水产品生物活性肽的研究进展

1、水产品生物活性肽的研究进展海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心摘 要 水产品种类繁多，所含氨基酸比例与人体氨基酸组成接近。与陆生动植物蛋白来源的生物活性肽相比， 水产品生物活性肽具有自身优势， 这引起了研究人员的广泛关注， 成为近年来食品领域的研究热点。 该文概括了水产品生物活性肽的基本概念、研究现状，制备方法及构效关系，并以鱼类、贝类、甲壳类动物为例，综合阐述了水产品抗氧化肽、降血压肽、抗菌肽等生物活性肽的研究进展。最后， 对水产品生物活性肽当前发展中的共性问题进行了总结与展望， 为水产品生物活性肽进一步开发利用提供参考。关键词 水产品；生物活性肽；功能活性；制备；研究进展生物活性肽

2、是以蛋白质为原料， 经过水解及分离纯化后得到的具有特殊生物活性的蛋白水解物。 生物活性肽相比于蛋白质水解产物氨基酸而言， 更容易被人体吸收利用。 生物活性肽能够调节机体生命活动， 具有一定的药用特性和营养特性， 在日益关注健康与饮食的今天， 越来越受到人们的重视。 但是在亲本蛋白序列中， 肽是无活性的， 必须释放才能发挥其作用， 目前主要通过直接提取法或酶水解法获得。国内外研究的活性肽主要来源于陆生动植物， 如研究最早也是最深入的陆生动物乳、肉、蛋活性肽，以及植物来源的大豆肽、大米活性肽、玉米活性肽1 。水产品生长环境独特， 是结构多样的生物活性肽的丰富来源， 近年来引起学者的极大兴趣。1水产

3、品生物活性肽概述水产品生物由于其极端的生长环境，相较于陆生动植物蛋白来源于的蛋白质， 显示了出独特的优势与特性。譬如，藻类生物为了防止严重的氧化损伤， 可以产 生抗氧化肽而提供自我保护 3水产品生物毒性较强的多肽类，通常作用于离子 通道，具有特定的生理活性，如神经保护肽、镇痛肽、抗病毒肽等七研究显示， 大多数水产品加工副产物的蛋白水解产物中Gly、Pro、Val、Tyr和Glu的含量更高4。水产品生物活性肽的优势与特性见表 1。表1水产品生物活性肽的优势与特性Table 1 Advantages and characteristics of aquatic product bioactive

4、peptides优势._, _抄上_11 ：，具有建片构泡编性.在在大的中F*衽k HI使也国内民史国 好性定住，亭易更择出如理W生化也f3隹啮品若把战第上直晶的保尔此力门，日有包轩杓起咆却轧化胖击.国计可用柞客忖土星的刃化和7L沌比成行.并fj,助于泡袜状产品同花成制巨工化口卜府收连车而准近-t门大,依已报道的口鬣白水餐期中AittGluI 太亭*产品加工事产物的董白木斛产看中（口口小。,V*L. Fyr 府Irlu的唐恸孜高，：未产生检活性叫4卷14一些特琳期眈如物产生灿邪?奘将洋心1件杆也批强大如温性.帕*Ft、目前，尽管已经报道了大量鱼类来源的生物活性肽，但是其他水产品生物, 例如甲壳

5、类、软体动物来源的生物活性肽尚未被大量研究。而以水产品鱼、虾、 贝、甲壳类为主的抗菌、降血压、抗癌活性肽也未进行过系统的概述。2水产品生物活性肽的制备、分离纯化和结构鉴定方法2.1 水产品生物活性肽的制备方法通常从生物体中获得生物活性肽主要有以下 3种途径：（1）通过提取直接从 生物体内分离得到天然活性肽类；（2）通过体外水解蛋白质降解获得具有生理功 能的活性肽；（3）人工合成法制备生物活性肽，酶合成、化学合成或重组DNA技 术。目前在水产多肽的制备中酶法水解是一个热门技术，尤其在食品与药物中，因为该过程安全、可控，反应条件温和。同时，蛋白质类物质在酶的催化下，降解产生的小肽， 不会与体内氨基

6、酸吸收产生竞争， 因此可以用制备得到的多肽模拟人体蛋白的体外降解。2.2 水产品生物活性肽的分离纯化和结构鉴定方法水解产物本身也可以用作生物活性化合物的商业来源。 但是， 从水产生物中提取的多肽，通常含量较低，而经分离纯化后的肽其生物活性较高。因此，分离纯化程度是水产活性肽研究的关键环节。 目前， 水产品生物活性肽已通过多种技术进行了研究， 包括超滤、 凝胶过滤、 离子交换色谱和反相高效液相色谱技术12 。纯化后的水产品生物活性肽一般需要深入进行结构鉴定的研究。 通常采用质谱技术、 凝胶过滤色谱、 电喷雾串联质谱、 高效液相色谱分离或蛋白质测序阐明其一级结构用于检测分子质量、氨基酸序列或氨基酸

7、组成。3 水产品生物活性肽的研究进展3.1 抗氧化活性肽区别于植物体中通过抑制线粒体损伤或抑制亚麻酸氧化体系的脂质过氧化和畜禽体中抑制必需脂肪酸的过氧化而具备的抗氧化功能， 水产品中的抗氧化活性是由于疏水性氨基酸或小分子肽的抗氧化作用。 目前， 具有抗氧化能力的小分子活性肽已成为当前的研究热点之一13 。3.1.1 源于鱼类鱼类资源丰富易捕捞， 是制备抗氧化肽最常见的水产资源。 目前鱼类抗氧化肽的制备多来源于低值鱼及其下脚料。 SAMPATH 等14 采用连续色谱分离技术从竹荚鱼和黄花鱼的皮肤蛋白水解物中纯化出 2 种具有抗氧化特性的肽。并利用电子喷雾电离双质谱法鉴定其肽序列分别为 Asn-H

8、is-Arg-Tyr-Asp-Arg 和 Gly-Asn-Arg-Gly-Phe-Ala-Cys-Arg-His-Ala 。结果表明与天然抗氧化剂a -生育酚相比， 这 2 种肽均显示出更高的抗多不饱和脂肪酸过氧化活性， 可有效地用作食 品添加剂和药物。3.1.2 源于贝类贝类蛋白在水产品功能活性肽的研究中占比相对较多，但起步较晚。目前，酶法水解贝类多肽研究较多， 主要集中在对扇贝、 牡蛎和文蛤等重要贝类资源的利用。 WANG 等15采用凝胶过滤色谱法和反相高效液相色谱技术分离纯化牡蛎水解物的抗氧化活性肽，采用新技术纳米ESI-MS/MS 分析氨基酸序列，得到 2种新型抗氧化肽， Pro-Va

9、l-Met-Gly-Asp 和 Gln-His-Gly-Val ， 这 2 种肽在其序列中分别包含组氨酸和蛋氨酸， 与当前其他抗氧化肽没有任何显著同源性， 有助 于中国工业更好地利用廉价的生物活性材料。3.1.3 源于甲壳类甲壳类动物不同于其他动物， 外壳坚硬、 体积较大， 从虾蟹壳中制备抗氧化肽，原料数量大。黄湛媛等16 为实现竹节虾的高值化利用，采用超声辅助酶解工艺对其虾头副产物进行酶解， 利用超高压液相色谱串联质谱技术对肽结构进行表征，结果显示相对分子质量 3 kDa) 可被鉴定为潜在的冷冻保护剂。3.2 降血压活性肽世界各国高血压平均发病率为10%20% ,在我国目前，大约有25%的成

10、年人患有此病， 预计到 2025 年这一比例将高达29% 22 。 从水产品中分离纯化得到的食源性降血压肽， 来源于生物体本身， 相对于人工合成的降压药而言， 具有对人体组织温和、安全、亲和力强，药效持久，无副作用等优点。因此从水产品中分离纯化降血压肽更加符合当代人的消费理念，具有较好的发展前景。酶解水产品制备降血压肽， 最早是从带鱼和沙丁鱼开始的， 在接下来的数十 年间，越来越倾向于向水产品中开发探索血管紧张素转换酶抑制成分，发现虾、螃蟹、藻类、贝类、罗非鱼等水产品的酶解物中，都存在此物质。3.2.1 源于鱼类水产生物中的降血压肽， 最早是从鱼贝类中提取的， 目前更多的是集中于对其降血压机理

11、的研究。部分研究表明血管紧张素转化酶(angiotensinconverting enzyme , ACE)抑制肽的活性与其结构具有一定的关系，已经报道活性肽在N-末端具有脂肪族氨基酸如 Val、Met和Ile,以及诸如Pro、Phe的芳香族氨基酸，将具有较强的抑制作用 23 。此外，大多数抑制 ACE 的肽至少有1个脯氨酸残基。吴靖娜等24 利用复合蛋白酶酶解制备罗非鱼鱼皮胶降血压肽，为测定高 ACE 抑制率的氨基酸组分，通过超滤膜对不同分子质量组分截留纯化，从而比较不同组分ACE 抑制率。结果表明， ACE 抑制活性最强的组分集中在相对分子质量小于 2 000 Da 以下， 对该组分发挥作

12、用的氨基酸主要是Gly 和 Pro 。3.2.2 源于贝类某些海洋贝类肽能够抑制 ACE 活性，这些活性多肽通常是加密在亲本蛋白的一级结构中， 只有当其被释放出来后才表现出来。 牡蛎因其高价值高产量等特点，一直是贝类生物活性肽研究的热点。WANG 等25 选用胃蛋白酶酶解牡蛎蛋白， 从牡蛎蛋白中释放出 ACE 抑制肽，并采用 Sephadex LH-20 凝胶过滤色谱和反相高效液相色谱进行分离，制备出具有序列 Val-Val-Tyr-Pro-Trp-Thr-Gln-Arg-Phe 的九肽，通过给予动物口服实验， 证明其 ACE 抑制活性的有效性。 LIU 等26 采用酶法从珍珠牡蛎肉蛋白中制备

13、降血压抑制肽，采用超滤，聚乙二醇甲基醚改性的固定化金属离子亲和介质， 以及反相高效液相色谱对其水解产物进行分离纯化得到 2 种新型的 ACE 抑制肽(His-Leu-His-Thr 和 Gly-Trp-Ala) 。结果表明， 2 种肽均具有较高 ACE 抑制活 性值，分别为(458.1 3.2)和(109.3 1.5) gol/L，可通过降低大鼠血压来证明 其降压活性。3.2.3 源于甲壳类甲壳类降血压肽具有分子质量小、易吸收等特点。李锐等27 采用体外模拟肠胃消化的方法对克氏原螯虾虾头进行酶解，并通过超滤、凝胶色谱、离子色谱、反向高效液相色谱相结合的方法对其降血压肽进行分离纯化， 得到一种新

14、型ACE降血压肽，分子质量为 225 u ，肽序列为 Pro-Val 。朱国萍 28 采用自溶法从其虾头副产物中获得降血压肽。结果显示， 3 000 Da 超滤膜产物的 ACE 抑制活性和肽含量的活性较高， 通过 Sephadex G-25 、 反相高效液相色谱(Reverse phase-high performance liquid chromatography ， RP-HPLC) 对该组分进行进一步的分离纯化， 经电喷雾离子源质谱鉴定， 推测为 2 种二肽为 Tyr-Pro 和 Leu- Pro 与 Ile -Pro 。3.2.4 源于藻类藻类植物中具有降血压活性的物质有多肽、 胡萝卜

15、、 多糖等， 目前从藻类中提取降血压肽研究较多。 KO 等29 对海洋小球藻中的降压肽进行了研究，结果发现碱性蛋白酶水解液具有最高的 ACE 抑制活性，并对碱性蛋白酶解液分子质量进行分级，范围为低于5 kDa,510 kDa和高于10 kDa。结果显示低于5 kDa的级分显示出最高的 ACE 抑制活性，并用于随后的分离纯化；在对其进行进一步分离纯化与结构鉴定时，发现一个降血压四肽Val-Glu-Gly-Tyr(IC 5。128.4mol/L) 。姚兴存等 30 采用木瓜蛋白酶酶解条斑紫菜制备活性寡肽，并对其酶解液进行层析分析，测得相对分子质量小于 2 000 Da 活性肽具有降血压活性，在最优

16、条件下测定ACE抑制肽的半抑制浓度IC50值为4.5 mg/mL。除此之外，国外不少研究人员也对藻类生物中的血管紧张素转换酶抑制肽进行分离纯化， 鉴定其蛋白水解产物的降压作用并通过了解它们的细胞作用机制，建立结构- 抑制关系来评估它们在临床前和临床试验中有效性31 。3.2.5 源于其他水产原料除了对几种常见种类生物的降血压肽有研究外， 软体动物、 肠腔动物中的降血肽也有研究。 BALTI 等32 将乌贼肌肉蛋白质进行水解制备降血压肽，通过各种类型的色谱分离纯化活性肽， 利用电喷雾质谱和电喷雾串联质谱测定其分子质量和氨基酸序列， 发现 9 种新的 ACE 抑制肽， 其中最有效的肽的结构被鉴定为

17、 Val-Glu-Leu-Tyr-Pro ， Ala-Phe-Val-Gly-Tyr-Val-Leu-Pro 和 Glu-Lys-Ser-Tyr-Glu-Leu-Pro 。结果表明，最高活性的 ACE 抑制肽 Val-Glu-Leu-Tyr-Pro 作为ACE 的非竞争性抑制剂，将成为营养保健品和药物对抗高血压及其相关疾病的有益成分。3.3 抗菌性活性肽与市面上流通的抗生素相比，抗菌肽不仅能够高效杀死细菌，对部分真菌、原虫、 病毒、 肿瘤细胞也具有很强的抑杀能力。 并且大多数抗菌肽具有较好的水溶性以及稳定性， 对真核细胞具有低毒甚至无毒性， 不容易产生耐药性， 仅含有十肽或者更短肽的氨基酸的寡

18、肽序列，生产成本低33 。3.3.1 源于鱼类鱼类抗菌肽分布范围较广，在鱼体体表黏膜、皮肤、小肠、鳃等组织均有过分离得到抗菌肽的报道， 因此鱼类在受到病原入侵或损伤时能够迅速进行防御并杀害有害物质。 按其生化组织与结构， 可将其分为四类。 第一类为富含某种氨基酸的线性抗菌肽， 不含半胱氨酸。 此种类型的抗菌肽由于富含一些碱性氨基酸和a螺旋结构，有利于在细菌细胞膜形成穿孔，细胞膜内磷脂分子的极性端与抗菌肽的极性端相对螺旋翻转， 破坏细胞膜的完整性， 使细胞的功能丧失， 达到抗菌的目的， 因此又可称为穿孔螺旋模型， 如 Piscidins 、 Pleurocidins 、 Moronecidin物

19、种来源有蹶鱼34等。第二类为具有B折叠结构，是由于含多个半胱氨酸折叠而形成， 如 Hepcidin 、 Cathelicidins ， 物种来源有大弹涂鱼35 等。 第三类为多存在于鱼类的皮肤黏膜中的组蛋白样抗菌肽，如 Parasin ，物种来源有鲢鱼36 等。第四类为经酰胺化、 糖基化修饰的抗菌肽， 这类抗菌肽在相关酶的作用下， 通过高尔基体加工时， 会脱掉 C 端一个或多个氨基酸， 或再与一些糖基结合， 从而变成具有活性的成熟肽，物种来源有鲤鱼37 等。3.3.2 源于贝类在海洋贝类中， 贻贝的抗菌肽研究较为透彻， 它们多数是富含半胱氨酸的阳离子抗菌肽38 。宋宏霞 39 以紫贻贝为原料，

20、采用复配酶法制备抗菌肽，利用Cellulose-52 离子交换柱对其进行分离纯化， 得到具有广谱杀菌作用的抗菌肽，且其抗菌效果中革兰氏阳性菌明显优于革兰氏阴性菌。3.3.3 源于甲壳类1996 年首次从甲壳类生物岸蟹(Carcinus maenas )体内分离出一种小分子的具有杀菌作用的蛋白质40 。不少研究报道显示有3 种类型的抗菌肽，一种是仅对革兰氏阴性菌具有专一的杀菌作用， 一种是仅对革兰氏阳性菌具有专一的识别抑制作用，还有一种是对2 种菌都起到抑制及杀死作用。 EVANS 等41 将杀死的革兰氏阴性杆菌注射到加利福尼亚刺龙虾中时， 在血液淋巴中出现诱导的杀菌素。抗脂多糖因子(anti-

21、lipopolysaccharide factor ，抗菌肽 ALF) ，是一种小的碱性蛋白质，已被证明对革兰氏阴性菌及阳性菌均具有抑制或杀死功能42 。ENRIQUE 等43 从海洋虾南美白对虾中克隆了ALF ，并检测了它在细菌、真菌和病毒感染的先天免疫反应中的作用，这是通过使用体内 RNA 干扰方法 (RNA interference ， RNAi) 分析 ALF 产生的表型来完成的。3.4 其他水产品活性肽传统的治疗手段对肿瘤细胞的专一性作用差， 副作用大， 并且长期服用抗癌药物，人体会产生耐药性。相对于传统的药物治疗，抗肿瘤肽分子质量小，易被人体组织吸收利用。 与传统的抗癌药物相比，

22、其对肿瘤细胞具有较好的靶向作用，亲和力强等优点而备受研究人员的关注。 CHI 等44 通过超滤分级及凝胶色谱技术从血蛤肌肉蛋白水解物中分离出的 2 种肽被鉴定为 Trp-Pro-Pro 和 Gln-Pro ，分子质量分别为 398.4 Da 和 243.2 Da 。 结果表明， Trp-Pro-Pro 具有显着抑制脂质过氧化，并且在水解产物分级和纯化的肽中表现出最高的自由基清除活性。该发现表明， Trp-Pro-Pro 可用于消除在氧化应激条件下产生的过量活性氧(reactive oxygen species ， ROS) ， 并预防由大量自由基引起的癌症。 此外， Trp-Pro-Pro 还

23、可以通过清除自由基和诱导癌细胞凋亡来用于癌症治疗。王竹君 45 也 从螺旋藻粉末中提取到了抗肿瘤肽。动脉和静脉血栓形成是心血管发病和死亡的主要原因， 抑制动脉血栓形成的 策略主要集中在阻断血小板功能上， 抗凝血肽通过防止纤维细胞沉积形成血小板聚集来预防和治疗血栓的形成。JUNG 等46 从蓝贻贝的可食用部分分离出有效的抗凝血寡肽， M.edulis 抗凝血肽 (MEAP) ， 约 2.5 kDa 分子质量类似于来自扇贝内收肌的钙调蛋白的EF-手域的氨基酸序列，能有效地与血液中的凝血活性因子相结合，延长凝血酶和活化部分促凝血酶原激酶时间，增强机体抗凝血功能。4 水产品生物活性肽的结构特征与生物活

24、性关系4.1 氨基酸序列与水产品生物活性肽活性关系不同蛋白质水解物和生物活性肽的氨基酸组成的变化大多数受原材料、 酶源和水解过程中所改变的参数等因素影响。 ACE 抑制肽的抑制作用通过氨基酸的N- 或 C- 末端类型而改变，这完全取决于酶的一级结构和选择 47 。已经报道活性肽在 N -末端具有脂肪族氨基酸如 Val、 Met 和 Ile ，以及 Pro 、 Phe 的芳香族氨基酸，将具有较强的抑制作用，肽C-末端存在Tyr、Phe、Trp、Ala、Gly和Pro有助于提高ACE 抑制活性 48 。并且，大多数抑制 ACE 的肽至少有一个Pro 残基或一个 Gly 残基。 抗氧化活性与氨基酸种

25、类， 序列和疏水性有关， 疏水性氨基酸中 Lys 和 Met 对抗氧化肽的影响最大49 。 迄今为止， 大多数已鉴定的鱼蛋白抗氧化肽较短(516个氨基酸)，并且在其N端和序列中的Pro、His或Tyr处含有疏水性氨基酸(Val 和 Leu) 。 Tyr 主要清除自由基， 因为它们的酚类侧链充当有效的电子给体。 因此， 可以终止自由基链反应50 。 Pro 和 Hyp 似乎在抑制脂质过氧化中起作用51 。大多数水产品加工副产物胶原蛋白研究涉及抗氧化剂和ACE 抑制活性的多肽结构中， 重复了独特的 Gly-Pro-Hyp 序列， 因此抗氧化和 ACE 抑制活性可能与这种独特的氨基酸组成有关 52

26、。水产品中的胶原蛋白对黑色素的合成起显著作用， 酪氨酸酶是控制黑色素代谢和儿茶酚胺的关键酶， SCHURINK 等53研究发现多肽的氨基酸组成，Leu、Val、Phe 、 Arg 和 Ala 对抑制酪氨酸酶可能起主要作用，因此这些氨基酸的组成及序列对皮肤修复能力具有影响。4.2 分子质量与水产品生物活性肽活性关系低分子质量的肽比高分子质量的肽具有更高的生物活性， 因为它们更容易被胃肠道吸收54 。UMAYAPARVATHI 等55 对从牡蛎蛋白水解物中分离出的生物活性肽进行了体外评估。牡蛎水解产物表现出很强的抗氧化潜力，利用 Sephadex G-25 凝胶色谱和 UPLC-MS 对其水解产物进行分离纯化，其中 DPPH 自由基的清除能力最高的3种肽的分子质量均在5001 500 Da,说明分子质量越小抗氧化活性越高，此外分子质量为 515.29 Da 的肽段对人结肠癌具有抗癌活性。 ZHAO 等56 采用酶解法从海参中制备降血压肽， 通过超滤分级法将水解产物分成3 个组分(10 kDa 、 5 kDa 、 1 kDa) ，其