羅非魚魚皮肽的體外ACE抑制活性、消化性及分子對接對比

陳佳麗，楊勝濤，蕭振邦，千忠吉,3

羅非魚魚皮肽的體外ACE抑制活性、消化性及分子對接對比

陳佳麗1，楊勝濤1，蕭振邦2，千忠吉2,3

（1. 廣東海洋大學食品科技學院，廣東 湛江 524088；2. 廣東海洋大學化學與環境學院，廣東 湛江 524088；3. 廣東海洋大學深圳研究院，廣東 深圳 518108）

【】分析羅非魚魚皮多肽LSGYGP的ACE抑制活性、胃腸道消化穩定性以及與降壓藥卡托普利在分子對接的對比。用HHL法測定多肽的IC50值和抑制模式，測定多肽在模擬胃腸道消化中的穩定性，MTT法檢測細胞活力，Western blot法檢測誘導型一氧化氮合酶（iNOS）、環氧合酶-2（COX-2）、內皮素-1（ET-1）等蛋白表達情況，將多肽、卡托普利分別與ACE進行分子對接對比分析。LSGYGP的半抑制率（IC50）值為2.57 μmol/L，表現為混合非競爭性抑制，4 h內模擬胃腸道消化較為穩定；MTT法驗證多肽LSGYGP對HUVEC細胞無毒性作用（> 0.05），且能明顯提高Ang II誘導組的HUVEC細胞活力（< 0.01）；與對照組相比，隨實驗組多肽濃度增加，iNOS、COX-2和ET-1的表達明顯逐漸減少（< 0.001）。對接結果表明，氫鍵是LSGYGP與ACE結合結構中的支撐力，而卡托普利通常與ACE的Zn2+離子形成緊密結合的相互作用。消化穩定的羅非魚魚皮多肽可明顯抑制血管收縮因子和炎癥因子的表達，展現了較好ACE抑制活性，LSGYGP與卡托普利的活性差異可能是由于ACE分子對接的作用力不同，這些可作為研發少副作用ACE抑制劑的藥理基礎。

羅非魚魚皮多肽；HUVEC；模擬胃腸道消化；分子對接

高血壓作為導致高死亡的心血管疾病之一，它會影響動脈粥樣硬化、心肌梗塞以及其他心血管疾病的發病率及發病過程，從而影響患者的行為能力和生活質量[1]。原發性高血壓作為病因尚未明確的一類高血壓，有研究發現它可能與血管內皮細胞中炎癥細胞因子和氧化應激引起的血管內皮功能障礙的機制相關[2]，目前一些公認療效較好的抗高血壓藥物被發現存在抗氧化和抗炎活性[3]。如今，高血壓最常見的治療方式是ACE抑制劑，它已成為主要靶點[4]。以卡托普利為代表的血管緊張素轉換酶抑制劑（ACEI）是市面上常用的降壓藥，降壓效果顯著，對血脂和血糖的代謝沒有影響，但卻有咽癢干咳、心悸、腎損害等不良反應[5]，因此從其他來源尋找天然少副作用的藥物替代品是現階段研究的熱點。

在我國羅非魚（）產量逐年增加，但在羅非魚片加工過程中存在大量的廢物，魚骨和皮膚中約有80％的蛋白質未得到充分利用[6]。特別是羅非魚的鱗片和皮膚中的明膠和膠原蛋白，它可以水解成優良的生物活性肽和營養食物資源。生物活性肽（2~50個氨基酸殘基）已逐漸成為重要的食藥資源，文獻報道羅非魚魚骨和皮膚中的2種蛋白質可能是抗高血壓肽的前體[7]，且羅非魚肽具有抗氧化[8]、抗高血壓[9]、抗光老化[10]等活性。羅非魚魚皮明膠多肽Leu-Ser-Gly-Tyr-Gly-Pro（LSGYGP）在之前研究[10]中已被分離純化，其分子質量為592.26 u，但其降壓活性和機理尚未見報道。因此，本研究通過HHL法測定ACE抑制率、Western blot法檢測相關血管收縮因子表達情況，分析LSGYGP的ACE抑制活性，并對多肽進行模擬胃腸道消化研究，將多肽與降壓藥卡托普利進行分子對接對比，以期為新型降壓藥物的設計、合成與發展提供理論基礎，同時為開發高附加值羅非魚產品開辟新途徑。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗試劑與細胞株 人血管緊張素轉換酶（ACE，EC 3.4.15.1）、馬尿酰-組氨酰-亮氨酸（HHL）、卡托普利、四甲基偶氮唑鹽（MTT）購于美國Sigma公司；胃蛋白酶（源于豬胃）、α-胰凝乳蛋白酶（源于豬胰臟）購于上海阿拉丁有限公司。羅非魚魚皮多肽LSGYGP由丹港生物科技公司合成，其純度為98%，保存溫度≤-20 ℃。人臍靜脈內皮細胞HUVEC購于蘇州北納創聯生物技術有限公司；DMEM高糖培養基、胰蛋白酶、青霉素/鏈霉素購于美國Hyclone公司；胎牛血清FBS購于美國Gibco公司。BCA蛋白試劑盒、預染蛋白marker購于上海Thermo Scientific有限公司；細胞裂解液、PMSF、5X蛋白上樣緩沖液等購于上海碧云天生物技術有限公司；一抗鼠源iNOS、COX-2、ET-1、二抗羊抗鼠IgG購于Santa Cruz生物技術公司；0.22 μm硝酸纖維素膜NC膜和ECL化學發光液購于GE Amersham公司。

1.1.2 儀器和設備 二氧化碳培養箱，松下健康醫療器械株式會社；超凈工作臺，蘇潔醫療器械（蘇州）有限公司；倒置顯微鏡，廣州吉迪有限公司；酶標儀，Bioteck儀器公司；小型垂直電泳槽、電轉槽，Bio-Rad公司；搖床，SCILOGEX公司；金屬浴，上海一恒公司；全自動化學發光成像分析系統，上海天能科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 HHL法測定ACE抑制率 ACE抑制率的測定使用修改后的Cushman等[11]方法。將各種濃度的LSGYGP溶液（0.25、0.50、1.00、2.50、5.00 μmol/L，各50 μL）和ACE溶液（25×10-3U/mL，50 μL）在37 ℃下水浴10 min，然后加入150 μL 25 mmol/L HHL底物在37 ℃下水浴反應1 h，加入250 μL 1 mol/L HCl終止反應。用500 μL乙酸乙酯震蕩提取生成的馬尿酸，以3 000 r/min條件離心10 min，將200 μL上清液置于110 ℃的干燥烘箱中直至溶液完全蒸發。將殘余物溶解在1 mL蒸餾水中，并使用酶標儀在228 nm下測量其UV光譜密度。ACE抑制率（％）通過以下等式計算：

ACE抑制率=（C-）/（C-B）×100%，

其中，C是無樣品的光密度，是ACE和樣品存在時的光密度，B是空白（在HHL之前加入鹽酸以提前終止反應）的光密度。

1.2.2 ACE抑制模式的測定 根據Bush等[12]的方法稍作修改，將不同濃度（0.25、0.50、1.00、2.50和5.00 μmol/L）的LSGYGP添加到混合物中測量抑制率，用GraphPad Prism 5.0軟件制作Lineweaver-Burk圖[13]，從而分析LSGYGP的抑制模式。

1.2.3 模擬胃腸道消化 根據前人方法[14]，將酶與底物質量比為1∶100的胃蛋白酶加入到含有20 mg/mL的羅非魚魚皮多肽的緩沖溶液中（pH 2.00）。混合后在37 ℃下振蕩孵育2 h，用飽和NaHCO3溶液將pH值調節至5.30，加入α-胰凝乳蛋白酶（酶與底物質量比1∶100），用1 mol/L NaOH將pH調節至7.00，混合后再次在37 ℃下振蕩孵育2 h。最后，將肽消化液在沸水中加熱10 min致酶失活。收集肽消化溶液用于進一步測定蛋白質水平，按照BCA蛋白質測定試劑盒的說明進行操作。水解度DH（％）通過以下等式計算：

DH =[1 -（C-）/C]×100％，

其中，C是未加酶的消化液光密度值，是肽和酶存在下消化液的光密度值。

1.2.4 細胞培養與分組 將HUVEC細胞放在體積分數10%FBS、1%青霉素/鏈霉素的DMEM中于37 ℃、CO2氣體百分比為5%的空氣環境中培養。對細胞設置空白組（B：細胞+培養基）、對照組（C：細胞+培養基+ 1 μmol/L Ang II）、實驗組（細胞+培養基+ 1 μmol/L Ang II+不同濃度LSGYGP）。

1.2.5 MTT法檢測樣品毒性 通過MTT法測定評估細胞毒性，HUVEC細胞按細胞數1×104/孔接種于96孔板中貼壁后，加入1、2、5、10 μL的1 mmol/L LSGYGP（使其在100 μL培養基中的終濃度為10、20、50、100 μmol/L）孵育24 h。棄去培養基，向每孔加入100 μL 1 mg/mL MTT溶液，放入培養箱中避光培養4 h。小心吸取MTT溶液，然后再向每孔加入100 μL DMSO溶液（純度 > 99.50%），搖床上避光搖晃10 min以充分溶解生成的甲瓚晶體，使用酶標儀測定（540 nm）。

1.2.6 LSGYGP對Ang II誘導HUVEC的保護作用 通過MTT法測定評估細胞毒性，HUVEC細胞按細胞數1×104/孔接種于96孔板中貼壁后，加入1、2、5、10 μL的1 mmol/L LSGYGP（使其在100 μL培養基中的終濃度為10、20、50、100 μmol/L）預處理1 h，后加入1 μL 1 mmol/L Ang II孵育24 h[15]。棄去培養基，向每孔加入100 μL 1 mg/mL MTT溶液，放入培養箱中避光培養4 h。吸取MTT溶液，向每孔加入100 μL DMSO溶液（純度 > 99.50%），搖床上避光搖晃10 min以充分溶解生成的甲瓚晶體，使用酶標儀測定（540 nm）。

1.2.7 Western blot法檢測相關蛋白表達 調整六孔板中HUVEC細胞密度為5×106個/孔，細胞分組處理同上。24 h后，棄培養液，用50~100 μL RIPA細胞裂解液（內含10 mmol/L苯甲基磺酰氟PMSF）于離心管中裂解刮下來的細胞，充分吹打細胞，移取上清液。檢測蛋白濃度后，分別用不同體積分數的SDS-PAGE凝膠分離蛋白（體積分數8%的膠分離130 ku的iNOS；體積分數10%的膠分離72 ku的COX-2、42 ku的β-actin和24 ku的ET-1），根據所測的蛋白濃度調整蛋白上樣量為20~40 μg，加入上樣緩沖液95 ℃加熱10 min使得蛋白變性。上樣后調節電壓為80 V電泳20 min，后調節電壓120 V電泳80 min。采用濕轉法電流恒流300 mA，轉膜1 h。將NC膜轉移至孵育盒，加入質量分數為5%的脫脂奶粉，室溫封閉2 h，用TBST溶液洗滌NC膜3次，每次10 min，按照1∶1000比例稀釋一抗，過夜孵育。吸棄一抗，再洗3次，按照1∶5000比例稀釋二抗。吸棄二抗，用TBST溶液洗膜3次。將ECL化學發光液試劑盒中的A、B液按1：1均勻混合，用Tanon化學發光工作站進行拍照。

1.2.8 分子對接模擬 從蛋白質數據庫（http:// www.rcsb.org）下載ACE的天然晶體結構（PDB代碼：1O8A）和卡托普利（PDB代碼：1UZF）的晶體復合結構。用Discovery Studio 3.5 模塊CDOCKER將配體分子與受體活性位點進行對接。首先采用高溫動力學方法隨機搜索小分子構象，然后通過模擬退火方法優化受體活性位點區域的各構象，使對接結果更加準確；導入多肽模型，并進行相關優化（加氫，加CHAEMm力場和Momany-Rone電荷，并進行結構優化）；對受體1O8A進行相關優化（加氫，加CHAEMm力場和Momany-Rone電荷，并進行結構優化），通過軟件識別活性中心并進行定義；進行CDOCKER對接研究。

1.3 統計學分析

所有實驗平行實驗3次。數據處理分析和作圖使用Graphpad Grism 5.0、Image J軟件，測定結果以平均值 ± SD表示，顯著性使用ANOVA及t-test分析。#表示與空白組比較，< 0.001；與對照組比較，*表示< 0.05，**表示< 0.01，***表示< 0.001。

2 結果與分析

2.1 ACE抑制活性及IC50值

圖1中由HHL實驗可以得知，LSGYGP的ACE抑制率隨其濃度的增加呈劑量依賴性趨勢，且IC50值經過計算為2.57 μmol/L。

2.2 ACE抑制模式

由圖2可以看出，三條直線的交點既不在軸也不在軸上，隨著LSGYGP的濃度增加，m（軸截距的倒數）增加而最大反應速率降低。這表示LSGYGP屬于混合非競爭性抑制模式，且與Heo等[16]研究一致。

2.3 不同時間下LSGYGP胃腸道消化結果

圖3表明在4 h的胃腸道消化過程中，隨著時間增加經過胃酶和胰酶處理，樣品肽的水解度整體增高但不高于25%。這說明LSGYGP在4 h的胃腸道消化中較為穩定，具有良好的消化穩定性。

圖1 LSGYGP的ACE抑制率及IC50值

圖2 雙倒數曲線圖分析LSGYGP的ACE抑制模式

圖3 不同時間處理對LSGYGP消化的影響

2.4 細胞毒性實驗

如圖4所示，不同濃度處理組的LSGYGP對HUVEC細胞活力無明顯影響（> 0.05），說明羅非魚魚皮多肽LSGYGP在10~100 μmol/L范圍內對HUVEC細胞無毒性作用，可選擇該范圍的濃度用于后續實驗。

圖4 不同濃度LSGYGP對HUVEC細胞相對活力的影響

2.5 LSGYGP對Ang II誘導的HUVEC細胞的保護作用

圖5所示，與空白組相比，Ang II的刺激明顯降低細胞活力（< 0.001），20 μmol/L LSGYGP的加入可明顯提升細胞活力（< 0.05），50 μmol/L以上的LSGYGP可使細胞相對活力顯著提高（< 0.01）且呈濃度依賴性。實驗結果表明，在10~100 μmol/L濃度范圍內，羅非魚魚皮多肽對Ang II誘導的HUVEC細胞表現了明顯保護作用。

#表示與空白組比較，P < 0.001；與對照組比較，*表示P < 0.05，**表示P < 0.01

2.6 LSGYGP對Ang II誘導后HUVEC細胞血管收縮因子的表達情況

由圖6、7可知，分析各組條帶灰度，與空白組相比，Ang II的刺激明顯增加了iNOS、COX-2和ET-1的表達，隨著10、50、100 μmol/L LSGYGP濃度處理，其表達顯著性下調（< 0.001）。

圖6 Ang II誘導后HUVEC細胞iNOS、COX-2、ET-1的表達

#表示與空白組比較，P < 0.001；與對照組比較，***表示P < 0.001

2.7 LSGYGP卡托普利的分子對接對比

圖8（上）所示關于ACE-LSGYGP對接的CDOCKER結果結合能為-90.50 kcal/mol。如圖9（上）所示，LSGYGP與Asn66、Glu143、Tyr523和Gln281產生4個氫鍵，鍵長為2.75×10-10m、2.15×10-10m、2.37×10-10m和2.69×10-10m。圖8（上）中卡托普利與ACE顯示出結合能值為-31.09 kcal/mol，如圖9（下）所示，卡托普利與Arg522、Arg522和His387產生3個氫鍵，鍵長為6.23×10-10m、6.24×10-10m和6.04×10-10m。

上：LSGYGP，下：卡托普利

Top: LSGYGP; Bottom: Captopril

圖8 LSGYGP和卡托普利與ACE對接

Fig. 8 The interaction poses after automated docking with ACE active site

上：LSGYGP，下：卡托普利

Top: LSGYGP; Bottom: Captopril.

圖9 配體與ACE作用的2維圖

Fig. 9 Bi-dimensional（2D）diagrams between ligand and ACE amino acid residues

3 討論

血管緊張素I轉換酶（ACE）作為心血管系統中的一種重要轉換酶，可通過去除血管緊張素I羧基末端二肽His-Leu分解為血管緊張素II（Ang II），以控制強血管收縮因子Ang II的生成[17]。而Ang II作為腎素-血管緊張素系統（RAS）中的關鍵活性肽，可導致血管外周阻力增加，同時使具有血管舒張作用的緩激肽失活，使血管壓力升高，導致內皮損傷[18]。本研究發現羅非魚魚皮肽LSGYGP（IC50= 2.57 μmol/L）顯示出較好的ACE抑制作用，且Lineweaver-Burk圖中發現其屬于混合非競爭性抑制。Mantaka等[19]在羅非魚魚皮水解物中發現IC50為760 μmol/L的ACE肽，Tidarat等[20]在羅非魚魚皮水解物中發現IC50為0.12 μmol/L的ACE肽（MILLLFR），Zhang等[21]在羅非魚魚皮明膠中發現IC50分別為4.61 μg/mL、6.45 μg/mL的ACE肽Glu-Gly-Leu（317.33 u）、Tyr-Gly-Asp-Glu-Tyr（645.21 u）。有文獻總結海洋魚類中的ACE 抑制肽N 端大多含有疏水性氨基酸（如纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸）或堿性氨基酸（如精氨酸、賴氨酸、組氨酸）[22]，研究對比發現低分子量且含有疏水性氨基酸的肽顯現了較好ACE活性，而競爭性抑制劑卡托普利的IC50為9.48 nmol/L[23]，這可能與化學結構和測量方法的不同有關，更有必要探討ACE抑制肽構效關系。

Ang II可以通過血管內皮細胞iNOS的表達來誘導NO產生，并且誘導產生另一種與Ang II類似的血管收縮因子ET-1，導致內皮功能障礙[24]。而這些因子又可以促進對血管內皮細胞的氧化應激，進而導致血管內皮炎癥損傷、高血壓和動脈粥樣硬化[25]。本研究結果中iNOS、COX-2、ET-1經過LSGYGP處理后降低了由Ang II誘導的高表達，證實了這一點。體內藥代動力學參數中卡托普利的半衰期為2~3 h[26]，胃腸道消化實驗發現LSGYGP在4 h模擬胃腸道消化中較為穩定，這進一步表明LSGYGP與卡托普利一樣可經歷至少2 h以上的人體消化。

研究發現具有疏水性氨基酸的ACEIP比親水性更具有活性優勢[27]。LSGYGP通過多個氫鍵與ACE較為穩定地對接，其疏水性氨基酸（Leu和Pro）可能是表現ACE抑制活性的原因，這與Kobayashi之前的研究理論一致[28]。S1、S2和S1′是ACE中的主要活性位點[29]，它們具有不同的殘基：S1口袋（Ala354、Glu384和Tyr523殘基），S2口袋（Gln281、His353、Lys511、His513和Tyr520殘基），S1′（Glu162）[30]。ACE活性位點的四個殘基（S1口袋的Asn66、Glu143、Tyr523和S2口袋中的Glu281）[31]極大地促進了ACE與LSGYGP的相互作用。而卡托普利的硫醇基團在酶的活性位點與催化Zn2+離子形成Pi-硫相互作用，從而呈現出ACE抑制作用。LSGYGP表現出有效的ACE抑制作用，其疏水性氨基酸（Leu和Pro）與ACE產生的氫鍵與卡托普利通過Zn2+形成Pi-硫相互作用來抑制ACE略有不同，可能是兩者活性和抑制模式差異的原因，同時這也是未來研發該ACE抑制肽同時避免傳統降壓藥干咳等副作用的關鍵點。

4 結論

本研究證明魚皮明膠多肽LSGYGP以混合非競爭性抑制展示較好的ACE抑制作用，體外實驗中LSGYGP可降低血管收縮因子和相關炎癥因子的表達，分子對接表明氫鍵是LSGYGP與ACE結合的結構中的支撐力，而卡托普利通常與催化的Zn2+離子形成緊密結合的相互作用。在羅非魚高值化利用背景下，這些結果有助于結合或設計新靶向的ACE抑制劑，可被用于新一代的抗高血壓藥物。

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Study on in Vitro ACE Inhibitory Activity, Digestibility and Molecular Docking Comparison of Tilapia Fish Skin Peptide

CHEN Jia-li1, YANG Sheng-tao1, XIAO Zhen-bang2, QIAN Zhong-ji2,3

（1.,,524088; 2.,,524088; 3.,518108）

【】The ACE inhibitory activity of tilapia skin peptide LSGYGP, gastrointestinal digestive stability and molecular docking comparison with antihypertensive drug captopril were analyzed. 【】The IC50value and inhibition mode of peptide were determined by HHL stability, Stability of peptide in the simulated gastrointestinal digestion was measured. Cell viability was detected by MTT method, protein expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS), cyclooxygenase-2 (COX-2) and endothelin-1 (ET-1) were detected by western blot. Comparison of peptide and captopril with ACE in molecular docking was analyzed. 【】The IC50of LSGYGP was 2.57 μmol/L, which showed mixed non-competitive inhibition; Simulated gastrointestinal digestion was stable within 4 h; MTT assay indicated that the peptide LSGYGP had no toxic effect on HUVEC cells (> 0.05), and viability of HUVEC in Ang II-induced group was significantly increased (< 0.01). Compared with the control group, LSGYGP treatment could decreased the expression of iNOS, COX-2 and ET-1 in a dose-dependent manner (< 0.001). Docking results indicated that hydrogen bond is the supporting force in the binding structure of LSGYGP and ACE, while captopril usually forms a tight binding interaction with the Zn2+ion of ACE. 【】The digestive-stabilized tilapia fish skin peptide LSGYGP significantly inhibited the expression of vasoconstrictor and inflammatory factors, and exhibited a good ACE inhibitory activity. The difference in activity between LSGYGP and captopril might be due to the different forces of ACE molecular docking, which might provide the pharmacological basis to develop ACE inhibitors with fewer side effects.

Tilapia fish skin peptide; HUVEC; Gastrointestinal digestion; Captopril; Molecular docking

Q291; R544.1

A

1673-9159（2019）05-0107-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2019.05.015

2019-06-03

廣東省“揚帆起航”緊缺人才引進項目（201433009）；廣東海洋大學“創新強校”科研啟動基金項目（2013050204）

陳佳麗（1995－），女，碩士研究生，研究方向為水產品高值化加工與利用，E-mail：jiali1745@163.com

千忠吉（1978－），男，博士，副教授，研究方向為南海生物活性物質的研究與利用，E-mail：zjqian78@163.com

陳佳麗，楊勝濤，蕭振邦，等. 羅非魚魚皮肽的體外ACE抑制活性、消化性及分子對接對比[J]. 廣東海洋大學學報，2019，39（5）：107-114.

（責任編輯：劉朏）