臧 皓,李晓东,李 丽,张 辉*
(1.长春中医药大学,吉林 长春 130117;2.吉林省博大伟业制药有限公司,吉林 长春 130117)
·动物药·
蛇肌肽的生物活性及应用研究
臧 皓1,李晓东2,李 丽1,张 辉1*
(1.长春中医药大学,吉林 长春 130117;2.吉林省博大伟业制药有限公司,吉林 长春 130117)
蛇肌肽广泛分布于多种蛇类、鲸鱼类、海豚的肌肉中,是肌肉的组成成分之一。具有生理pH缓冲作用,清除自由基和抗氧化作用等生物活性,在食品及生物医药领域应用较广,应用于食品领域可提高食物的风味与口感,鉴定猪肉制品中所用原料的真伪,应用于医药领域可治疗或预防心脑血管疾病、刺激造血、防治过敏反应、炎症及痛风,亦可丰胸,具有广阔的开发利用前景。
蛇肌肽;二肽;生物活性;造血;丰胸
化合物1(蛇肌肽)和化合物2的结构式
蛇肌肽在动物中分布广泛,多种蛇类、鲸鱼类、海豚[6]、猪、一些鱼类[7]、牛、羊、鹿、马、鸡、鼠和人的肌肉中都发现了蛇肌肽[8]。由此得出结论:与肌肽,鹅肌肽一样,蛇肌肽也是肌肉的组成成分之一。 随着对蛇肌肽研究的不断深入,蛇肌肽许多生物学活性已被证实,如生理pH缓冲作用、清除自由基和抗氧化等,同时蛇肌肽在食品、医药领域发挥着重要作用。
1.1 抗氧化活性 活性氧类(ROS)包括氧离子、过氧化物和自由基,它们都是生物体在正常生理代谢的有氧呼吸过程中产生的,并且在细胞信号传导和保持机体恒常性起很大作用。然而,在时间以及外界环境影响下(例如暴露于紫外线或热源下),ROS的量会急剧增多。引起这种改变的原因可能是由于明显的细胞结构的损坏,这种显现被称为氧化应激。氧化应激的结果是造成细胞器的损害以及DNA与蛋白质的降解与失活。蛇肌肽既可以抑制血清脂蛋白的氧化[9],还可以对NMDA引起的细胞毒性有很强的抑制作用,明显降低神经元内ROS水平[10-11],使二肽类化合物双链DNA免受氧化损伤。研究证明,蛇肌肽拥有最佳保护效果[12]。
1.2 生理pH缓冲作用 对于鱼类捕食或逃避等激烈的厌氧运动来说,保持其细胞内pH值的稳定具有重要意义。因为糖酵解反应过程中生成的ATP进一步水解生成的质子会使肌肉pH值下降并最终导致糖酵解酶停止工作。而组氨酸二肽能调节肌肉内部的酸碱平衡,使厌氧运动能力维持在一定水平。白色鱼肉中起缓冲作用的主要是无机磷酸盐、肌肽、鹅肌肽和蛇肌肽。20 ℃时,蛇肌肽的pK值为6.93,这说明此化合物是理想的生理pH缓冲液。Abe等[13]研究了温度对鱼类及鲸鱼类肌肉中L-组氨酸及相关化合物的缓冲能力的影响。结果显示,无机磷酸盐、肌肽、鹅肌肽和蛇肌肽的缓冲能力在pH值为6.5~7.5之间较高,在5~40 ℃之间受温度的影响最小。又对脊椎动物肌肉细胞内起缓冲作用的成分进行总结分析,指出组氨酸残基中的咪唑基起到主要的缓冲作用[14]。肌肽、鹅肌肽和蛇肌肽都含有组氨酸,因此都具有很好的pH缓冲作用。
氯化钠是食盐的主要成分,摄取过量容易引起高血压。为了降低高血压发病概率,通常应用氯化钾替代氯化钠作为调味剂,但由于氯化钾的苦涩味道而限制了其在食物和饮料中的应用。在为高血压病人制作的低钠食物中添加蛇肌肽可以有效地矫正氯化钾的味道从而提高食物的风味与口感[15]。
蛇肌肽、鹅肌肽和肌肽在猪的各种肌肉和组织中都可以检测到,组氨酸二肽的含量随着年龄和肌肉类型的不同而变化。蛇肌肽与鹅肌肽在背最长肌里含量相对稳定,因此鹅肌肽与蛇肌肽含量的比例可以评价肌肉的样本。又由于组氨酸二肽受蒸煮等过程的影响不大,故可以通过测定鹅肌肽与蛇肌肽含量的比例来间接鉴定猪肉制品中所用原料的真伪[16]。
3.1 在心脑血管疾病上的应用 心脏骤停是指心脏射血功能的突然终止,大动脉搏动与心音消失,重要器官如脑严重缺血、缺氧,导致生命终止。这种出乎意料的突然死亡,医学上又称猝死。Alabovskii等[17]通过试验发现肌肽或蛇肌肽可以完全恢复缺血性舒张期心脏骤停引起的心功能收缩异常,心跳恢复的同时不增加肌红蛋白和腺苷损失,也不增加左心室压力。
Majid等[18]研究发现,蛇肌肽可以预防或治疗脑卒中,增加受损神经血管的血流量。通过给小鼠口服蛇肌肽,可明显降低局部缺血所致的脑梗死,证明其在治疗或预防脑卒中起到神经保护作用。Chez等[19]发现蛇肌肽对神经疾病如癫痫、孤独症和认知障碍等有很好的治疗作用。
引起血小板聚集的物质叫诱导剂。二磷酸腺苷(ADP)是最重要的生理性诱导剂,尤其是血小板释放出的内源性ADP。Nikitenko等[20]以ADP诱导脑血管损伤病人血小板聚集,研究服用蛇肌肽前后患者血小板聚集情况,发现蛇肌肽是细胞聚集的调节器,可以有效地抑制患者血小板的聚集,有希望成为抗凝血药物。
3.2 在其它疾病上的应用 癌症治疗面临的主要临床问题是抗癌药物和辐射疗法都抑制造血功能,进而导致红细胞数量的减少,而且一旦贫血,抗癌药物和辐射疗法都不能继续应用。尽管骨髓细胞移植对造血功能障碍有帮助,但是新鲜的骨髓细胞很难得到并容易被病毒感染,因此急需可以口服的造血功能刺激剂。鹅肌肽,蛇肌肽等二肽对抗癌药物和辐射疗法导致的红细胞减少有抑制作用,它们是很重要的口服造血功能刺激剂[21]。
脱颗粒是肥大细胞的一种功能状态,由于在肥大细胞上结合的IgE抗体和抗原的接触,使细胞多陷于崩坏而释放出颗粒及颗粒中的物质,可在组织内引起速发型过敏反应和炎症。脱颗粒抑制剂蛇肌肽可以有效地防治过敏反应和炎症[22]。Grigg等[23]发现口服蛇肌肽、肌肽等化合物可以有效地防治包括皮肤红疹和皮肤胶原损伤的皮肤损伤和紫外线引起的免疫抑制。Murata等[24]在含有鱼或肉的食物中添加肌肽、鹅肌肽或蛇肌肽后给枯草热患者食用,结果显示患者目痒、流鼻涕、鼻塞和打喷嚏等症状有明显好转。
正常情况下人体内的尿酸处于平衡状态。但如果体内产生过多来不及排泄或者尿酸排泄机制退化,则体内尿酸潴留过多,使人体体液变酸,影响人体细胞的正常功能,长期置之不理将会引发痛风。服用由肌肽、鹅肌肽或蛇肌肽组成的制剂后可以明显地降低高尿酸血症小鼠血液中尿酸的浓度[25],从而起到预防和治疗痛风的作用。
此外,Yamada[26]研究发现口服含有肌肽、鹅肌肽或蛇肌肽的制剂可以使女性志愿者的罩杯增大,具有丰胸的作用。
蛇肌肽作为一种主要存在于动物肌肉中的内源性二肽,具有抗氧化能力强,无毒副作用等优点,对其开发利用提供了广阔的前景。但目前蛇肌肽治疗人类疾病机制研究尚处于初级阶段,蛇肌肽的生物活性对人体的作用机制还有待于进一步的探索。同时,相对于肌肽,蛇肌肽对抗肌肽水解酶的能力更强[27],同等条件下水解比率仅为肌肽的五分之一,因此可以延长其在各组织器官中的半衰期,减少服用量和服用次数,拥有良好的应用前景。
[1]RinderknechtH,RebaneT,MaV.Synthesisofcarnosine,anserine,andisoanserine[J].JOrgChem,1964,29(7):1968-1970.
[2]ImamuraH.ChemistryofsnakesIthenitrogenousextractivesofthesnakemuscles[J].JBiochem,1939,30(3):479-490.
[3]KendoK.Constitutionofophidine,anitrogenousextractivefromsnakemuscle[J].JBiochem,1944,36(1):265-276.
[4]WolffJ,HorisakaK,FalesHM.Thestructureofophidine[J].Biochemistry,1968,7(7):2455-2457.
[5]SuyamaM,MaruyamaM.Identificationofmethylatedβ-alanylhistidineinthemusclesofsnakeanddolphin[J].JBiochem,1969,66(3):405-407.
[6]CrushKG.Carnosineandrelatedsubstancesinanimaltissues[J].CompBiochemPhysiol,1970,34(1):3-30.
[7]SyuamaM,SuzukiT,MaruyamaM,etal.Determinationofcarnosine,anserine,andbalenineinthemuscleofanimal[J].NipponSuisanGakkaishi,1970,36(10):1048-1953.
[8]HarrisCI,MilneG.TheidentificationoftheNτ-methylhistidine-containingdipeptide,balenine,inmuscleextractsfromvariousmammalsandthechicken[J].CompBiochemPhysiol,1987,86B(2):273-279.
[9]BoldyrevA,AbeH.Metabolictransformationofneuropeptidecarnosinemodifiesitsbiologicalactivity[J].CellMolNeurobiol,1999,19(1):163-175.
[10]BoldyrevA,BulyginaE,LeinsooT,etal.ProtectionofneuronalcellsagainstreactiveOxygenspeciesbycarnosineandrelatedcompounds[J].CompBiochemPhysiolBBiochemMolBiol,2004,137(1):81-88.
[11]BoldyrevA,AbeH,StvolinskyS,etal.EffectsofcarnosineandrelatedcompoundsonGenerationoffreeOxygenspecies:acomparativestudy[J].CompBiochemPhysiolBBiochemMolBiol,1995,112(3):481-485.
[12]LeinsooTA,AbeH,BoldyrevAA.Carnosineandrelatedcompoundsprotectthedouble-chainDNAfromoxidativedamages[J].JEvolBiochemPhysiol,2006,42(5):570-574.
[13]AbeH,OkumaE.Effectoftemperatureonthebufferingcapacitiesofhistidine-relatedcompoundsandfishskeletalmuscle[J].NipponSuisanGakkaishi,1991,57(11):2101-2107.
[14]AbeH.Roleofhistidine-relatedcompoundsasintracellularprotonbufferingconstituentsinvertebratemuscle[J].Biochemistry(Mosc),2000,65(7):757-765.
[15]WadaT,MatsudaH,AkahoriY.Basicaminoacidsandpeptidesforimprovementofpotassiumchloridetaste:World,WO2006114918[P].
[16]CarnegiePR,HeeKP,BellAW.Ophidine(β-alanyl-L-3-methylhistidine,'Balenine')andotherhistidinedipeptidesinpigmusclesandtinnedhams[J].JSciFoodAgr,1982,33(8):795-801.
[17]AlabovskiiVV,BoldyrevAA,VinokurovAA,etal.Methodforheartbeatrecoveryfollowingdiastoliccardiacarrestinexperiment:Russia,RU2424582[P].
[18]MajidA,KrisanamurthyR.Carnosine-relatedcompoundsforpreventingandtreatingimpairedneurovascularbloodflow:America,US20080171095[P].
[19]ChezMG.Improvingneurologicalfunctions:World,WO2003013514[P].
[20]NikitenkoNY,ShavratskyVK,BoldyrevAA,etal.EffectofcarnosineanditsderivativesontheADP-inducedaggregationofhumanthrombocytes[J].VoprosyMeditsinskoiKhimii,1995,41(1):41-43.
[21]HaradaM,YangZ.Hemopoieticfunction-stimulatingagentcomprisingimidazolecompounds:Canada,CA2157835[P].
[22]TerasawaM,Kanetani,E,MoriwakiH.Degranulationinhibitor:Japan,JP2008031066[P].
[23]GriggGW.Carnosine,acylcarnosines,andrelatedcompoundsforthetreatmentofUV-inducedimmunosuppression:World,WO2001052808[P].
[24]MurataK,ShiranoM,KonoM.Foodscontainingimidazoledipeptidesforpreventionandtreatmentofhayfever.Japan,JP2004173589[P].
[25]YamadaT.Foodcompositionscontaininganserineoritsanalogs,andornithine,Japan,JP2010183914[P].
[26]YamadaT.Agentsandcompositionsforbreastenlargement:Japan,JP2012126659[P].
[27]PegovaA,AbeH,BoldyrevA.Hydrolysisofcarnosineandrelatedcompoundsbymammaliancarnosinases[J].CompBiochemPhysiolBBiochemMolBiol,2000,127(4):443-446.
R285
A
1003-5699(2013)06-0602-03
国家中医药管理局重大课题我国名贵珍稀物药的基础研究(2004ZX04)。
臧 皓(1984-),男,博士研究生。研究方向:药物化学和新药研发。
*[通信作者] 张 辉,Tel:0431-86172080,E-mail:zhanghui_8080@163.com。
2012-04-10)