植物源性降壓肽作用機制、制備與評價方式及相關研究進展

朱澤洋，李熔，袁字怡，薛勇,

（1.國家糧食產業（青稞深加工）技術創新中心，中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京 100083；2.國家果蔬工程技術加工中心，中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京 100083）

據《中國心血管健康與疾病報告2020》顯示，我國成人高血壓患者已達2.45 億，其中超半數合并血脂異常，使得其患心血管疾病風險顯著增加。高血壓主要依靠藥物控制、飲食調控等來治療或緩解。植物性食物中含有豐富的功能成分且安全性較高，能否從中獲取降壓組分是當前食品領域研究的熱點。生物活性肽又稱功能性多肽，是一種相對分子質量小于6000 且具有多種生理功能的化合物。近年來，研究發現以食源性蛋白為原料制備的活性肽具有一系列健康功效，包括降壓、抗氧化、降糖、抗凝、抗血栓、抗炎、降膽固醇和免疫調節等。目前在小麥、大米、大豆、大蒜、紫菜等植物性食物中均發現活性肽，越來越多的活性肽被證實具有體內外降壓作用。本文綜述了植物源性降壓肽的降壓機制、制備方法、評價方法以及最新的研究進展，以期為植物源性降壓肽的研究提供參考。

1 植物源性降壓肽的作用機制、制備和評價方法

1.1 植物源性降壓肽的作用機制

一般情況下，植物源性降壓肽是植物性蛋白在適宜的條件下經蛋白酶水解而得到小分子肽段，相對分子量一般在1 kDa 以下，通過競爭性地結合血管緊張素轉化酶（ACE）來抑制ACE 活性，繼而發揮降血壓的作用。正常人體血壓調節主要依賴腎素-血管緊張素調節系統（Renin-Angiotensin System，RAS）和激肽釋放酶-激肽系統（Kallikrein-kinin system，KKS），其中ACE 在腎素-血管緊張素調節系統中具有重要影響。腎素可將血管緊張素原水解為血管緊張素Ⅰ（無活性），隨后在ACE 作用下，進一步轉化為血管緊張素Ⅱ（有活性），導致心肌收縮加強和隨后的血壓增加。因此抑制ACE 活性，能夠有效降低血壓的增高。此外，血管舒緩激肽具有強烈的擴張血管作用，可抑制血管舒緩激肽的分解，防止末梢血管的收縮，使得血壓的升高得到抑制（圖1）。因此，通過抑制ACE 活性和血管舒緩激肽的分解，植物源性活性肽能夠有效地發揮降壓作用。

圖1 植物源性降壓肽的作用機理Fig.1 Mechanism of antihypertensive peptides derived from plant

1.2 植物源性降壓肽的制備方法

植物源性活性肽的制備方法通常有提取法、微生物發酵法和水解法。提取法是從植物體內直接提取天然多肽類物質的方法，分為物理提取法和化學提取法。物理提取法是不依靠化學試劑，僅通過超高壓連續流細胞破碎儀對植物組織進行破碎裂解，從而提取小分子活性肽。該方法對設備要求較高，單次處理量較少，多肽的得率不高，在工業化生產中應用較少。化學提取法是采用合適的緩沖液浸泡原料，使得其蛋白質充分溶解，然后調節pH 或加入變性劑析出蛋白質或多肽，再通過分子篩層析柱純化得到多肽。無論是物理提取法還是化學提取法，要求原材料中多肽含量豐富，但是植物中天然存在的肽類物質數量非常有限，直接提取難以滿足規模化生產的需要。

微生物發酵法是利用微生物生長過程中產生的各種酶催化劑，水解原料中的蛋白質，繼而產生水解多肽過程。微生物發酵法制備多肽具有工藝簡單、成產效率高、成本低廉等優點，更容易實現工業化規模化生產，但是產生的多肽分離純化較為困難。王姣琳等利用紅曲霉和乳酸菌混合發酵藜麥，制備純化ACE 抑制肽，經過條件優化后，最終降壓肽的ACE 抑制率高達89.75%。目前常用于微生物發酵的菌種有枯草芽孢桿菌、乳酸菌、曲霉菌等。相比單菌發酵，復合菌含有的蛋白酶更多，對蛋白質的切割位點多，通過微生物酵解產生的多肽種類更為豐富。

水解法可分為酸水解、堿水解和酶水解。在食品領域，由于酸堿試劑的腐蝕性，通常不采用直接的酸堿水解技術。相較之下，酶水解法具有特異性強、提取率高、成本低、產品安全性高、整個過程條件溫和、控制簡單等特點，可以很好地滿足實驗和生產的需要。師景雙等通過試驗確定多種酶的最佳水解條件，進一步優化復合酶解條件，發現大豆蛋白濃度為8%，且各種酶在最佳酶解條件下，依次加入堿性蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶，得到的蛋白水解率最高達39.98%。酶水解法一般使用單個或多個特異性或非特異性蛋白酶，包括胃蛋白酶、堿性蛋白酶、胰蛋白酶、菠蘿蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、風味蛋白酶等。蛋白酶的活性隨環境條件的不同變化很大，要達到最適宜的酶解效果，溫度和pH 必須控制在最佳條件。此外，不同的反應條件如底物濃度、酶濃度、反應時間、預處理條件等均會影響蛋白質水解，進而影響多肽的得率。因此有必要結合水解底物和目標功能肽，對上述條件進行合理優化。

1.3 植物源性肽降壓效果的評價方法

評價植物源性降壓肽效果方法主要有體外驗證、動物實驗和計算機輔助驗證（圖2）。

圖2 植物源性降壓肽的評價方法Fig.2 Evaluation methods for plant-derived antihypertensive peptides

體外驗證一般選用血管緊張素I 的體外類似物馬尿酰-組氨酰-亮氨酸（HHL），HHL 可經ACE 水解成馬尿酸（Hip）。當HHL 含量確定時，Hip 的生成量與ACE 含量呈線性相關。加入降壓肽后，ACE 的活性收到抑制，導致Hip 生成量降低。因此，通過對比實驗前后Hip 的產生量，可計算ACE 的活性，繼而分析出降壓肽的抑制活性。研究中通常用IC值來體現降壓肽的抑制效果，IC數值越小表明降壓肽的抑制活性越強。

動物實驗一般分為兩種，一種是對麻醉處理后的大鼠靜脈注射六甲銨（降壓藥），去除腎素-血管緊張素之外的影響，然后依次注射ACE 抑制劑和血管緊張素Ⅰ。通過和對照組的比較來反應ACE 抑制肽的作用效果；另一種方法使用原發性高血壓的大鼠，測量ACE 抑制肽干預前后動脈血壓的變化，據此評價ACE 抑制肽的作用效果。第二種方法的給藥方式可以是灌胃，也可以是靜脈注射。

近年來，隨著計算機技術發展，通過生物信息學和計算生物學技術評價食源性功能肽逐漸成為研究的熱點。比如分子對接和人工智能技術已經逐漸應用于功能肽篩選，該類技術能夠實現功能活性預測和構效關系分析，將極大提高降壓肽的篩選效率。

2 植物源性降壓肽的應用

食源性活性肽是ACE 抑制肽的重要來源，因其來源廣泛、毒副作用小等優點受到國內外研究者的廣泛關注。植物源性降壓肽廣泛存在于植物性蛋白質的水解產物中，其分離、純化、鑒定和降壓效果是當前研究的重點和難點。

2.1 小麥降壓肽

小麥作為常見的糧食作物，在我國廣泛種植。蛋白質約占小麥粉總質量的11.5%～12.5%，是其第二大組分。如何提高水解肽的得率和ACE 抑制效果，是當前研究的熱點。有學者以麥胚蛋白或谷朊蛋白為原料制備多肽，發現超聲輔助酶解處理可增強水解肽的ACE 抑制效果，同時酶和底物的比例、酶解時間均會影響多肽的得率和ACE 抑制活性。此外，周存山等利用中性大孔樹脂對麥胚蛋白降壓肽進行脫鹽，發現處理后的降壓肽粗提物回收率和體外降壓活性均顯著提高。Peng 等在制備多肽時，結合酶解位點的特征，創新性地利用綠假單胞菌蛋白酶制備小麥谷朊蛋白ACE 抑制肽，體外實驗發現兩種羧基端含有色氨酸的肽SAGGYIW 和APATPSFW 對ACE 有較好的抑制效果。體外實驗雖證明小麥來源的降壓肽對ACE 的抑制效果，但是宿主體內胃腸道環境相對復雜，尤其是胃酸和宿主蛋白酶對多肽穩定性的影響，導致體外實驗的結果不能簡單推及到體內。Zou 等采用自發性高血壓大鼠對麥麩蛋白水解物進行評價，發現麥麩多肽對大鼠的腎素和ACE 具有明顯的高抑制效果，且分子量<1 kDa 以下的多肽的抑制效果顯著高于分子量>1 kDa 的多肽。可見，麥麩多肽可以通過抑制ACE 及腎素的活性實現降壓功能，且小分子量多肽效果更好。綜合來看，小麥中含有蛋白質種類較多，目前降壓肽的研究主要圍繞麥胚蛋白、谷朊蛋白、麥麩蛋白，雖然已經鑒定出一些具有明顯ACE 抑制效果的多肽，但是對其作用位點和穩定性的評價較少，體內降壓效果也多是聚焦在混合水解肽，單一ACE 抑制肽能否在體內發揮降血壓作用尚未可知。

2.2 玉米降壓肽

玉米蛋白粉是玉米濕磨法加工淀粉過程中產生的副產物之一，是制備玉米肽的原料。玉米肽具有易消化吸收的特性，已被國家食品藥品監督管理局列入新資源食品清單，在醫藥、保健食品等領域顯現出良好的應用前景。目前，玉米降壓肽氨基酸序列及作用機理已逐漸被解析。有研究表明肽段的ACE 抑制活性與其氨基酸組成和一級結構有關：當肽C 末端為芳香族氨基酸（包括W、Y、F）和P 時，抑制肽的抑制活性增強；N 末端為疏水性的V、L、I 或堿性氨基酸（R、K、H）時，多肽與ACE 的親和力較強，抑制活性最高。周明等以玉米黃粉為原料，通過體外實驗發現4 種ACE 抑制肽，分別為AY、SAP、NAP、VNAP，和上述結論相符。相比小麥來源的降壓肽，通過體內實驗評價玉米降壓肽的研究較多。研究發現，玉米多肽（AY、MI、LPP）對自發性高血壓大鼠具有明顯的降壓效果，且其ACE 抑制活性在熱處理和模擬胃腸消化后仍能保持。除玉米可食部外，玉米花絲也能制備降壓肽。Li 等發現玉米花絲多肽（SKFDNLYGCR）可占據自發性高血壓大鼠ACE 的底物結合通道，通過氫鍵與ACE 相互作用，從而抑制ACE 活性，顯著降低模型大鼠的收縮壓水平且存在劑量反應關系。綜上，目前對于玉米降壓肽的篩選不僅停留在體外實驗階段，動物實驗的應用更能明確降壓肽的體內作用效果，且對ACE 抑制機制的解析更能加深對降壓肽的理解。考慮到玉米肽的商業應用前景，與玉米降壓肽相關的人群干預可能成為未來研究的重點。

2.3 大豆降壓肽

大豆是膳食中植物性蛋白的主要來源之一，其蛋白質含量豐富，約占36%～56%，是制備生物活性肽的良好原料。目前尚無大豆多肽引起不良反應的報道，其在飲食和藥物中的應用價值越來越被人們所重視。Giovanna 等用胃蛋白酶水解不同豆類的蛋白質，發現大豆水解產物相比其他豆類的ACE 抑制效果更為明顯，可見大豆是ACE 抑制肽的重要來源。研究發現，大豆蛋白水解產生的GVRP、IIVTP、IY、YVVF、LVF、WMY、LVLL、FF 可能在ACE 抑制過程中起主要作用，還發現短肽與ACE形成的氫鍵越多，其抑制活性就越強。Xu 等進一步驗證大豆生物活性肽經氫鍵抑制ACE 的機理，發現多肽YVVF 通過氫鍵與ACE 的C 域受體有最大親和力；通過體外模擬胃腸消化實驗，發現大豆多肽消化后對ACE 的抑制效果不降反增，為進一步的體內實驗奠定基礎。Wang 等以去氧腎上腺素預收縮大鼠胸主動脈為試驗對象，驗證了大豆多肽QC、GPANV、PANV 的體內ACE 抑制活性，并發現其還有血管舒張作用，從而提出大豆肽的降壓機制。此外，Song 等通過細胞實驗，發現大豆多肽LSW 可以通過修復血管平滑肌細胞中miRNA 的表達來保護血管內皮細胞，減弱機體血管緊張素Ⅱ對血管內皮細胞的損害。綜上可知，大豆中存在多種降壓肽，這些降壓肽的分子作用機制逐漸被解析，有助于其在功能性食品中的應用。

2.4 大米降壓肽

大米是我國居民膳食中不可或缺的組成部分，其食用量占產品的80%以上。全谷物大米含6%～8%的蛋白質，氨基酸組成配比接近FAO/WHO 的推薦模式，是一種優質的植物蛋白，也是制備生物活性肽的良好原料。徐珍珍等將大米多肽與市售大豆蛋白肽、魚膠原蛋白肽進行對比，發現大米多肽ACE 抑制IC最低，可見通過大米制備降壓肽具有潛在的優勢。體外實驗證實大米多肽對ACE 的抑制作用，并發現小于3 kDa 時ACE 抑制率最高，達91.95%±1.63%，其中起主要作用的肽為VVFFAAAL。為了增強大米多肽的ACE 抑制效果，楊雪等在模擬胃腸消化中，使用雙頻順序超聲輔助處理，發現能顯著提高大米多肽的ACE 抑制活性。大米多肽雖然對ACE 具有明顯的抑制效果，但并不意味著能在機體內發揮降壓作用。封張萍等以人臍靜脈內皮細胞模型為研究對象，發現大米多肽VPFR 通過影響ACE 和ET-1 mRNA 表達量下調、ACE2 mRNA 表達量上調來抑制ACE 活性。Chen等通過動物實驗發現多肽VNP、VWP 可以競爭性抑制ACE 活性，降低自發性高血壓大鼠的收縮壓。除了大米能夠制備降壓肽，米糠等加工副產物也是降壓肽的重要來源。Shobako 等通過動物實驗發現米糠多肽LRA 對自發性高血壓大鼠的ACE 抑制性不強，但可以通過與NO 系統耦合的新途徑放松腸系膜動脈，繼而表現出血管舒張活性。Ogawa等通過隨機、雙盲、對照的臨床干預實驗，進一步確認了米糠降壓肽LRA 能夠顯著降低收縮壓，且未發現有嚴重的不良反應。目前關于大米多肽的研究相對深入，從體外實驗、體內實驗、臨床試驗均能證明大米多肽具有明顯的降壓效果，有助于大米多肽在功能性食品中的應用。目前關于機制方面的研究相對較少，大米多肽如何在體內發揮降壓作用可能是未來研究的熱點。

2.5 其他植物性食物降壓肽

植物源降壓肽的來源十分廣泛，除了上述提到的食物種類以外，綠豆、榛子、葵花籽、高粱籽、大蒜、番茄也含有降壓肽，并被證實具有良好的降壓效果（表1）。在糧食作物中，雜豆往往被認為富含功能成分。李慶波等以綠豆為原料制備ACE 抑制肽，發現1～3 kDa 多肽的ACE 抑制活性最高，其中主要起作用是FLVNPDDNENL、FLVNPDDNENLRII和KDNVISEIPTEVLDL。此外，堅果富含蛋白質，也是降壓肽的潛在來源之一。Liu 等發現榛子多肽ACE 抑制活性可達82.03%±2.61%，主要起作用的多肽為AVKLVL、YLVR 和TLVGR。除雜豆、堅果等傳統食品原料外，植物種子也富含蛋白質。張孟凡等以葵花籽粕蛋白為原料，模擬體內消化后發現葵花籽粕ACE 抑制肽活性幾乎不受胃腸蛋白酶影響，ACE 抑制率始終保持在90%以上，可以很好作用于靶組織。Wu 等從甜高粱籽中獲取多肽TLS，發現其C 端的Ser 可與ACE 的S1、S2 口袋相互作用，從而抑制ACE 活性。此外，蔬菜中也存在降壓肽。Moayedi 等從番茄廢料中提取降壓肽，發現分子量為500～800 Da 的肽段有高ACE 抑制活性。宋凱強等發現在最優條件制備下，大蒜降壓肽的ACE 抑制率為83.91%±0.13%，且分子量3 kD 以下的多肽活性最佳。綜上可知，植物性食物中普遍存在降壓肽，對于主糧之外的植物源性降壓肽的挖掘也應該得到關注。

表1 植物源性降壓肽Table 1 Plant-derived antihypertensive peptides

3 結語與展望

植物源性降壓肽是當前極具發展前景的食品功能因子，已經引起世界各國科學家的高度重視，不同來源降壓肽的制備方法、結構解析和降壓機理的研究得到快速發展。多種植物源性降壓肽得到開發，起關鍵發揮作用的多肽和潛在分子機制也越來越清晰。部分功能降壓肽已用于保健食品的開發，實現了工業化生產，為高血壓的預防和控制提供了新的手段。

然而，植物源性降壓肽的研究才剛起步，還有許多研究工作需要開展。比如酶水解的效率不高、酶切位點存在隨機性、降壓肽篩選效率低、降壓肽分離純化困難等問題限制著高活性降壓肽的制備和應用。此外，諸多研究僅停留在體外實驗階段，人體的胃腸道消化環境極為復雜，體外ACE 抑制效果好的多肽能否在人體內發揮作用尚不確定，需要更多的臨床數據加以支撐。隨著合成生物學和生物信息學的發展，對蛋白酶的改造有助于高活性降壓肽的制備。同時分子模擬技術和人工智能的技術的發展，復雜多肽的功能鑒定和構效關系研究會變得越來越容易。