多肽的功能及结构的研究进展

□梅斯杰 王笑颖 东北农业大学

多肽的功能及结构的研究进展

□梅斯杰 王笑颖 东北农业大学

多肽是蛋白质水解产物，人体摄入的蛋白质经酶水解后，主要以肽的形式被消化吸收。机体内多肽几乎能调节全部细胞的生理功能并且可以为机体提供营养，它与蛋白质的氨基酸组成基本一致，而且多肽具有比蛋白质更稳定的加工性质和更易吸收的生理性质，这将会大大拓宽蛋白质的应用范围。本文介绍了近年来活性多肽的国内外研究现状，对多肽的多种功能活性和其作用机理进行了介绍，展望了生物活性多 肽在食品、医药、生物等领域的发展前景。

多肽；功能；结构

近年来，多肽由于治疗效果佳、副作用小、比蛋白质性质更加稳定，在生物体内的生理功能受到越来越多的重视。大量研究结果表明，蛋白质的分子量大、结构复杂，被人体摄入后不易消化吸收，容易影响其生理功能和营养价值的有效发挥。多肽是一类比蛋白质的结构简单，分子量比之小，由2～16个氨基酸通过肽键连接的化合物。多肽按氨基酸组成数目可分为寡肽（2～10个氨基酸）、多肽[1]。多肽是一种涉及生物体内各种细胞功能的生物活性物质。

一、多肽研究的发展概况

所有的生物，其体内复杂的蛋白质结构都是由相同的20种氨基酸组成，在生物学中，经研究发现一类由氨基酸构成但其结构又不同于蛋白质的中间物质，这类具有蛋白质特性的物质被称作多肽。多肽具有调节机体生理功能和为机体提供营养的双重功效，它几乎影响着机体的一切代谢合成。1902年，伦敦大学医学院的两位生理学家首先发现了多肽类物质。1965年我国科学家合成了牛结晶胰岛素，这是世界上第一次人工合成多肽类生物活性物质。我国于20世纪80年代中后期开始对大豆多肽展开探索。我国现在对多肽的研究聚焦多肽/蛋白/氨基酸的新合成方法和技术、多肽/蛋白结构和功能、多肽诊疗试剂、多肽新型制剂和递送系统、多肽偶联药物/抗体/疫苗、多肽生物材料等领域的最新进展和应用。

二、多肽的功能及及其结构

（一）多肽的功能性质

1.低渗透压性

高渗透压腹泻是一种营养液的渗透压高于体液的渗透压，使周边组织细胞中的水分向肠胃移动引起的，此种情况也易恶化营养素的吸收。多肽溶液的渗透压处于其源蛋白质与同一组成的氨基酸之间。研究发现大豆多肽渗透压比其同一组成氨基酸低得多。

2.在任何pH中高溶解性

多肽具有良好溶解性，且在任何pH下均能表现出该特性。以大豆蛋白和大豆多肽为例，一般大豆蛋白处于pH4.2～4.5等电点附近便会沉淀分离，而大豆多肽不论pH为何值时，均显示出良好溶解性[2]。

3.吸水性

以大豆蛋白为例。大豆蛋白被水解后，其分子结构被破坏，致使大量亲水基团外露，导致大豆多肽吸水性明显升高。有人研究影响大豆分离蛋白和与大豆多肽的吸水性的原因[1]，其研究结果表明大豆分离蛋白吸水性随pH值增大而增大，而大豆多肽吸水性不易受pH影响，大豆多肽在不同pH值时吸水性基本相同。

4.低粘度性、高流动性

粘度是指流体对流动的阻抗能力。流动性是指物质存在的一种具有可以流动、变形，可微压缩的性质。曲永询 等[4]早在1996年就证实了30%的大豆多肽溶液和10%大豆蛋白溶液的粘度相当。

5.乳化及乳化稳定性

乳化性是指将油、水结合在一起形成乳状液的性能；乳化稳定性是指油、水乳状液保持稳定的能力。王遂等[5]证明了玉米蛋白多肽的乳化性明显高于玉米皮蛋白(未经水解的蛋白)。于泓鹏 等[6]证明了罗非鱼酶解多肽的乳化性高于罗非鱼蛋白，且不同水解度的酶解多肽乳化性及乳化稳定性趋势大致相同。

（二）多肽的生理功能

1.体内消化、吸收率高

过去人们认为蛋白质的消化是在人体内部经蛋白酶作用后以氨基酸的形式被吸收。随着实验的研究在血液中发现了越来越多的小肽，实验结论不断增加，小肽可以被完整吸收的观点及其具有一定生理作用才逐渐被人们所接受［7，8］。研究结果表明，蛋白质在消化道中被蛋白酶水解成小肽，直接被肠壁吸收，以游离氨基酸的形式直接被吸收的很少。

2.降血压

1965年Ferreira 等[9]从美洲茅头蝮蛇的蛇毒中发现第一个降血压肽。早在1995年[10]，乳蛋白酶解的三肽的降压作用进行了动物实验验证，得出其多肽结构为：Ile-Pro-Pro和Val-Pro-Pro。玄国东 等[11]通过比较各种蛋白酶酶解蛋白质产生的血管紧张转化酶（ACE）在各自最优条件下的抑制活性，得出各种蛋白酶中ACE抑制活性最高的是胰蛋白酶，其酶解产物ACE抑制活性最高达到了81.2%。周红丽等[12]通过酶解南瓜籽蛋白，串联质谱分析鉴定该种ACE抑制肽相对分子量为905.67Da，氨基酸序列为Leu(/Ile)-Leu(/Ile)-Leu(/Ile)-Ser-His-Asp-Leu(/ Ile)-Val，Leu(/Ile)。

3.降胆固醇

一般多肽降低人体胆固醇含量多表现为其可以升高高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C），降低低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）。多肽的调节过程一般为，多肽刺激机体，使甲状腺分泌甲状腺激素，甲状腺素的含量升高会加速胆固醇的胆汁酸化，最终导致粪便中排泄的胆固醇量减少。许多动物实验和临床试验表明：大豆多肽中，相对分子质量大于5 000D的部分具有明显降低胆固醇的作用，且只对胆固醇值高的人有作用，对胆固醇量正常者无明显降低作用[13]。在食用高胆固醇含量食物时，大豆多肽也有一定防止血清胆固醇升高作用。还可以使对人体有害低密度脂蛋白胆固醇含量降低，而对有益高密度脂蛋白胆固醇含量不降低。

4.抗氧化

抗氧化性多肽是生物活性肽的一种。科学研究表明在生命过程中，生命体不断产生自由基，自由基可引起蛋白质损伤、脂质过氧化、核酸损伤等，自由基引起的氧化损伤是人类疾病的重要诱因。正常状态下，自由基的氧化与抗氧化系统保持平衡状态。一旦此平衡被打破，会引起氧化损伤。金枪鱼鱼骨胶原蛋白酶解的多肽就具有一定的抗氧化性，经实验得到其氨基酸序列为：Gly-Pro-Ala-Gly-Pro-Ala-Gly-Glu-Gln-Gly(GPAGPAGQEG)[14]。

关于多肽抗氧化性机理的研究，有人认为，该过程可以理解为蛋白质在酶解过程中可以释放出具有抗氧化活性的小分子肽和游离氨基酸，使可以参加反应的氨基酸侧链基团充分暴露，并插入脂质内部，从而发挥抗氧化作用。[15]Chen 等[16]分析认为多肽的抗氧化活性与其肽段中含有的疏水性氨基酸有关。大豆多肽抗氧化性研究也取得一些进展[17]，王章存 等[18]用ESI-TOF-MS测出其荷质比m/z为730.83，经解析可知，其氨基酸序列为Gln-Gln-Gln-Pro-Arg（QQQPR）。

5.抗衰老

衰老是自然界的自然规律，也是生命体的最大敌人。为此人类一直在研究机体衰老的机理以及如何抗衰老。1956年Harman首先提出了衰老的自由基代谢理论［19］，认为衰老是细胞成分积累性氧化损伤的结果，是由自由基反应引起的。李火云 等[20]在研究中证实，采用Alcalase碱性蛋白酶酶解所制得的大米多肽对羟自由基、超氧阴离子自由基及DPPH自由基均有良好的清除效果。

6.抑菌

抗菌肽又称为微生物肽或肽抗生素，是指存在于生物体内由生物细胞特定基因编码产生的可以抵抗外界微生物侵害，消除体内突变细胞的小分子多肽。抗菌肽的碱性基团与微生物的细胞膜有着很强的亲和性，可增加其细胞膜的通透性而杀死微生物。王娟娟 等[21]用胰蛋白酶酶解Tg-HbⅡ分离纯化得7种血红蛋白源多肽F1～F7。通过琼脂扩散法检测酶解多肽抑菌活性，发现多肽F2～F7（见表1）对副溶血弧菌、溶藻弧菌和哈维氏弧菌具有明显抗菌活性。

7.凝血功能

人体的血流通畅是通过同时存在于生物体内的凝血机制和溶血机制维持在一定的平衡状态下保持的［22］。现在抗凝血肽的抗凝血活性得检测一般是通过检测活化部分凝血酶原时间（APTT），凝血酶原时间（PT）和凝血时间（TP）的延长得到的。2008年，Jo 等［23］报道了从海洋蠕虫中分离得到的抗凝血肽，其氨基酸序列为：Gly-Glu-Leu-Thr-Pro-Glu-Ser-Gly-Pro-Asp-Leu-Phe-Val-His-Phe-Leu-Asp-Gly-Asn-Pro-Ser-Tyr-Ser-Leu-Tyr-Ala-Asp-Ala-Val-Pro-Arg，可以有效延长凝血时间（TP），活化部分凝血酶原时间（APTT），并且得到其效果与剂量呈正相关的结论。任尧[24]对宽体金线蛭/东亚钳蝎分离蛋白酶解产物进行处理，得到两种纯化产物WA3-1和HA18-3-B-8。抗凝血活性IC50值分别为0.12 mg/mL，0.012 mg/mL。MALDI-TOF-TOF MS结果表明，WA3-1序列为：NH2-His-Asp-Phe-Leu-Asn-Asn-Lys-Leu-Glu-Tyr-Glu-COOH (Mr：1 422.0 Da)，HA18-3-B-8序列为 NH2-Val-Glu-Pro-Val-Thr-Val-Asn-Pro-His-Glu-COOH (Mr：1 119.8 Da)。

8.其他功能

多肽已被卫生部批准为具有调节免疫功能的食品[25]，除了以上提及的各种功能，多肽还具有其他的一些生理活性，如可缓解骨质疏松的溶骨活性，类阿片拮抗肽，抗癌，调节神经损伤等。何子微 等对原发性骨质疏松患者做了调查，结果表明如果患者在确诊骨质疏松时，伴有明显的骨痛症状，可在给予唑来膦酸的同时，给予至少一个疗程的鹿瓜多肽治疗，可以达到减轻疼痛的疗效。该溶液具有促进细胞有丝分裂与分化的功能，并具有溶骨活性。鹿瓜多肽富含的多种游离氨基酸是骨细胞合成BNPs、TGF和FGF等骨源性生长因子的重要原料，可以促进骨源性生长因子的合成。其中有机钙、磷离子可参与机体的钙磷代谢，维持骨容量。多肽还具有抗癌的作用，以海洋生物多肽为例。海洋抗癌多肽具有活性高、稳定性好等特点，是肿瘤医学上一个研究热点。目前研究表明从海洋动物提取的化合物10% 具有抗癌活性［26］。2006年，吴杰连 等［27］得到了能有效抑制体外培养的人肺癌细胞株、卵巢癌细胞株和肝癌细胞株等的生长的抗癌肽MGP0501。2015年，曹敏杰[28]对藻红蛋白进行分析，得到对癌细胞有抑制作用的氨基酸序列ALLAGDPSVLEDR。

除以上提到的两种功能活性外，鹿茸多肽对神经损伤有较好治疗效果。李立军 等[29]进行了鹿茸多肽（分子量在2～10 kDa）对坐骨神经损伤后的大鼠具有促进大鼠坐骨神经再生的功能实验，研究结果证实，鹿茸多肽具有促进神经再生、加快神经轴突生长速度、有助于其功能的恢复作用。王克利 等[30]报道鹿茸多肽- PLGA[聚乳酸-羟基乙酸共聚物poly(lactic-coglycolic acid)]复合膜可以促进大鼠外周神经损伤后的修复和再生。

三、多肽的应用前景

（一）食品

1.保健食品

由于生物活性多肽在降低血压血脂及胆固醇上具有较好的疗效，在防止人类的“三高”等“富贵病”上具有显著的作用。食品领域，可以充分利用生物活性肽的这一特性，制作、生产具有保健作用的功能性食品，以保证人类身体健康。

2.营养及运动食品

前文已提到，多肽类相比于氨基酸与蛋白质类，在人体吸收率及吸收速度上都占据着优势。可以充分利用多肽类易被人体消化吸收、消化速度较快的特性，制备一些营养疗效食品，作为特殊病人的营养剂。

（二）医药

我国现在已经开始自主研发并进行临床实验，并且在积极研究具有各种活性功能的多肽的结构，进行人工合成具有更宜人体的多肽，进而进行大规模的工业生产。

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