生物活性肽的功能和應用研究進展

何幫林， 趙秀娟， 王洪榮

（揚州大學動物科學與技術學院，江蘇揚州 225009）

目前，我國用于飼料生產中的具有抗生素類添加劑（中草藥除外）全部禁用。因此，尋找能代替抗生素功能的物質，以緩解在全面禁抗后畜牧養殖過程中出現的一系列動物健康問題迫在眉睫。研究發現，將大分子蛋白處理后可獲得一類易消化吸收且具有多種生物功能的生物活性肽（Shen和Matsui，2019），并且機體可以完全利用活性肽直接參與體內蛋白的合成（蔣小豐，2014）。活性肽的吸收速度遠高于氨基酸，這就避免了兩種物質在吸收上存在競爭關系（Wei等，2020）。不僅如此，活性肽在體內還可以與礦物質及金屬離子結合，形成螯合物（高嵩等，2017），提高體內礦物質和金屬離子的吸收。這些活性肽由于包含不同的氨基酸譜而呈現出了一系列的功能特性（Alashi等，2013）。研究表明，活性肽具有抗氧化、降低膽固醇、抗菌、降血壓、調節免疫活性等眾多活性功能（Singh等，2014）。因此了解活性肽對機體健康的生理功能、吸收機制對畜牧生產實踐具有重要意義。

1 生物活性肽的加工工藝

生物活性肽存在于富含蛋白質的原料中，但其只能在特定的條件下表現出活性。在飼喂高蛋白物質時靠機體自身的酶降解出來的活性肽的含量往往很低，這需要在體外將這些高蛋白的物質進行進一步的加工提純，制成機體可以直接利用的活性肽產品，以使其功能作用最大化。目前活性肽的體外制備主要有發酵、酶解等方法。

1.1 發酵 目前，活性肽生產的有效方式是通過發酵進行。在乳制品的發酵中，蛋白質水解會產生具有類似于阿片物質的生物活性肽，這對機體的健康會產生直接影響。目前國內外的微生物研究中均發現，很多微生物都具有將蛋白水解釋放出生物活性肽的功能。發酵生產活性肽除了在乳制品上以外，也可利用大豆、大米以及小麥為原料得到。Hatis等（2014）發現，乳酸菌培養物可以水解大豆蛋白來產生具有活性的大豆活性肽。微生物發酵的優點是能夠更好地去除原料中的抗營養因子和一些蛋白抗原成分，并且在發酵過程中加入酵母菌、米曲霉、乳酸菌等菌株，還可產生某些發酵香味，可以提高動物的采食量以及改善動物胃腸道的微生物環境。

1.2 酶解 酶解是生產活性肽最快、最安全以及操控性最好的手段。利用蛋白酶水解制備活性肽在豆類植物上已有眾多研究成果，如堿性蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶和嗜熱賴氨酸等，這些都被用于從蛋白中生產生物活性肽。研究發現，活性肽的制備不僅與酶種類有關還與酶/底物之間的關系、蛋白質的預處理、水解時間和酶組合等加工變化有關，這對生成的肽以及其生物活性起著重要作用。在這方面，Rui等（2012）在用堿性蛋白酶/風味酶組合水解前經過15 min煮沸大豆蛋白后，蛋白水解度（DH）顯著增加。

2 生物活性肽的功能

2.1 生物活性肽的降膽固醇功能 生物活性肽在對高血脂尤其是高膽固醇血癥的預防和治療中表現出了巨大的應用潛力。研究表明，大豆蛋白可以降低機體血液中的膽固醇水平。大豆蛋白水解物具有更強的降低血清膽固醇作用，這表明大豆肽可能存在特異性降低膽固醇的成分（Potter，1995）。除了大豆，牛奶產生的活性肽也是降低膽固醇的另一個重要來源。Nagaoka等（1999）對牛奶酶解后的水解物分離出了低膽固醇肽，并鑒定名為IIAEK，在大鼠試驗中表現出比β-谷甾醇更顯著的降低膽固醇的作用。此外在采用木瓜蛋白酶對豬肉蛋白進行水解后，水解物對高膽固醇大鼠具有降低的作用（Aoki和Ueda，2013）。

2.2 生物活性肽的抗氧化功能 具有抗氧化功能的活性肽分子質量在500～1800 Da。Starzyńska-Janiszewska等（2019）在使用藜麥作為發酵底物的研究中發現，水解后藜麥的抗氧化活性增強。Peng等（2009）在使用蛋白酶對乳清蛋白進行水解后發現，乳清蛋白具有明顯減少自由基的能力。Bougatef等（2010）在使用多種體外抗氧化劑的試驗中，報告了不同蛋白水解物的抗氧化活性，如小鼠肝臟勻漿中脂質過氧化抑制以及β-胡蘿卜素漂白試驗。Saidi等（2014）利用自由基消除測定、羥基自由基清除測定、亞鐵離子螯合活性和亞油酸自氧化的抑制，評估了金槍魚水解肌肉肽組分的抗氧化特性。以上研究表明某些生物活性肽具有抗氧化功能。

2.3 生物活性肽的免疫調節功能 以各種蛋白質為來源的活性肽基本上具有免疫調節作用。未處理的蛋白質在胃腸道消化中會自然釋放出一部分，這部分會對下游免疫反應以及細胞功能進行調節。用牛奶酶解出的活性肽被證明可以調節抗體的產生，此外，乳鐵蛋白經過胃蛋白酶水解后顯著增加了小鼠脾臟細胞中的免疫球蛋白（Ig）。不僅如此，乳鐵蛋白酶解物還在脾臟中產生大量對T細胞具有依賴性抗原的抗體，從而對免疫系統產生積極的影響。除了對脾臟具有免疫調節功能，也會提高腸道中免疫球蛋白A（IgA）的含量，這表明活性肽在增強黏膜免疫方面同樣存在益處。除牛奶外，具有免疫調節功能的活性肽同樣也存在于其他蛋白質中，例如雞蛋以及大豆蛋白。研究發現利用卵清為原料制成的蛋白肽可以增強巨噬細胞活性來發揮免疫調節作用（Tezuka和Yoshikawa，1995），而禽蛋類中存在的黏蛋白肽也有增強巨噬細胞活性以及誘導細胞因子分泌而起到免疫調節的作用（Holen等，2001）。鑒于活性肽具有的諸多生理功能，這就使其可以作為天然原料用于食品及飼料加工工業的開發，根據上述，本文總結了常見的活性肽制備來源及功能（表1）。

表1 常見生物活性肽的來源及功能

3 生物活性肽在胃腸道中的吸收

3.1 被動吸收 在飼喂活性肽后，將會暴露在胃腸道的多種酶和化學環境中。此后它們將通過各種吸收機制穿過上皮細胞進入肝靜脈循環中，在這一過程中活性肽就很有可能在肝臟細胞中被代謝。由于腸道具有巨大的表面積，這就使得在不需要轉運蛋白的情況下可以大量的吸收活性物質（Helander和Fa..ndriks，2014）。活性肽由于具有親脂性，這是能夠穿過腸細胞親脂雙層膜的重要原因。Schwochert等（2015）發現，通過添加親脂性氨基酸殘基來修飾環形肽可以增加活性肽的被動運輸能力。此外，活性肽的轉運還可以通過緊密連接在細胞間隙中被吸收，但是這種途徑的吸收效率是有限的。

3.2 主動吸收 活性肽吸收還可以通過跨膜轉運蛋白進行吸收，腸道中的肽轉運蛋白主要介導寡肽（二肽、三肽和氨基酸）吸收。如肽轉運蛋白1（PepT1）和肽轉運蛋白2（PepT2），它們位于小腸刷狀緣上皮的頂端。轉運蛋白同樣存在于腸細胞的頂膜中，稱為外排轉運蛋白，例如，ABCB1或P-gp是一種主動轉運蛋白，主要位于腸腔膜細胞的頂膜，但也會在肝臟細胞以及腎臟細胞中表達。P-gp可以利用ATP來消除細胞內的藥物以及一些外來生物活性分子（Varma等，2003）。除了以上兩種轉運方式以外，活性肽在體內還可以通過囊泡的形式通過上皮細胞進行吸收。

4 生物活性肽在動物生產上的應用

4.1 單胃動物 活性肽在單胃動物上的應用比在其他方面更廣泛。研究表明，在哺乳仔豬日糧中添加4%的活性肽可以有效地提高仔豬的生長性能以及免疫器官的活性指數（汪官保，2007）。此外，在斷奶仔豬日糧中添加大米活性肽，結果顯示，可以降低料重比以及顯著增強抗氧化能力和免疫功能（李新國等，2014）。Wu等（2012）發現，天蠶素可以降低仔豬感染大腸桿菌的可能性，并增加腸道內乳酸桿菌的含量。而Chu等（2016）肉雞日糧中添加活性肽對肉雞的抗病毒能力具有良好的增強作用。此外，在以玉米和豆粕為基礎日糧的肉雞飼養中添加2.55%的活性肽可以增加日增重以及雛雞的營養攝入量（Opheim等，2016），同樣飼喂5%的大西洋鮭魚蛋白水解產物的肉雞比飼喂含有4%魚粉的肉雞表現出更好的生長性能（Frikha等，2014）。Abdollahi等（2018）的研究也發現，飼喂大豆活性肽對肉雞增重和飼料轉化率有著顯著的提高作用。

4.2 水產動物 增長速率是作為水產養殖中一個特別重要的經濟參數，添加生物活性肽作為生長激素的替代品來保證養殖中的高增長率顯得極為重要。周興旺等（2011）發現抗菌肽S807會提高水產動物產量以及降低其發病率。而李清等（2004）在對鯉魚肉質的影響中發現，活性肽會提高鯉魚肌肉中各種營養物質的含量。此外，Aksnes等（2006）將魚類蛋白活性肽添加至飼料進行飼喂時發現，其可以增加水產動物的生長性能以及增加血漿和肝臟中IGF-I基因mRNA的表達。由于魚類的采食量較小，因此添加量以及添加活性肽中的游離氨基酸水平也存在著限制，因為高水平的游離氨基酸會抑制幼魚胰腺的成熟，從而影響魚體消化模式的形成。值得一提的是，當攝入含高水平生物活性肽飼料時，可能會使體內肽轉運機制飽和，從而影響魚體的發育。

4.3 反芻動物 在反芻動物的日糧中添加生物活性肽可以起到改善營養物質吸收，提高瘤胃發酵功能和減少甲烷等有害氣體排放等作用。Tao等（2021）進行體外模擬瘤胃發酵的試驗中發現，添加活性肽可提高蛋白質的吸收且不會對瘤胃降解纖維素和產生VFA造成不利影響。豆粕作為反芻動物養殖中最為常見的蛋白質原料之一，在經過酶解制成大豆肽后飼喂泌乳奶牛可以增加泌乳量以及提高犢牛的生長速度 （Radivojevic等，2011）。此外，抗菌肽作為天然存在于機體內的一種生物活性肽，除了由于其對病原菌具有高效的殺菌活性外，Cheema等（2011）還發現，在日糧中添加活性肽對反芻動物瘤胃菌群具有調節改善作用，這對需要高能量高蛋白水平的乳制品生產系統顯得尤為重要。

5 生物活性肽應用的前景

生物活性肽是一種用途廣泛，可調節動物機體功能的活性物質，其可以保護機體免遭多種疾病以及被感染的困擾。由于其營養功能使其成為替代眾多添加劑的重要選擇。活性肽的研究已經廣泛在體外（分子和細胞水平）或體內（通過動物試驗）中進行。到目前為止，已經進行了很多在胃腸道中關于活性肽行為的研究，但活性肽在腸道上皮細胞區域仍可能存在生物耐藥性，為了確保活性肽可以完全的被門靜脈循環吸收，這就需要通過進一步的體內試驗來確認活性肽片段的生物利用度。此外，還可以通過熒光活性物質來準確確定生物靶點，尤其是在細胞組織上進行更加有效。這個方法有助于評估活性肽在生命中的軌跡及其在機體生理轉化中的作用。

目前，生物活性肽的制備、生產以及如何添加到畜禽飼料中還需要進一步的深入研究。而生物活性肽的結構、生物利用率、生物活性和毒性等評價方法是至關重要的。活性肽存在著眾多挑戰的同時也在這個領域中迸發出巨大的希望。這需要進一步的研究活性肽-受體相互作用的特征，為未來開發新型飼料添加劑探索結構活性關系提供依據。