作用好于谷甾醇。

1.4 抗血栓肽

抗血栓肽(antithiomboticpeptide)能抑制ADP激活的血小板聚合作用，同時還能抑制人血纖維蛋白原鏈與血小板表面特異位點的結合，所以具有抗血栓形成的生理功能[46]。抗血栓肽主要來自于牛乳κ-酪蛋白的水解，酪蛋白血小板因子(casoplatelins)是來源于牛酪蛋白C-末端的一類生物活性肽，相當于κ-酪蛋白106～116殘基序列的十一肽(Met-Ala-Ile-Pro-Pro-Lys-Lys-Asn-Gln-Asp-Lys)，分別對應于κ-酪蛋白106-112、112-116、113-116殘基序列的小肽也具有抗血栓活性。近年來研究從人乳鐵蛋白中分離出一種具有與纖維蛋白原α-鏈相似結構的四肽KRDS，發現其可抑制血小板凝集。Lee等[47]將大豆蛋白酶解后通過凝膠過濾色譜、反相高效液相色譜、陽離子交換HPLC等從中分離出一種抑制血小板聚合的兩種肽，分別命名為SSGE和DEE，抑制非正常血小板聚合的IC50值分別為480μmol/L和460μmol/L。抗血栓肽的發現和進一步的開發研制為近年來多發的血栓類疾病的預防和治療提供了新的手段。

1.5 減肥肽

肥胖是引發心血管疾病的又一因素，常與胰島素和脂肪代謝異常有關。在影響肥胖的膳食因素中，蛋白質是最能引起飽腹感的常量營養素，同時攝食蛋白質比攝食脂肪和糖類更能促進能量代謝，但不同來源的蛋白質對降低體重和改善心血管狀況的影響不同。大豆蛋白、酪蛋白及乳清蛋白都表現出減肥或抑制食欲的功能，且大豆蛋白效果優于后兩者。蛋白質抑制食欲的機理還不明確，但有研究顯示，膳食蛋白質在消化過程中釋放的肽可產生幾種厭食信號從而抑制食物的攝入。肽類誘導飽腹感的產生主要通過調節阿片樣受體和膽囊收縮素(CCK)A受體的活性。阿片樣活性肽可延遲胃排空及抑制消化物在小腸內的推進；CCK的分泌引起膽囊的強烈收縮，同時促進了膽汁酸化，從而促進膽固醇排泄，由于CCK的大量分泌刺激了神經系統而調節下丘腦中樞飽覺區，因而導致受試者或動物攝食量減少。

研究報道大豆蛋白肽對降低身體脂肪含量和食物攝入的作用較完整的大豆蛋白更為顯著，這說明大豆蛋白水解物具有重要的降低體重作用，而模擬大豆蛋白和酪蛋白的氨基酸混合物對刺激黏膜細胞CCK的釋放沒有顯著效果[48]。這些結果說明飽腹感的產生是由于肽的作用。Nishi等[49]認為高活性肽由于蛋白質來源不同，其適合的肽鏈長度也不同，較小的大豆短肽對CCK的產生效果較明顯，而更大的酪蛋白水解肽則更利于CCK的釋放。Nishi等[50]還分離出序列為VRIRLLQRFNKRS的抑制食欲肽，對應于β-伴大豆球蛋白的51～63殘基序列，可直接刺激腸黏膜細胞分泌CCK，對幾種合成短肽模型的研究發現精氨酸殘基的大量存在是CCK釋放的必要條件。酪咖肽和酪蛋白糖巨肽是水解牛乳酪蛋白產生的具有饑餓調節功能的生物活性肽。具有阿片樣活性的酪咖肽與特定的阿片受體結合來調節胃腸動力并抑制食物的攝入。酪蛋白糖巨肽是к-酪蛋白C末端的106～169氨基酸殘基片段，可產生CCK釋放活性，因此是一種食欲抑制劑。

2 展 望

心血管疾病是一種世界范圍內的公眾健康疾病，生物活性肽已經顯示出對心血管健康的積極效應，因此生物活性肽在保護人體健康方面將起到重要作用。食物源生物活性肽作為一種功能食品，其發展很大程度上依賴于對結構和功能關系的把握，但是目前大部分已發現的生理功能是基于體外或動物模型實驗得到，人體臨床研究則很有限，最佳的攝入水平還未可知。因此對活性肽潛在的治療作用及結構-功能關系的研究值得進一步深入開展。此外，活性肽可作為功能食品或藥品的組成成分，用于改善健康狀況或治療疾病，并最終為個性化營養和健康維護提供參考。

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