亞鐵離子螯合肽的研究進展*

慈傲特，王 彪，何 瑋，陳雪晴

(安慶醫藥高等專科學校 藥學院，安徽 安慶 246052)

鐵是一種重要的微量營養素，參與人體必要的生化過程。例如，人體中不同價態的鐵之間進行電子傳遞，參與體內氧氣運輸。鐵還是細胞色素酶和還原酶的重要構成部分。與三羧酸循環相關的酶中，有一半以上都含有鐵離子，若缺乏鐵會導致能量代謝紊亂，影響人體生長發育。此外，鐵廣泛參與特異性免疫系統和非特異性免疫系統的功能調控。細胞內鐵穩態水平可以調節巨噬細胞的分化，鐵缺乏將導致免疫系統應答水平的降低[1]。缺鐵也是最常見的微量元素缺乏癥之一。鐵缺乏將導致機體認知能力、生長發育和免疫系統的功能障礙。全球約有20億人口面臨著鐵缺乏，是全球發生率最高的營養性疾病之一。雖然很多食物中都含有鐵，但是鐵的吸收利用率不同：動物食物的血紅素鐵的生物利用度高于植物來源的非血紅素鐵，并且鐵的吸收容易受到食物中其他成分，如膳食纖維、草酸、植酸等的影響[2]。食物中含有的鐵是有限的，有時候在人體內并不能夠完全消化吸收。單純地依靠食物并不能完全滿足缺鐵性貧血人群對鐵的需求。因此，目前主要采用口服補鐵劑進行治療，或改善鐵缺乏癥狀。

當前市面上的鐵補充劑主要有三種類型：首先，出現的是以 FeSO4為代表無機鐵鹽，這類制劑有著生產成本低、取料方便、礦物質含量高、價格低廉等優點，但同時也有著溶解度差、吸收礦物質需要消耗大量的胃酸、容易沉淀、增加人體負擔等明顯的缺陷[3]。接著，又出現了以乳酸亞鐵、琥珀酸亞鐵為代表的有機酸類鐵補充劑，這類型制劑溶解度高、吸收率高以及對腸胃無刺激作用等，但是由于其礦物質含量低，大量服用會對機體產生一定的毒副作用[4]。之后，又出現了以甘氨酸亞鐵為代表的氨基酸亞鐵補鐵劑，但價格較高，不易被人們接受，無法普及[5]。近年來，具有礦物結合特性的生物活性肽已經引起了食品科學家的極大關注。相比其他傳統的補鐵劑，這些多肽可以通過它們中存在的各種氨基酸殘基螯合金屬離子，形成穩定高、生物利用度高的鐵補充劑。

1 亞鐵離子螯合肽的來源

1.1 植物來源

由于社會的發展，綠色環保的理念深入人心，越來越多的植物源多肽被開發利用。植物源多肽的利用，可以很好的避免人工合成肽帶來的環境污染等問題，同時還可以很好地解決因宗教信仰的素食人群蛋白質缺乏的問題，利用前景遠大。

隨著對植物源多肽研究的越來越充分，利用植物多肽制備亞鐵離子螯合肽也越來越多。例如，張新雪等[6]人以玉米低聚肽和氯化亞鐵為原料制備玉米低聚肽螯合鐵(II)，螯合率可達50%以上；康云等[7]人以米糠蛋白為原料，制備米糠肽-鐵鋅螯合物，并對制備工藝進行了優化，亞鐵離子螯合率可達35%以上，鋅離子螯合率達到 55%；使用大豆為原料，通過優化制備工藝，鄒文昊天等[8]將亞鐵離子螯合率提高至73.94%；芝麻蛋白的堿性蛋白酶酶解產物對金黃色葡萄球菌則呈現出明顯的抑菌效果，康媛媛等[9]利用芝麻蛋白堿性蛋白酶酶解產物這一特性，制備了螯合率高達90.69%的亞鐵離子螯合肽，研究還發現，該螯合肽可明顯提高對沙門氏菌的抑制作用。

1.2 動物來源

在動物源食品加工過程中會產生大量的副產物，這些副產物中往往含有大量的蛋白質，且均為優質蛋白質，如對這些副產物加以利用，可極大的節省食品加工的成本，并減小對環境的壓力。

在漁產品加工過程中，富含蛋白質的魚鱗往往會成為副產物被丟棄，造成了極大的浪費。熊喆等[10]利用鰱魚鱗中的膠原蛋白制備成鰱魚鱗膠原肽-鐵螯合物，且螯合率可達92.04%。阿膠作為一種傳統的滋補良藥和功能食品，應用于早期造血和抗貧血治療[11]。曹叢叢等[12]為改善阿膠在腸道中易被水解成多肽的問題，制備了以阿膠粉為原料的阿膠肽鐵螯合物，還發現阿膠肽鐵螯合物有效的提高了鐵離子的吸收率。牡蠣肉干中優質蛋白可達50%左右，且必需氨基酸的完整程度和品質優于人乳和牛乳，有極高的利用價值。龐忠莉等[13]利用牡蠣肉制備成牡蠣肽亞鐵螯合物，螯合率高達80%以上，還發現模擬胃腸消化試驗中展現出較好的消化耐受性，鐵保留率最終保持在74%。目前，對南極磷蝦的加工主要集中在魚餌和飼料等低值化產品，對富含優質蛋白的南極磷蝦造成了極大的浪費。林海燕等[14]為提高南極磷蝦的高值化開發利用，以南極磷蝦為原料制備南極磷蝦肽- 亞鐵螯合物，螯合率可達 77.25 %。

2 亞鐵離子螯合肽的結構表征

亞鐵離子螯合肽的結構特征對鐵螯合肽的形成有重要影響，不同的多肽中氨基酸組成和結構不同，導致鐵離子的螯合位置不一。多肽的螯合能力與其相對分子質量大小有著緊密地關系[15]。Kong等[16]證明植物蛋白水解后，相對分子質量小于 1 000 的有著更高的金屬螯合活性。Guo L等[17]人發覺阿拉斯加鱈魚皮酶解多肽隨著分子數量的減少，螯合率從8%顯著提高到34%，表明與大相對分子質量的多肽相比，低相對分子質量的多肽具有更高的螯合活性。大麥谷蛋白用堿性蛋白水解后發現，相對分子質量小于 1 000 的肽段具有更高的亞鐵離子結合能力[18]。

紫外吸收光譜可用于研究多肽的結構變化(表1)。肽與金屬離子發生螯合后，電子躍遷時需要的能量會發生改變，導致吸收波長和吸收峰發生變化，因此可以利用紫外光譜初步分析確定螯合物的形成。有機配體與過渡金屬離子絡合物的形成，可能導致原有吸收峰的轉移、消失或新吸收峰的出現。熊喆通過將鰱魚鱗膠原肽(SCSCP)及肽-鐵螯合物(SCSCP-Fe)的紫外光譜圖進行對比，發現兩者最大吸收峰發生了紅移，表明酰胺鍵上的氮原子參與了亞鐵螯合物的形成[10]。多項研究表明，螯合后出現特征吸收峰轉移或消失，證明該樣品與鐵形成絡合物[10，19-20]。

表1 亞鐵離子螯合前后紫外光譜分析

紅外光譜可以進一步探究鐵與多肽螯合的機理。Zhang Y[24]通過檢測發現，螯合后，氨基特征峰由 3385 cm-1變成 3416 cm-1，羧基特征峰由 1451 cm-1變為 1455 cm-1，咪唑基團原本在 602 cm-1的特征峰轉變成 618 cm-1處；推測咪唑基團中N原子與亞鐵離子的螯合可能引起C-N鍵的拉伸振動。因此亞鐵離子與多肽結合的位點可能是氨基、羧基、咪唑等官能團，或是含有孤電子對的N和O，它們可以和亞鐵離子以配位鍵形成環狀結構的螯合物。羅非魚多肽[25]、 酪蛋白[26]、魚糜[27]等螯合亞鐵離子后，特征峰也有同樣變動。

熒光光譜可以通過波長和熒光強度的變化來反映肽和金屬離子之間的相互作用。阿膠鐵復合物通過熒光光譜表明，Fe2+的濃度會影響肽的內源熒光強度和發射波長，肽與 Fe2+螯合后會導致肽的內在熒光猝滅多肽發生折疊[28]。類似現象在β-乳球蛋白螯合鐵的研究中也出現了[29]。

Fan Chaozhong等[30]人通過電鏡掃描觀察到，多肽一般以粒徑較大的塊狀結構存在，而鐵離子螯合肽呈現具有光滑表面的球形或橢圓形結構，這表明鐵可以誘導部分小肽聚集。同時，通過螯合前后粒徑的測定表明，鐵螯合反應后，粒徑變小。這與前面電鏡掃描結果一致。這是由于：一方面，亞鐵離子改變肽鏈的空間結構；另一方面，亞鐵離子的加入，引起肽鏈之間的聚集，即一個亞鐵離子同時結合兩個或兩個以上肽鏈。

氨基酸組成分析顯示，當多肽中含有酸性或堿性氨基酸殘基時，其與鐵離子表現出良好的結合性[31-36]。Glu和Asp 含有活性側鏈基團，有助于形成肽-金屬復合物。例如，Lys、Asp和Glu中含有羧基、氨基、胍基等，這些側鏈基團通過靜電作用或配位作用，與金屬離子結合，從而使多肽具有一定的鐵離子結合能力[37]。Glu和Asp 因具有環狀結構，能夠與亞鐵等金屬離子結合，形成穩定的金屬螯合物[38]。有研究發現，具有較好亞鐵螯合能力的多肽通常還與 Cys、Arg、Ser 等氨基酸有著緊密的聯系，可能是小肽和亞鐵離子通過配位鍵、離子鍵的相互作用而形成新的物質，螯合反應的主要結合位點是氨基、羧基和肽鍵，谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp)和半胱氨酸(Cys)參與了螯合反應[39]。

不同食物來源的亞鐵離子螯合肽氨基酸序列見表2所示。

表2 不同食物來源的亞鐵離子螯合肽氨基酸序列

3 亞鐵離子螯合肽的活性研究

3.1 生物利用度研究

在礦物質缺乏的飲食條件下，可以通過口服補充劑的方式來進行改善，這時補充劑中礦物質溶解度在腸道吸收中對吸收率的影響很大，而通過金屬螯合肽的方式進行補充，對吸收率有極大的改善[40-41]。研究發現，大豆肽亞鐵螯合物在模擬胃腸道中亞鐵離子的溶解度遠高于四水合氯化亞鐵，溶解度可大50%以上[8]。例如，張逸君等[42]使用綠豆為原材料制備的綠豆肽亞鐵螯合物在模擬的胃腸道中多肽的穩定性明顯高于綠豆多肽，這樣可使綠豆多肽亞鐵螯合物以完整的結構從小腸上皮細胞的肽轉運通道進入細胞，被消化利用，從而使亞鐵離子能被充分利用。使用大鼠腸液消化阿膠后發現，可以明顯提高亞鐵離子的吸收率，因為經腸液消化的阿膠蛋白可分解成不同大小的多肽，部分多肽可以螯合亞鐵離子，從而促進亞鐵離子的吸收[12]。王賢等[43]制備的小米糠多肽-亞鐵螯合物也證明了在模擬胃腸道消化液中有更好的穩定性。

3.2 改善貧血功能

鐵元素是人體中重要的微量元素，也是造成缺鐵性貧血的重要原因。為了治療缺鐵性貧血，一般會使用膳食補鐵劑，但一般的補鐵劑的吸收率很難超過30%[44]。目前，已有大量的生物大分子與鐵離子的螯合物用于開發補鐵劑。多肽一般以單體的形式被人體吸收，因此與鐵離子結合，可以促進鐵離子的吸收，同時還可以降低鐵離子對腸胃的刺激。多肽亦可補充人體所必須的氨基酸[13]，因此對多肽亞鐵離子的研究具有巨大的經濟效應和市場。通過大鼠實驗，斯興開等發現，帶魚酶解肽亞鐵螯合物對貧血大鼠體重升高的效果最顯著，優于硫酸亞鐵和含鐵飼料；對血清中鐵蛋白(FE)升高效果顯著，且優于硫酸亞鐵[45]。曹叢叢等[46]利用阿膠多肽制成的阿膠多肽亞鐵離子螯合物，可以有效改善缺鐵性貧血，并促進缺鐵性貧血小鼠的生長，使小鼠的臟器指數、基礎血象指標等恢復至正常水平，表明阿膠多肽亞鐵離子螯合物能夠改善缺鐵性貧血具有補血作用。同樣，楊鵬瑤等[47]制備的新型燕麥多肽亞鐵離子螯合物也被證明能夠改善缺鐵性貧血具有補血作用。

3.3 抗氧化特性

多肽被證實可當做抗氧化劑使用，其結合人體產生的自由基，起到保護身體作用。例如，從羊奶酪蛋白中提取的多肽和從鱸魚皮中提取的多肽，都被證實有強氧化性[48-49]。有研究表明，當多肽與金屬離子螯合時，多肽的序列以及空間結構會發生變化，螯合過程中暴露出的氨基酸可能含有更多可為DPPH自由基提供電子或質子的基團[50]。將蛋黃蛋白多肽和亞鐵離子螯合發現，蛋黃蛋白多肽亞鐵離子螯合物對于DPPH的清除率IC50為 0.41 mg/mL，蛋黃蛋白多肽組分的清除率為 5.40 mg/mL，這說明多肽與鐵離子螯合后其抗氧化活性顯著提高[51]。ABTS自由基清除能力表明抗氧化物質的總抗氧化能力。研究發現，小米糠球蛋白多肽-亞鐵螯合物的ABTS自由基清除能力顯著高于小米糠球蛋白多肽的，表明小米糠球蛋白多肽與亞鐵離子螯合后可以提高其總抗氧化能力[43]。

3.4 其他功能特性

康媛媛通過實驗證實，芝麻肽對沙門氏菌無抑菌作用，但與亞鐵試劑螯合后，對沙門氏菌產生了抑菌圈，表明芝麻肽改性后得到的螯合物對沙門氏菌產生了抑菌作用，擴大了芝麻肽的抑菌范圍[9]。桃仁多肽螯合亞鐵和小麥多肽螯合亞鐵的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌活性與螯合前相比有極大的增強[52]。王曉玲將亞鐵離子螯合肽添加達800、1000 mg/kg 時，能夠顯著提高螯蝦體內非特異性免疫酶，如SOD、PO、LSZ和ACP的酶活力[53]。

4 結語

當前食品加工中很多副產物資源沒有得到有效地利用，而富含蛋白質的的加工副產物可以作為鐵補充劑的反應物。通過紫外光譜、紅外光譜、電鏡掃描、質譜等多項研究證明，亞鐵離子能夠與多肽形成螯合物，能夠螯合的主要原因是與多肽中所含的氨基酸種類有關。亞鐵離子螯合后可以增加機體對鐵補充劑的吸收和利用。此外，亞鐵離子螯合肽還具有抗氧化、抑菌等其他生物功能，未來將在醫藥原料市場上有更廣闊的前景。