乳源降壓肽構效關系研究進展及應用現(xiàn)狀

陳飛龍，寧德山，王宇暉，杜潔，劉飛，趙力超，曹庸

（1.華南農業(yè)大學食品學院，廣州510642；2.無限極（中國）有限公司，廣州510623；3.廣州綠萃生物科技有限公司，廣州 510663）

0 引言

高血壓是一種世界性常見疾病，會引起中風、心率失常、猝死等，是破壞心、腦、腎器官的“無形殺手”[1]。目前降壓藥物分為6類：利尿藥、β-受體阻滯劑、鈣離子拮抗劑、血管緊張素轉化酶抑制劑、血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑和直接擴張血管的藥物[2]，這些傳統(tǒng)的降壓藥物具有一定的毒副作用[3]。而食源性血管緊張素轉化酶（Angiotensin converting Enzyme，ACE）抑制肽是來源于食物中具有ACE抑制活性的多肽片段[4]，它通過抑制血漿和血管內皮細胞ACE活性，達到降壓的作用，其性質溫和，還具有免疫活性、促進消化吸收、減肥等多種功效。因此，食源性ACE抑制肽具有合成降壓藥物所無法比擬的獨特優(yōu)越性，是目前降壓研究領域的熱點。而乳源降壓肽還具有來源更廣泛、服用更方便、活性更強、消費者易接受等優(yōu)點，具有更為廣闊的應用前景，目前關于乳源降壓肽的研究報道也是最多的[5]。

1 ACE抑制肽的降壓機理

高血壓的病因復雜，人體內許多系統(tǒng)與血壓的調節(jié)都有密切關系，其中腎素-血管緊張素系統(tǒng)（Rein-AngiotensinSystem，RAS）和激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)（Kallikrein-Kinin System,KKS）在控制血壓方面起著關鍵性作用，RAS和KKS功能失調可引起高血壓。

圖1 ACE抑制肽的降壓機制

ACE抑制肽的降壓機制如圖1所示，RAS和KKS在血壓調節(jié)方面是一對相互拮抗的體系，其平衡對維持正常血壓有重要作用，平衡失調是高血壓發(fā)病的重要因素之一[6]。RAS開始于無活性的先導物血管緊張素原，腎素可使血管緊張素原釋放出血管緊張素Ⅰ（AngiotensinⅠ，AngⅠ），在ACE作用下，AngⅠ失去C-端二肽形成AngⅡ。AngⅡ是一種血管收縮劑，增加周圍血管阻力，且刺激醛固酮的合成和釋放，醛固酮促進遠曲小管和集合管對Na、水的重吸收使血壓增加，兩者共同作用導致血壓上升。同時，ACE是一個多功能的酶，也會作用于KKS體系，該體系通過引發(fā)一系列的反應來達到降壓的作用[7]。緩激肽提高細胞內Ca2+濃度導致一氧化氮合酶被激活，其產生的NO具有很強的血管擴張作用，導致血壓降低。ACE能夠降解緩激肽，去除具有擴血管作用的緩激肽C-末端的二肽，使其形成無效片段，導致血壓升高，對ACE的抑制可以使KKS體系恢復正常。

因此，ACE抑制肽通過抑制ACE的活性降低血壓，即通過抑制其阻止血管舒張和激活血管收縮的活性來實現(xiàn)降血壓作用。

2 乳源降壓肽的構效關系

隨著ACE抑制肽研究的日趨深入，很多乳源降壓肽的氨基酸序列被鑒定出來[8]，人們發(fā)現(xiàn)ACE的活性與它們的一級結構密切相關。雖然具體的ACE抑制肽的結構與活性的關系還不是很明確，但已經發(fā)現(xiàn)了一些普遍存在的特點。乳源降壓肽的降壓活性與其相對分子質量大小、C端氨基酸、N端氨基酸等有著密切的關系。

2.1 乳源降壓肽的活性與分子大小的關系

ACE抑制肽的通常含有2～12個氨基酸，但是也有一些降壓肽含27個氨基酸以上的肽段[9]。2010年，Jiang等[10]采用超濾分離AS1.398中性蛋白酶水解牛乳酪蛋白的水解產物，發(fā)現(xiàn)截留相對分子質量小于10 ku的透過液的IC50值為（0.610±0.007）mg/mL，相對分子質量為3 ku到10 ku的透過液的IC50值為（0.568±0.016）mg/mL，而相對分子質量小于3ku的透過液的IC50值為（0.461±0.009）mg/mL，這說明透過液的相對分子質量越低其降壓活性越高，即大部分具有降壓活性的乳源降壓肽片段的相對分子質量小于3 ku；同年，Chen等[11]也采用超濾技術從發(fā)酵馬奶中分離出相對分子質量小于3 ku、3 ku至10 ku、大于10 ku的三種肽片段，其中相對分子質量為3 ku至10 ku、大于10 ku的兩種肽片段的IC50值大于100 mg/mL，而相對分子質量小于3 ku的肽片段的IC50值為（80.11±2.13）mg/mL，ACE 抑制率為 55.29%；Tavares等[12]、Ruiz-Giménez等[13]也發(fā)現(xiàn)相對分子質量小于3 ku的乳蛋白透過液具有較強的ACE抑制活性，具有ACE抑制活性的多肽大部分存在于相對分子質量小于3 ku的透過液中；潘道東等[14]也采用超濾技術對乳清蛋白的胰蛋白酶水解產物進行分離，并且測定相對分子質量小于6 ku，6～10 ku，大于10 ku的透過液的ACE抑制率，發(fā)現(xiàn)相對分子質量小于6 ku的透過液的ACE抑制率最大，為64.26%。

從以上報道可以推測，乳源降壓肽的降壓活性與其相對分子質量大小有關，主要是小肽發(fā)揮活性作用，乳源降壓肽降壓相對分子質量越小其活性相對比較強。但相對分子質量并不是影響乳源降壓肽活性的唯一因素，很多人認為多肽的序列是更重要的影響因素。例如，二肽Try-Lys的分子量為300 u，其IC50為1.63 μmol/L，而11 肽MIPPGGAGGPGL分子量為1.3 ku，其 IC50 為 28.7 μg/mL，兩者均具有較強的ACE抑制活性[15]，所以，乳源降壓肽的活性也受到其序列的影響。

2.2 乳源降壓肽的活性與其氨基酸序列結構有關

乳源降壓肽的活性除了受其相對分子質量大小的影響，還受其氨基酸序列結構的影響。有研究表明，乳蛋白抑制肽的結構與活性的關系主要是由一級結構中疏水性氨基酸、Pro、C端帶正電荷的氨基酸以及N-端氨基酸的存在狀況綜合作用的結果[16]。

2.2.1 乳源降壓肽的活性與其C端氨基酸的關系

ACE抑制肽與ACE酶的位點結合是ACE抑制肽發(fā)揮活性的主要因素，ACE抑制肽的C末端三肽序列對肽段與ACE酶的結合程度有著強烈的影響，即C端氨基酸影響ACE抑制肽的活性[17]。通過對于不同結構ACE抑制肽的研究顯示，ACE的抑制肽活性與其C端疏水性氨基酸密切相關[18,19]。如表1所示，我們可以知道乳源降壓肽的一級結構中存在大量的疏水性氨基酸，尤其是C端三肽的位置，即除了少數(shù)肽段外，絕大部分的乳源降壓肽的活性與其C端疏水性氨基酸的含量正相關。

表1 乳源降壓肽活性與其C端疏水性氨基酸的關系

但是疏水性氨基酸的含量不是影響ACE抑制肽活性的唯一因素，C端Lys、Pro、帶正電荷氨基酸的存在也會影響其活性的發(fā)揮。Tavares等[12]從乳清蛋白水解液發(fā)現(xiàn)的肽段RELEEL、RELKDL擁有較強的ACE抑制活性，即C未端存在Lys能夠提高ACE抑制活性；大量對不同結構ACE抑制肽的研究顯示，ACE抑制肽C端氨基酸中Pro的存在位置及分布對其活性強弱有很大的影響，一般情況下ACE抑制肽的C末端以及C端三肽位置上存在Pro時，其具有很高的ACE抑制活性[26]。如表2所示，乳源降壓肽C末端及三肽位置上存在Pro時，其IC50較低，ACE抑制活性較高，符合上述規(guī)律；由表3我們可以看出，對LHLPLP肽段修飾后合成肽段中LHLPLR的IC50值最小[26]，即ACE抑制活性最高，也就是說C末端有Arg的存在，其ACE抑制活性較高。也有研究ACE抑制肽抑制活性與其結構關系的資料表明：ACE抑制肽C末端存在Arg（胍基正電荷）和Lys（ε-氨基正電荷）可以提高其ACE抑制活性[24]。

表2 乳源降壓肽C端Pro的存在位置與其活性的關系

表3 LHLPLP肽段進行修飾后合成肽段的ACE抑制活性[26]

2.2.2 乳源降壓肽的活性與其N端氨基酸的關系

由表1和表2可以看出，絕大部分N端存在芳香環(huán)氨基酸或者堿性氨基酸的乳源降壓肽的活性比較高，即肽的N端具有芳香環(huán)氨基酸或堿性氨基酸時，能提高其活性。有些研究表明[27-28]，ACE抑制肽的N端為Leu、Ile、Val等氨基酸殘基的肽段時，其降血壓效果較顯著，但N端為Pro時其活性反而降低。可是隨著發(fā)現(xiàn)的乳源降壓肽越來越多，結構更多種多樣，有些文獻顯示乳源降壓肽N端結構與其活性沒有相關性[26,29]，所以乳源降壓肽結構與活性的關系還有待進一步研究。

2.3 ACE抑制肽的定量構效關系

隨著不同結構的ACE抑制肽不斷從食物蛋白水解液中分離出來，學者們發(fā)現(xiàn)有許多活性極強的肽并不滿足上述規(guī)律。因此，如何準確表征ACE抑制肽的結構，預測肽的活性，闡明其作用機理，并在此基礎上進一步開發(fā)ACE抑制肽類藥物已成為目前亟待解決的問題[30]。定量構效關系(Quantitative structure activity relationship，QSAR)作為一種定量描述活性物質結構與活性關系的有效手段，具有量效關系明確、信息豐富、對未知化合物活性預測能力強等優(yōu)點。計算機輔助分子設計的方法為功能食品的開發(fā)和創(chuàng)新提供了一種新的手段[31]。由于ACE抑制肽是一類相對分子質量較小的短肽（一般低于1 500 u），對其結構的定量描述不會過于復雜，因此具有可行性。對ACE抑制肽進行QSAR研究將有助于深入理解肽的結構特征以及活性機理，并有利于新的具有更強活性的抑制肽的設計。

目前這部分的研究報道并不多，他們的研究結果也有待于進一步驗證。如：劉靜[32]等收集20種天然氨基酸的457種理化性質，按照疏水、電性特征、氫鍵貢獻和立體特征分類后，對它們分別進行主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)，得到一個新的氨基酸殘基結構描述符SVHEHS（Scores vector of hydrophobic，electronic，hydrogen bonds and steric properties），此描述符能用于ACE抑制肽的活性預測和分子設計，有利于ACE抑制肽的深入研究。蘇淅娜[30]等則比較了多元線性回歸(Multiple linearregression，MLR)、偏最小二乘(Partial least square regression，PLS)、人工神經網(wǎng)絡(Artificial neural networks，ANN)3種建模方法優(yōu)劣，發(fā)現(xiàn)ANN和PLS模型的擬合能力、模型穩(wěn)健性以及預測效果均優(yōu)于MLR模型，更適合于ACE抑制肽的QSAR研究。

綜上所述，目前對乳源降壓肽的抑制活性的研究主要集中于一級結構，雖然空間結構的研究偶見報道，但并沒有形成理論。一級結構方面，抑制活性主要由兩個因素決定：多肽的分子量以及多肽的氨基酸組成和結構，乳源降壓肽的活性是它們綜合作用的結果。乳源降壓肽肽有如下特點：①相對分子質量比較低，小于3 ku，大約包含2～12個氨基酸殘基。②一級結構含有大量疏水性氨基酸，C端存在Pro、Leu、帶正電荷的氨基酸有較高的ACE抑制活性；③在N端具有芳香環(huán)氨基酸或堿性氨基酸時，活性比較高，相反，在N端為Pro則活性降低。

目前國內外構效關系的研究是該領域的一個熱門問題，是探究降壓機理的必需步驟，但對ACE抑制肽的結構分析還局限于對已知序列的肽進行定性的分析，因此對其作用的構效關系等方面還需要進一步加強研究。

3 食品中乳源降壓肽的應用

在發(fā)達國家，具有營養(yǎng)保健功能的食品的銷量不斷上升。據(jù)報道，每天食用適量的降壓肽可以降低血壓，其效果與食用化學合成藥物差不多[33]。乳源降血肽的降壓功能顯著，具有化學合成藥物不可比擬的優(yōu)勢，近年來，人們將其作為一種配料添加到食品中，生產出可供正常人或輕度高血壓患者食用的具有預防和治療高血壓功效的功能性食品。

表格4列舉了市場上一些被登記的具有降血壓活性的含有乳源降壓肽的產品。Calpis和Evolus都是由乳酸菌發(fā)酵而成的具有降壓功能發(fā)酵乳，它們是兩種研究得比較多的保健食品。經檢測，發(fā)現(xiàn)在這兩種發(fā)酵乳中含有源于β-酪蛋白和κ-酪蛋白的乳源降壓肽VPP和IPP，另外Jauhiainen[34]等發(fā)現(xiàn)這兩種飲料還具有預防動脈粥樣硬化的功能。除此之外，人們還生產出如Festivo奶酪、Ingredia糖果等具有降血壓活性的保健食品。目前，國外有大量的含有生物活性肽的產品獲得專利，相關的保健食品也逐步上市。但是，國內對生物活性肽的利用主要集中在護膚品和醫(yī)藥領域，如活性肽蠶絲面膜、膠原活性肽補水調理露、生物活性肽沁柔滋養(yǎng)晚霜、維億陽光正品盒裝成人型活性肽蛋白粉、紅水保濕排毒疹皮炎bfgf凍干粉等，其功能主要是抗衰老。而在食品方面的應用比較少，主要是含活性肽功能飲料，其功能主要是抗疲勞。因此，在國內開發(fā)具有降血壓功能的食品的前景十分廣闊。

表4 具有降血壓活性的含有乳源降壓肽的產品

在食品工業(yè)生產作為食品配料使用過程中，我們需要考慮乳源降壓肽的感官特性和生產過程可能對它的活性的破壞作用。雖然酶法水解蛋白質可得到多種具有高ACE抑制活性的降壓肽，但在水解的同時也會相應的有苦味肽的形成，這就嚴重影響了水解產物的應用。據(jù)文獻顯示，苦味肽的脫除是制約乳源降壓肽在食品中的應用[42]的一大難題。食品的加工過程雖然可以改善食品的營養(yǎng)、風味、貨架期和安全性等，但同時也可能破壞乳源降壓肽的活性，使其活性降低或消失。但是隨著膜分離技術的快速發(fā)展，這些問題得于改善：在加工過程中，通過工藝優(yōu)化，選擇合適的底物、酶和水解度并加以控制可以降低苦味，減少加工過程對乳源降壓肽活性的影響。

隨著乳源降壓肽的應用，它的安全性問題也受到了大家的關注。從理論上講，乳源降壓肽在體內會很自然的降解為游離氨基酸，很容易被人體吸收，沒有毒副作用，即乳源降壓肽是安全的。目前已經很多學者通過一系列的體外基因毒性測試和體內毒理學研究，對乳源降血壓肽的安全性進行了評估，認為該類肽是安全的。Phelan等[37]對乳源性生物活性肽的安全問題研究進行了總結，沒有證據(jù)表明乳源性生物活性肽具有毒副作用。Alemán等[43]的研究表明，大鼠使用單劑量（2 000 mg/kg），或是每日重復劑量（1 000 mg/kg連續(xù)使用4周）含降血壓肽的酪蛋白水解產物，不會對血液生化指標、血項、主要器官重量比、組織結構病理等參數(shù)和死亡率產生任何不良影響。美國實驗生物學聯(lián)合會的生命科學研究中心（FASEB）、國際食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）以及歐盟食品安全局（EFSA）等國際權威機構也認為蛋白質的水解產物不會損害人體健康[44]。因此，總體上乳源降血壓肽是安全的，但應注意避免生產過程中的各種處理技術對乳源降壓肽的質量、穩(wěn)定性和安全性帶來潛在的負面影響。

4 展望

酪蛋白磷酸肽（Casein phosphopeptides，CPPs）是乳源生物活性肽中被研究和開發(fā)最早的一種，具有結合礦物質的作用，也是酪蛋白生物活性肽中研究最多的一種[45]。CPPs生產企業(yè)生產過程中，有近80%的蛋白質副產物（Casein phosphopeptides by-product，CPPBP）未被合理利用，作為飼料或廢物棄去[46]，造成資源浪費和環(huán)境污染。因此，最大程度地開發(fā)CPPBP中的活性肽，具有很大的經濟效益和社會效益。本課題組前期已確認CPPBP的降壓效果，并對有活性的多肽組分進行了工業(yè)化程度的粗分離富集，為本文的研究提供了支持。本文在前期研究基礎上分離、純化CPPBP中的ACEI肽，對主要活性肽進行氨基酸序列測定，以及對pH、溫度和模擬胃腸消化系統(tǒng)的影響進行研究。該結果能為ACEI肽的理論研究提供基礎數(shù)據(jù)，并為商業(yè)化開發(fā)利用CPPBP提供技術支持。

隨著社會的進步、經濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對食品的要求越來越高，人們期望直接通過膳食起到預防疾病，或者促進身體健康的作用。所以，開發(fā)具有調節(jié)血壓作用的功能食品是具有重要理論意義和應用價值的。而乳源降壓肽其性質溫和，來源更廣泛、消費者排斥心理更小、服用更方便、活性更強，且對正常血壓的人無作用，同時還具有免疫活性、促進消化吸收、減肥等多種附加功效，使其在食品等領域具有廣泛的應用前景。目前，市場上的乳源降壓肽產品在食品領域所占不多，而且主要集中在乳制品上。隨著人類對天然功能食品的迫切需求，對乳源降壓肽的研究必然會不斷深入，進一步探討乳源降壓肽的構效關系，揭示乳源降壓肽的作用機制，將為人工合成、改造、開發(fā)乳源降壓肽食品或輔助藥物提供重要的理論依據(jù)。

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