海洋貝類活性肽研究進展

蔡康鵬，蔡水淋，吳靖娜，蘇　捷，劉智禹*，肖美添

(1．華僑大學化工學院，福建 廈門 361021；2．福建省水產研究所，國家海水魚類加工技術研發分中心(廈門)，福建省海洋生物增養殖與高值化利用重點實驗室，福建 廈門 361013；3．福建省海洋生物資源開發利用協同創新中心，福建 廈門 361013)

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海洋貝類活性肽研究進展

蔡康鵬1，2，蔡水淋2，3，吳靖娜2，3，蘇捷2，3，劉智禹2，3*，肖美添1*

(1．華僑大學化工學院，福建 廈門 361021；2．福建省水產研究所，國家海水魚類加工技術研發分中心(廈門)，福建省海洋生物增養殖與高值化利用重點實驗室，福建 廈門 361013；3．福建省海洋生物資源開發利用協同創新中心，福建 廈門 361013)

海洋貝類含有豐富的、結構多樣的生物活性肽。研究發現這些生物活性肽具有多種生理調節功能，已經發現的有抗氧化、抗腫瘤、抗高血壓、抑菌和抗凝血等生物活性。酶解法制備海洋貝類活性肽已成為當前國內外研究的熱點。本文綜述了在制備、分離和純化海洋貝類活性肽過程中的相關技術，概述了海洋貝類活性肽的活性及其結構鑒定方法，并就有關海洋貝類活性肽研究開發過程中存在的一些問題做了簡要討論。

海洋貝類；活性肽；制備

生物活性肽是蛋白序列內不活動的特定蛋白質片段，這個特定蛋白質片段可通過胃腸消化或食品加工從親本蛋白中釋放出來，并表現出多種生物功能活性，在機體生命活動中起著重要作用[1]。生物活性肽是由兩個或兩個以上氨基酸縮合而成的，一般具有2～20個氨基酸殘基，分子量一般小于6 000Da[2]。生物活性肽的結構特性(氨基酸組成及序列)影響活性肽的活性，使得生物活性肽表現出多種生物活性，例如抗氧化、抗腫瘤、抗高血壓、抑菌和抗凝血等[3]。我國海洋貝類種類豐富，產量居世界之首，2014年產量達1 341.67×104t。海洋貝類肉質肥嫩，鮮美可口，含有大量的蛋白質、氨基酸、多糖等營養物質，是一種經濟價值極高的海洋生物[4]。大多數情況下，海洋貝類僅僅被加工成食品，品種單一，產品附加值低。運用酶解技術從海洋貝類或其加工副產物中提取具有生物功能活性的多肽，高值化利用海洋貝類資源，可獲得更好的經濟效益。近年來，從海洋貝類中獲取生物活性肽的研究受到了廣泛關注。

1　海洋貝類活性肽制備

1.1提取

海洋貝類不僅是一種美味的食材，其還可作為提取貝類生物活性肽的重要原料。提取生物活性肽的方式主要有酶解法、發酵法和化學合成法等[3，5]。相較于其他幾種方法，酶解法具有反應條件溫和、反應過程易控、對底物專一性強、成本低廉等優點[6]。由于海洋貝類中的天然活性肽含量較低，難以實現大批量生產。當前，海洋貝類活性肽的主要來源是通過蛋白酶對海洋貝類肌肉進行酶解制得。常用的蛋白酶主要有胃蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、風味酶和堿性蛋白酶等，若這幾種蛋白酶的酶解條件相同，則可同時加入進行酶解；若酶解條件不同，則可進行單酶酶解或幾種酶分步進行酶解[7]。ZhangZ等[8]使用中性蛋白酶和胰蛋白酶雙酶同時酶解牡蠣蛋白，得到具有抗氧化活性的多肽。YangY-f等[9]選用四種蛋白酶酶解菲律賓蛤仔，以水解度和抗氧化活性為指標，最終選定胰蛋白酶對菲律賓蛤仔進行酶解。由于蛋白酶具有特異性的酶切位點，利用何種蛋白酶酶解將決定最終獲得的多肽肽段的組成，從而影響到獲得的多肽的生物活性及其強弱，因此選酶過程極為重要，應當根據每種酶的特異酶切位點特性，結合所欲獲得的目標多肽的活性進行酶種類的篩選。大多數蛋白酶對溫度和pH比較敏感，不同的溫度和pH條件下，蛋白酶活力不同，進而酶解效果也迥然各異。蛋白質在水解過程中會釋放H+，促使溶液pH降低，因此在蛋白質水解過程中常利用堿溶液調節溶液pH至蛋白酶最適反應pH；酶解過程中，溫度也應保持在蛋白酶最適反應溫度[10]。酶解時間是酶解工藝的另一重要考察因素，可控制在1～24h內，酶解時間與多肽分子量大小成反比關系。在大多數情況下，某一個時間點多肽活性最高，當進一步延長酶解時間，多肽活性降低[1，11]。因為一些已經產生的具有生物活性的多肽會進一步降解為沒有活性的肽片段。因此在考察酶解時間因素時，應以目的活性為考察指標，這樣才能最終獲得高活性的目標產物。WangB等[12]在酶解藍貽貝蛋白實驗中，以2，2-二苯基-1-苦肼自由基清除能力(DPPH清除率)為指標，確定酶解時間為3h時活性最高，進一步延長酶解時間，抗氧化肽活性降低。因此，選擇合適的酶解時間尤為重要。

1.2分離純化

由于多肽提取物成分復雜，其中活性肽的含量甚微，因此分離純化是生物活性肽制備工藝中很重要的一個環節。常見的多肽分離純化方法有超濾法(Membraneultrafiltration)和色譜法(Chromatography)[13]。

超濾是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特制薄膜，使得水中的懸浮物、膠體、微粒、細菌和病毒等大分子溶質不能透過，留在膜的一側，從而達到分離效果，使物質得到了部分純化[14]。常見的超濾膜截留分子量有1、3、5和10kDa四種，在純化過程中可選用一種或多種超濾膜，即可獲得兩種或多種分子量范圍的超濾組分。水解產物首先通過截留分子量最大的超濾膜，然后繼續將透過液通過截留分子量更小的超濾膜，這個分離過程也可顛倒，即從最小截留分子量的超濾膜開始，以通過最大截留分子量的超濾膜結束[15-16]。超濾過程中，往往有一些分子量小于超濾膜截留分子量的組分遺留在截留液中，或者一些分子量大于超濾膜截留分子量的組分透過超濾膜進入透過液中，使得超濾效率不能達到100%。在蛋白純化的實驗過程中，常采用超濾法將蛋白水解液粗分離成幾個分子量范圍不同的組分，然后采用色譜法進一步純化得到目標產物。TsaiJ等[17]采用超濾法，從海瓜子水解液分離出分子量<5kDa的組分，進一步采用凝膠色譜法純化該組分，得到一種具有高ACE抑制活性的多肽。在蛋白純化過程中，僅僅依靠超濾法進行純化是遠遠不夠的，在后續的純化工作中往往還需要采用色譜法對目標多肽進行純化。

快速蛋白液相色譜法(Fastproteinliquidchromatography，FPLC)和反相-高壓液相色譜法(Reversephase-highpressureliquidchromatography，RP-HPLC)是蛋白分離純化的兩個主要柱色譜方法。常用的FPLC方法主要有凝膠過濾色譜法(Gelfiltrationchromatography，GFC)和離子(陽離子和陰離子)交換層析法(Ionexchangechromatography，IEC)[18-20]。GFC原理是利用蛋白分子量大小不同而分離蛋白，起到分子篩的作用，其具有實驗條件溫和、柱填料可重復使用的特點；IEC利用被分離組分與固定相之間發生離子交換的能力差異來實現分離多肽，樣品處理量較大，但分離效果較差，一般用于多肽粗分離。RP-HPLC是利用多肽的疏水性，在不同介質條件下，使不同性質的多肽分離，具有高效、快速和高回收的特點，在分離和制備多肽上具有獨特的優越性，其缺陷在于其操作復雜、費用昂貴、而且樣品處理量少，適用于多肽精細分離純化[21-25]。綜合考慮上述幾種色譜分離方法的優缺點，蛋白水解產物常通過超濾法或FPLC進行初步分離，進一步采用RP-HPLC純化。ChiC-F等[26]采用FPLC初步分離血蚶多肽，并同時做活性研究，將活性最高的組分進一步通過RP-HPLC純化，最終獲得兩個高純度、具有抗氧化和抗腫瘤活性的多肽。ParkSY等[27]依次采用GFC和RP-HPLC從紫貽貝酶解液中分離純化得到分子量依次為860.09、1 004.57和1 074.54Da的三個高純度抗氧化活性肽。

2　海洋貝類肽活性分析

眾所周知，海洋貝類是一種美味的食材；此外，其還可作為提取貝類生物活性肽的重要原料。越來越多的科學機構的研究證據表明，從海洋貝類肽中獲得的生物活性肽可促進人體健康，這些多肽已被證明具有抗氧化、抗高血壓、抗腫瘤、抑菌和抗凝血等生物活性[28]。

2.1抗氧化活性

抗氧化是抗氧化自由基的簡稱。人體因為與外界的持續接觸，呼吸、空氣污染、輻射和飲食等因素都會使體內不斷生成自由基[29]。適量的自由基在體內發揮重要作用，然而過量的自由基會導致細胞損傷，引起多種疾病，如動脈粥樣硬化、癌癥和關節炎等[30]。許多研究已表明，抗氧化肽，一般具有5～16個氨基酸殘基，通過清除自由基、抑制脂質過氧化或螯合過渡金屬離子達到抗氧化目的[31]。海洋貝類水解液主要是由多肽和氨基酸組成的混合物，其中含有抗氧化活性多肽。LeiD-q等[32]考察了牡蠣酶解液對三價鐵離子的還原能力和DPPH清除能力，證明了牡蠣酶解液具有一定的抗氧化能力。抗氧化肽，實際上是指從蛋白水解液中分離純化出來的具有高純度、抗氧化活性的多肽組分，而不是蛋白水解液，其抗氧化能力比蛋白水解液更強。LiR等[33]從雜色蛤酶解液中純化得到一個分子量為575.45Da的抗氧化肽，該抗氧化肽的抗氧化能力比雜色蛤酶解液的更強。

2.2抗高血壓活性

腎素和血管緊張素轉換酶(Angiotensin-convertingenzyme，ACE)是兩種調節哺乳動物血壓的酶。ACE是一種二肽羧基酶，能夠作用于腎素-血管緊張素系統(Renin-AngiotensinSystem，RAS)和激肽釋放酶-激肽系統(Kallikrein-KininSystem，KKS)，對哺乳動物中血壓、流體和鹽平衡起非常重要的作用。在RAS系統中ACE能將血管緊張素Ⅰ轉變成血管緊張素Ⅱ(使血管收縮，血壓上升)，從而引起血壓上升；在KKS系統中，ACE能作用于緩激肽(使血管舒張，血壓下降)，使緩激肽失去活性，引起血壓上升[34]。因此，當人體血壓過高時，可通過使用抑制ACE劑來降壓[35]。某些海洋貝類肽能夠抑制ACE活性，這些活性多肽通常是加密在親本蛋白的一級結構中，只有當其被釋放出來后才會表現出抗高血壓活性。JWang等[36]選用胃蛋白酶酶解牡蠣蛋白，從牡蠣蛋白中釋放出來ACE抑制肽，并采用GFC和RP-HPLC分離純化牡蠣蛋白酶解液得到高純度的牡蠣ACE抑制肽。目前，許多人造ACE抑制劑，如卡托普利、賴諾普利和依那普利等已用作藥物治療高血壓，這些人造ACE抑制劑在治療高血壓的同時還給病人帶來很強的副作用，如咳嗽、皮疹和血管性水腫等[37]。相比人造ACE抑制劑，海洋貝類來源的ACE抑制肽具有成本低、活性高、易吸收和安全健康等優點，應用前景廣闊。

2.3抗腫瘤活性

癌癥是全世界高發病率和高死亡率的疾病之一。手術治療、放射治療和化學療法等傳統的癌癥治療手段雖然能起到治療癌癥的作用，但其本身具有一定的局限性，如傳統的癌癥治療手段對腫瘤細胞選擇性不強，在殺死腫瘤細胞的同時不可避免地損傷正常細胞，損害患者身體健康；大量使用放療、化療藥物使腫瘤細胞產生耐藥性，增加癌癥治療難度；在腫瘤細胞發生惡性轉移時，傳統的癌癥治療手段不能準確識別惡性腫瘤細胞，很難徹底治愈癌癥[38]。新型癌癥治療方法(免疫細胞治療、晝夜節律化療、光動力學療法和聲動力學療法等)的研究已取得一定的成果，但在臨床應用方面還不成熟或尚處于研發階段[39-41]。針對傳統癌癥治療手段局限性和新型癌癥治療方法不成熟性的情況，研究學者開始致力于開發具有低毒性、高特異性與不易形成耐藥性等優點的抗癌藥物。經過長期不斷的探索和實驗研究，學者發現海洋貝類肽具有很好的抗腫瘤效果，該多肽抗腫瘤特異性強且毒副作用小[28]。HeeCheong等[42]以前列腺腫瘤細胞PC-3衰亡率為指標，選用八種蛋白酶酶解太平洋牡蠣，對酶解液進行純化得到氨基酸序列為His-Phe-Asn-Ile-Gly-Asn-Arg-Cys-Leu-Cys的抗腫瘤多肽。KimEK等[43]聯用多種純化技術從菲律賓蛤仔中分離得到一種抗前列腺癌多肽。LvS等[44]從泥蚶內臟中分離提取到純度為99.0%、分子量為20.320kDa的抗腫瘤活性多肽，該多肽同時對四種人體腫瘤細胞具有抑制作用。與研究開發一種新型抗腫瘤藥物相比，從海洋貝類或其加工副產物中提取具有抗腫瘤的生物活性肽不但具有較高的安全性并且可獲得更好的經濟效益，其耗時往往也較短。將海洋貝類轉變成具有抗腫瘤活性的海洋貝類肽，可實現海洋貝類資源深加工，高值化利用海洋貝類已引起研究學者的廣泛關注。

2.4其他生物活性

有些海洋貝類活性肽還具有抑菌和抗凝血活性。抗菌肽具有廣譜抗菌活性，不僅能夠高效殺死細菌，對部分真菌、原蟲、病毒和癌細胞等也具有強有力的殺傷作用。抗菌肽具有較好的穩定性以及水溶性，且對正常細胞無毒害。20世紀80年代，人們就開始對抗菌肽進行研究，研究方向逐漸從陸地上的昆蟲、哺乳動物和植物轉移到海洋中的魚類、軟體動物和甲殼類等。近幾年來，海洋貝類來源的抗菌肽也備受關注。EstariM和MittaG等[45-46]均從貽貝中提取得到了抗菌肽。抗凝血肽是通過影響凝血過程中的某些凝血因子阻止凝血過程的活性多肽，可用于防止血栓形成，預防中風。JungW-K等[47]從紫貽貝肉中獲得分子量為2.5kDa的強效抗凝血肽，該肽具有劑量依賴性，可以延長凝血酶和活化部分凝血活酶時間，從而使得機體抗凝血功能增強。

3　多肽結構鑒定

多肽的結構、氨基酸組成和序列對生物活性肽的活性具有很大影響。雖然常見的氨基酸僅有20多種，但是由這20多種氨基酸組成的蛋白質卻有成千上萬種，這些蛋白質的生理功能也不同。因此我們有必要對純化的多肽組分進行結構分析，確定其結構-活性之間的關系。目前，多肽氨基酸測序方法主要采用質譜分析儀(Massspectrometry，MS)[48]。快速原子轟擊質譜(Fastatombombardment-massspectrometry，FAB-MS)、電噴霧質譜(Electrosprayionization-massspectrometry，ESI-MS)和基質輔助激光解析電離飛行時間質譜(Matrixassistedlaserdesorptionionization-timeofflight-massspectrometry，MALDI-TOF-MS)是分析多肽結構最常用的三種質譜方法[49]。FAB-MS可測定N端有封閉基團的多肽氨基酸序列，多肽樣品用量少，操作方便。ESI-MS測定樣品多肽序列時，樣品是以溶液的形式導入，這一特點使得ESI-MS可以與RP-HPLC連用，可在線檢測出HPLC上分離出的每一個多肽組分的分子量[50]。ChiC-F等[26]在制備血蚶多肽的研究中采用蛋白/多肽測序儀和ESI-MS分析鑒定了兩個產物的氨基酸序列，這兩個產物的氨基酸序列分別為色氨酸-脯氨酸-脯氨酸和谷氨酰胺-脯氨酸。MALDI-TOF/TOFMS在測定多肽氨基酸序列的同時也可測定其分子量，操作簡單、快速[51]。現今，多肽純化工藝往往將分離純化技術和結構序列分析方法結合使用，逐級分離，達到優勢補充，使得實驗結果更具有可信度。

4　海洋貝類活性肽開發過程中的問題及展望

海洋貝類的酶解液組分復雜，雜質較多，分離純化得到單一生物活性肽組分比較困難。雖然多肽的分離純化方法很多，但由于多肽之間具有很多相似性，現有的分離純化方法很難分離出單一多肽組分。

4.1純化

由于海洋貝類蛋白原料成分復雜，要得到純多肽組分必須進行多步純化步驟，聯合幾種純化方法才能達到目的，然而每一步純化都不可避免地造成多肽的損失，純化步驟越多，即便最后得到較純的多肽組分，由于收率效果不理想，也將限制其下一步在活性評價(體外活性及體內活性)上的研究應用。目前多肽純化的主要的瓶頸在于純化的回收率還偏低，純化步驟過多，而且尚無單一、高效的純化技術的相關報道。未來在多肽純化工藝研究中，應該更注重其分離純化工藝的優化，包括在樣品的前處理上，而且應盡可能組合最高效的純化技術，以減少多肽損失率。

4.2安全風險

雖然研究學者對海洋貝類肽的生物活性做了很多研究，并做了小鼠體內實驗，但還未考察這些海洋貝類來源生物活性肽在人體中的效果，還未確證在人體中是否會有不良副作用。因此，在今后的活性研究中，研究人員應注重考察生物活性肽在人體中的效果及安全性。

4.3貝類加工副產物高值化利用

海洋貝類因其特殊的生存環境，使得海洋貝類蛋白與陸地生物蛋白存在很大的差異，酶解獲取的生物活性肽具有一定的特異性。我國海洋貝類資源豐富，種類繁多，若能加大對海洋貝類活性肽的制取研究力度，提高海洋貝類蛋白的酶解效率和生物活性肽的制備能力，實現海洋貝類的高值化利用，增強我國貝類活性肽開發利用的國際競爭力。同時，在貝類加工過程中會產生大量副產物，如蒸煮液、不合格的肌肉和內臟等，這些貝類加工副產物含有豐富的蛋白質、多肽、氨基酸等營養物質，既可以被加工成為美味的調味產品，也可從中提取獲得生物活性物質，是一種不可多得的資源。通常生產企業將貝類加工副產物當作廢物直接排放入海，既造成資源浪費又污染環境。查閱近幾年相關文獻，有關以貝類加工副產物為原料提取活性物質方面的研究較少，在資源緊張的如今，充分利用這些貝類加工副產物具有非常重要的意義。

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[51]YanoM，NagaiK，MorimotoK，etal.Shematrin：afamilyofglycine-richstructuralproteinsintheshellofthepearloysterPinctada fucata[J].ComparativeBiochemistryandPhysiologyPartB：BiochemistryandMolecularBiology，2006，144(2)：254-262.

Functional and bioactive properties of marine shellfishderived peptides：a review

CAI Kangpeng1，2，CAI Shuilin2，3，WU Jingna2，3，SU Jie2，3，LIU Zhiyu2，3*，XIAO Meitian1*

(1.SchoolofChemicalEngineering，HuaqiaoUniversity，Xiamen361021，China；2.KeyLaboratoryofCultivationandHigh-valueUtilizationofMarineOrganismsinFujianProvince，NationalResearchandDevelopmentCenterforMarineFishProcessing(Xiamen)，FisheriesResearchInstituteofFujian，Xiamen361013，China；3.FujianCollaborativeInnovationCenterforExploitationandUtilizationofMarineBiologicalResources，Xiamen361013，China)

Marineshellfisharerichofsourcesofstructurallydiversebiofunctionalpeptides.Researchesshowedthatthosebiofunctionalpeptidesmaysignificantlypromotehumanhealth.Thebioactivepeptidesderivedfrommarineshellfishhaveavarietyofphysiologicfunctions，andtheyhavebeenreportedtohaveantioxidative，antitumor，antihypertension，anticoagulationandanticoagulationactivities.Nowadays，moreandmoredomesticandoverseasresearchinstitutionsareinterestedinthepreparationofbioactivepeptidesfrommarineshellfishbyenzymatichydrolysis.Thisreviewsummarizescurrenttechnologiesusedinthepreparation，separationandpurificationtechnologiesofbioactivepeptidesfrommarineshellfish.Itoutlinestheactivitiesandmethodsofstructuralidentificationofmarineshellfish-derivedbioactivepeptides.Finally，somequestionsabouttheresearchofbioactivepeptidesfoundinmarineshellfisharebrieflydiscussed.

marineshellfish；bioactivepeptides；preparation

2016-03-06

國家海洋公益性行業科研專項 (201405016)；福建省科技重大專項 (2014NZ0001-1)；廈門市海洋經濟創新發展區域示范項目(12CZP001SF02)；福建省海洋高新產業發展專項項目；華僑大學科研創新基金.

蔡康鵬(1992-)，男，碩士研究生， 研究方向:生物化學工程.E-mail:1360116792@qq.com

劉智禹，E-mail：negroliu@163.com；肖美添，E-mail：mtxiao@hqu.edu.cn

Q51

A

1006-5601(2016)02-0157-08

依托平臺：海洋經濟創新發展區域示范項目(12PYY001SF08)；福建省海洋經濟創新發展區域示范項目(2014FJPT01)；廈門南方海洋研究中心項目(14PZY017NF17).