不同生物活性的藻蛋白和多肽的作用機制及應用的研究進展

馮舒婷,高文藝,胡麗莉

(廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院,廣州 511400)

0 引言

植物蛋白不含膽固醇和飽和脂肪酸,所含有的必需氨基酸能有效降低慢性疾病的風險。隨著人們對蛋白質需求的增多,植物蛋白逐漸成為人們研究的熱點。藻類蛋白質含量豐富,具有抗氧化、抗腫瘤、降血糖、血脂和提高機體免疫力等生物活性。藻蛋白經過酶解后的多肽,分子量更小,更易被胃腸道吸收,活性更高。其活性大小受很多因素影響,如分子量大小、氨基酸種類和分子之間的相互作用等。研究藻蛋白和多肽在人體內的機制,有助于相關產品的研發。本研究綜述了近幾年活性藻蛋白、多肽的活性和作用機制,以期為藻蛋白和多肽的開發利用提供科學參考。

1 藻蛋白和多肽的生物活性

1.1 抗氧化

過多的氧自由基會引起人體老化等相關疾病,因此延緩機體氧化的研究一直倍受關注。藻蛋白和多肽具有抗氧化活性。有研究發現,野生藍藻蛋白具有較強的ABTS·+自由基清除能力。還有人發現,小球藻蛋白酶解產物能降低紫外線誘導下線蟲體內的ROS水平。氨基酸的數量和種類影響抗氧化的活性大小,活性肽長度為2～6個氨基酸效果較好,>10個氨基酸活性相對偏低。含有Try的多肽自由基清除能力較強,如Asp-Tyr-Tyr-Lys-Arg等[1]?？寡趸瘧r會激活多個信號通路,如Nrf 2/抗氧化反應元件通路,可提高抗氧化酶水平。紫菜多肽不僅顯著降低HepG 2細胞中ROS的產生,還能調控p-Nrf 2/SOD表達控制H2O2誘導的氧化應激。

1.2 降血糖、血壓和調節脂質代謝

藻多肽能調節體內脂質代謝和糖代謝酶活性,多個小分子肽同時存在有“1+1>2”的效果,如ARY、YLR、LRM有協同的ACE抑制作用,而且ACE抑制肽c末端大部分由難溶性的脯氨酸或酪氨酸組成[2]。學者們利用分子對接技術等生物信息學來探索藥物在人體的作用位點,如藻多肽與α-葡萄糖苷酶和DPP 4的催化位點結合,從而抑制α-葡萄糖苷酶和DPP 4的活性,達到降血糖的效果,還通過體內多條信號通路調控來維持脂質穩態,如PPAR、胰島素信號通路等。螺旋藻多肽可調節與PPAR、AMPK、MAPK、胰島素、脂肪酸等與信號通路有關的Acadm、Retn、Fabp 4等關鍵基因表達來抗肥胖、降血糖、降膽固醇。目前,機制研究還在初級階段,未來的研究還可以更多地向分子機制層面靠攏。

1.3 抗腫瘤

很多抗腫瘤的藥物副作用大、效果不佳,而安全無毒的藻蛋白和多肽具有抗腫瘤活性,是潛在的抗腫瘤藥物。目前,已經從多種生物中提取到抗腫瘤活性肽。近年來,海洋來源的天然生物抗腫瘤肽也取得了一定的進展。WANG C J等人發現,肽鏈的色基經過活性炭脫色后,對腫瘤細胞抑制效果下降[3]。對抗癌細胞常見的是癌細胞凋亡,藻蛋白影響癌細胞的生長周期來促進凋亡。藻紅蛋白使HepG 2細胞S期、G0/G1期細胞增多,在G2/M期出現增殖阻滯,因此可能通過細胞G0/G1期和S期誘導癌細胞凋亡。藻蛋白和多肽能減少藥物的副作用,增強傳統抗癌藥的活性,如果進一步挖掘探究,未來可能會成為安全有效的新型抗腫瘤藥物。

1.4 抗炎

炎癥因子的過度釋放會引起多種疾病,除了抗生素外,尚未發現其他有效的抗炎藥物?，F已發現,藻蛋白和多肽有較好的抗炎活性,但抗炎活性的研究鮮有報道。以炎癥小鼠為模型,實驗證明,藻膽蛋白能抑制NO、TNF-α、IL-6的產生,口服藻膽蛋白能減輕急性炎癥小鼠水腫[4]。藻多肽通過調節多種細胞因子水平來預防急性炎癥或緩解炎癥,裂壺藻多肽通過下調TNF-α、IL-1β、IL-6等表達,減少腸黏膜屏障的損傷,緩解結腸炎癥,促進腸黏膜修復。國外學者對藻蛋白和多肽抗炎的作用機制研究較多,主要集中在細胞因子水平方面。

1.5 增強免疫

免疫活性肽可增強巨噬細胞的吞噬能力,提高機體對外界病原體的抵御能力。實驗證明,葛仙米藻膽蛋白可增強巨噬細胞的吞噬能力和NK細胞的殺傷活性,促進T細胞和IL-2、IL-4的產生,增強小鼠體液和細胞免疫[5],當TLR4和NF-κB結合的聚合物被激活后,IκB中絲氨酸殘基被磷酸化從NF-κB分離,促進促炎細胞因子釋放。有研究表明,紫菜藻紅素能上調TLR4受體水平,提高P-IκB-α和P-NF-κB蛋白表達水平,即藻紅素通過NF-κB信號通路恢復氫化可的松誘導的免疫抑制[6]。

1.6 抗菌

傳統的抗生素使用過度會使細菌產生耐藥性。藻多肽有殺菌活性,抑菌譜廣且不易產生耐藥性,如螺旋藻多肽能抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌生長[7]。藻蛋白或多肽的相關抗菌機制研究大多尚未驗證,體內分析和安全性研究也鮮有報道。閆建國等發現,小球藻低分子量多肽能有效誘導大腸桿菌細胞壁的破壞,且革蘭氏陽性菌抑菌優于革蘭氏陰性菌,可能與細菌細胞壁阻礙多肽深度滲透有關。有研究顯示,替換氨基酸種類能提高藻多肽的抗菌活性。四鞭藻抗菌肽LWFYTMWH進行第1、4、5、6位賴氨酸取代,可增強其抗菌活性,因為賴氨酸增加肽的凈正電荷可與帶負電荷細菌膜的相互作用,提高抗菌活性[8]。

1.7 其他作用

藻蛋白和活性多肽具有豐富的藥理作用,除發揮常見藥理作用外,一些鮮為人知的活性也值得進一步挖掘,如改善胃腸道疾病。螺旋藻粗蛋白激活EGFR、MAPK信號通路,上調細胞周期蛋白cyclin D1和周期蛋白依賴性激酶cdk 2、4、6,促進大鼠腸上皮細胞遷移和增殖,維持腸道穩態。順鉑的副作用為耳毒性,藻藍蛋白能保護聽覺細胞免受順鉑的細胞毒性,降低聽覺細胞ROS水平,增加Bcl-2蛋白表達,抑制促凋亡Bax蛋白活性,抑制聽覺細胞凋亡。藻膽蛋白可通過抗氧化應激作用來改善子癇前期癥狀。以懷孕大鼠為模型,證明藻膽蛋白通過增加脂聯素基因mRAN或C/EBPα蛋白的轉錄因子來降低血壓,減少大鼠胸、腹主動脈收縮反應,增加抗氧化酶活性,保護主動脈血管內皮,說明螺旋藻蛋白是一種很好的預防子癇的化合物。骨骼肌萎縮主要是由于蛋白質含量減少引起的,藻蛋白通過抑制TNF-R1的表達、IκBα的磷酸化、NF-κB的轉位,來調控NF-κB信號通路,恢復TNF-α破壞的肌生成素的穩態來對抗肌肉萎縮。

2 藻蛋白或多肽的名稱及作用機制

藻蛋白或多肽的名稱及作用機制見表1。

表1 藻蛋白或多肽的名稱及作用機制Tab.1 Name and action mechanism of algal proteins or peptides

3 藻蛋白或多肽在各領域的應用

3.1 在化妝品中的應用

藻蛋白或多肽可保濕抗氧化,修復損傷皮膚,多用于護膚護發產品。藻蛋白常被加入護膚品中,制備具有抗皮膚衰老、養顏美白功效的保濕護膚水等。螺旋藻多肽可提高抗氧化酶的活性,對抗皮膚光老化[9]。藻藍蛋白、藻紅蛋白等具有熱穩定性和pH耐受性,均可作為化妝品色彩的天然成分,如含藻藍蛋白保濕爽膚水,使水溶液保持原來的亮藍色。如今,人們追求天然、綠色的理念越來越強烈,安全無毒的藻蛋白或多肽是理想的化妝品成分。我國對一些提取純化工藝技術壁壘尚未攻破,相信隨著技術的改進完善,未來藻蛋白或多肽在化妝品領域的應用會更加廣泛。

3.2 在保健品中的應用

藻蛋白可作為一種健康營養的保健食品,對人體營養進行補充攝入。目前,市面已有含小球藻多肽抗衰老飲料,營養均衡,綠色安全。把小球藻抗氧化肽粉末添加入蘋果汁中,不僅保持果汁的亮黃色,又能對人體發揮抗氧化效果。藻蛋白含有豐富的人體必需氨基酸,可補充人體蛋白質,多被制備成粉末狀,用于家用調味品、調料等行業,從柴米油鹽逐漸深入到人們的日常生活中。藻多肽還可降“三高”,如壇紫菜多肽被制備成降血脂、降血糖飲料,該飲料可減少動脈硬化的發生,抑制體重增長速度,降低血糖。隨著人們對健康理念的重視,藻蛋白和多肽的食用價值在保健品中的應用將會有巨大的發展潛力。

3.3 在醫藥中的應用

藻蛋白和多肽具有多種藥理作用,對多種疾病有治療效果,特別是在腫瘤的治療中,小球藻多肽微膠囊、藻藍蛋白抗胰腺癌藥物和重組別藻藍蛋白抗肝癌藥物等均體現出藻蛋白和多肽有開發腫瘤藥物的潛力。藻蛋白和多肽對于其他常見疾病,如帕金森病,藻藍蛋白能抑制神經毒素MPP,可預防與治療帕金森病,鞭金藻多肽制備成預防和治療酒精性肝損傷藥物,可清除自由基和保護肝臟。藻藍蛋白的熒光性能還可應用于醫療診斷中。藻藍蛋白熒光探針檢測黃曲霉毒素B1,藻膽蛋白/鏈霉親和素生物探針檢測肝癌的早期標志物等,因此藻蛋白和多肽在醫藥領域中具有很高的理論研究和開發利用價值,不僅預防和治療疾病,還能診斷疾病,相信藻蛋白或多肽在未來的藥品開發中的力度會更大。

4 展望

藻類蛋白和多肽有多種有益于人體健康的功能,目前常被當作營養添加劑制成面條、餅干等食品,如推出的一系列添加“小球藻”“螺旋藻”的有機果蔬汁。對于藻蛋白和多肽的活性與作用機制的深入研究能夠為體內活性研究提供理論依據,有助于推進相關產品的研發和應用,在化妝品、保健食品、醫藥行業中也有更廣泛的應用前景。

制備藻蛋白和多肽的工藝多數為酶解法,此法提取率、純化度不高。隨著生物技術的飛速發展,藻蛋白和多肽的制備工藝將會更加成熟、簡化、安全,加上多種新型生物技術的投入使用,如生物信息學的挖掘、虛擬分子對接技術等不斷成熟,為未來的實驗方向提供了更多的可能性,也促進了科研工作的發展。相信未來會有更多新型的功能性藻蛋白和多肽被發掘出來并加以利用。