水產膠原蛋白及其生物活性肽的研究進展

◎ 宋彥卓，于明曉，康春梅，黃周金

（美泰科技（青島）股份有限公司，山東 青島 266400）

膠原蛋白是動物結締組織最豐富的蛋白質，主要存在于皮膚、肌肉、骨骼、韌帶、牙齒和血管等部位[1]。目前已知存在29種膠原蛋白，其中I、II、III、IV、V和XI膠原蛋白較為常見[2]。膠原蛋白是由3條肽鏈構成的三螺旋結構，其多肽鏈包含由（Gly-X-Y）n構成的重復序列結構，其中X多為脯氨酸，Y多為4-羥基脯氨酸[3]。膠原蛋白能夠維護細胞、組織、器官的正常生理功能和損傷修復，作為新生組織的天然結構支架，在傷口愈合的所有階段，包括止血、炎癥、增殖和重塑都發揮著重要作用[4]。本文主要從水產膠原蛋白提取方法、水產生物抗氧化肽、抗菌肽和降糖肽等角度對水產膠原蛋白及生物活性肽進行研究與綜述，為水產膠原蛋白及生物活性的后期研究提供幫助和借鑒。

1 水產膠原蛋白

水產膠原蛋白主要以魚皮、骨骼、軟骨和鱗片等為原料而制備，具有生物相容性好、無動物疾病及病原體風險、生物污染物和毒素含量低等優勢，近年來已引起研究學者的廣泛關注。與牛或豬等哺乳動物來源的膠原蛋白相比，水產膠原蛋白的生物利用率更高，且具有低抗原性、低致敏性等特點[5]。水產膠原蛋白在氨基酸組成和生物相容性方面與傳統的牛和豬膠原蛋白相似。由于魚類來源的膠原蛋白中脯氨酸和羥脯氨酸的含量較低，與哺乳動物膠原蛋白（39～40 ℃）相比，魚膠原蛋白具有較低的變性溫度（大多數魚種為25～30 ℃）和可變成分[6]。

1.1 魚皮膠原蛋白

魚皮中的膠原蛋白通常為I型膠原蛋白，其含量占總量的80%。魚皮膠原蛋白具有高分散性、吸水性和乳化性，表現出良好的保水能力，無刺激性。研究表明，鮰魚魚皮和鲅魚魚皮酸溶膠原蛋白的變性溫度分別為36.5 ℃和27.5 ℃，從羅非魚、鯰魚、鯧魚和鯖魚的皮膚中提取膠原蛋白需要較低的提取溫度（略低于 13.26 ℃）[7-8]。

1.2 魚鱗膠原蛋白

魚鱗中獲得的膠原蛋白具有典型的I型膠原蛋白的特性，包括由兩條α1鏈和一條α2鏈構成的三股螺旋結構。魚鱗膠原蛋白具有生物相容性、保濕性和可生物降解性。研究表明，自羅非魚、鯰魚、鯧魚和鯖魚的鱗片中提取膠原蛋白需要較低的提取溫度（16.60～19.03 ℃）和較長的提取時間，與魚皮相比，提取率更低[9]。魚鱗膠原蛋白具有較好的吸水性，可用于醫藥領域。王茵等[10]以魚鱗膠原蛋白與殼聚糖按比例制備止血海綿，試驗證明，該海綿具有多孔三維立體結構，對皮膚無刺激性和致敏性，是創傷修復生物材料的理想來源。

2 水產膠原蛋白的提取方法

水產膠原蛋白的提取方式一般可分為酸法、酶法、堿法以及溫水浸提法等。膠原蛋白纖維以三螺旋形式存在，由于穩定的分子間和分子內氫鍵交聯結構，膠原蛋白纖維不易溶于水。一般來說，根據原料和提取方法不同，可以進行堿性或酸性預處理。稀酸或稀堿預處理可使膠原蛋白溶脹，并保持膠原蛋白結構完整。此外，在提取前需要對原材料進行軟化，以保證高效提取來自機體中礦物質含量較高部分（如骨、軟骨和鱗片）的膠原蛋白。LIU等[11]利用堿預處理和酸提取方法制備草魚皮酸溶膠原蛋白（ASC）。結果顯示，采用0.2 mol/L和0.5 mol/L的NaOH預處理會造成ASC的提取率明顯降低，0.5 mol/L的NaOH預處理會引起ASC發生結構改變。當乙酸濃度為0.1～0.5 mol·L-1，ASC提取不完全。最優方案為在4～20 ℃條件下，0.05 ～ 0.10 mol·L-1NaOH 預處理、0.5 mol·L-1乙酸提取，所得膠原蛋白結構完整，提取效率最高。

3 水產膠原生物活性肽

生物活性肽對身體功能產生的有益影響超出了其已知的營養價值。生物活性肽具有多種生理活性，包括抗高血壓、抗菌、抗血栓、免疫調節、抗氧化和礦物結合功能[12]。

3.1 抗氧化活性肽

魚類資源豐富，易于捕獲，是制備抗氧化活性肽最常用的原料來源。WU等[13]從鮭魚皮膠原蛋白酶解產物中分離出抗氧化活性成分（＜3 000 Da），通過分子排阻色譜進一步純化抗氧化肽，發現分離組分能夠降低人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）中DPPH·（73.29%±1.03%）、OH·（72.73%±3.34%）和胞內ROS水平，保護DNA免受氧化損傷。該組分的氧化自由基吸收能力（ORAC）為（2.78±0.28）mmol TE·g-1。鑒定抗氧化肽序列為Pro-Met-Arg-Gly-Gly-Gly-Tyr-His-Tyr，該肽通過ORAC測定顯示具有較好的抗氧化活性（2.51±0.14） mmol TE·g-1。

3.2 降血壓活性肽

近期研究發現水產膠原肽產品具有較好的降血壓功效。ZHUANG等[14]評估了長期口服海蜇膠原蛋白肽（JCP）對血管性高血壓大鼠（RVHs）的降壓作用。結果表明，攝入JCP后，RVHs的收縮壓和舒張壓明顯降低。但在長期口服大劑量JCP治療期間，雖然其血漿中血管緊張素II（Ang II）濃度無顯著變化，但對RVHs腎臟中Ang II濃度仍表現出明顯的抑制作用，該結果提示腎臟是JCP的主要靶標部位。孫珊珊等[15]通過復合蛋白酶水解羅非魚魚皮，制備降壓肽。采用超濾法對酶解物進行分離純化，并分析具有較高ACE抑制活性的肽段的氨基酸序列。結果提示，相對分子質量低于2 000 Da的組分，其主要包含Gly和Pro兩種氨基酸，ACE抑制活性最高（65.14±0.88%）。

3.3 抗菌肽

抗菌肽相對分子量小于10 kDa，其中疏水性氨基酸含量較高。OUYANG等[16]開發了一種殼聚糖-羅非魚膠原肽水凝膠（CSMP），該凝膠顯示出良好的抗菌活性、能夠促進細胞增殖、遷移以及燒傷傷口的愈合。在連續使用CSMP處理燒傷傷口，至第7 d觀察到重新上皮化以及膠原纖維的沉積，至第14 d上皮完全再生，至第21 d傷口完全愈合。此外，CSMP可以上調FGF2和VEGF的表達水平。該結果提示CSMP能夠促進皮膚再生，對燒傷皮膚的愈合具有較好的應用前景。

3.4 降糖肽

降糖肽具有降血糖作用且毒副作用小，在功能食品和藥品領域具有開發價值，應用前景廣闊。目前，采用酶制劑水解前體蛋白釋放目的活性肽片段是制備降糖肽的常用方法。SASAOKA等[17]以鱘魚副產品（魚皮、鰭和骨等）制備鱘魚膠原肽。動物試驗表明膠原肽可顯著抑制大鼠血糖升高，DPP-VI抑制活性IC50值，為934 μmol·L-1。其降糖機制是抑制小腸對葡萄糖的吸收，抑制血液中的DPP-IV，維持血液中高的GLP-1水平，刺激胰島素分泌[18]。EUNICE等[19]由鮭魚魚皮明膠經堿性蛋白酶、菠蘿蛋白酶和風味酶水解制備膠原肽，并測定該膠原肽的DPP-IV的抑制活性。結果表明，當風味酶/底物比率為6%時，酶解物顯示出最強的DPP-IV抑制活性（45.2%）。用截留分子量為1 kDa和2.5 kDa的膜過濾對水解物進行超濾分餾，小于1 kDa組分的DPP-IV抑制活性最高，IC50值達到1.35 mg·mL-1。通過HPLC進一步分離的F-1餾分顯示對 DPP-IV 的 IC50值為 57.3 μg·mL-1，肽序列被確定 為 Gly-Pro-Ala-Glu（372.4 Da） 和 Gly-Pro-Gly-Ala（300.4 Da）。通過體外合成上述兩種短肽，均具有劑量依賴性的DPP-IV抑制作用，IC50值分別為49.6 μmol·L-1和 41.9 μmol·L-1。以上結果表明，鮭魚皮膠原肽或將成為預防Ⅱ型糖尿病的功能食品或藥品的有益成分。

4 結語與展望

膠原蛋白在營養品、藥妝、生物醫學、生物材料和食品工業等不同領域均有廣泛應用。近年來，水產膠原及活性肽因其具有作為功能性食品添加劑和治療劑的潛在用途而備受國內外研究學者的關注。水產膠原活性肽因其具有抗氧化、抗菌和抗光老化等生物活性，已應用于皮膚健康產品的開發。然而，目前大多數的水產膠原活性肽仍處于研究階段，需要對長期使用的安全性、生物利用度以及功效機制等進行深入研究，以成功實現商業化。