玉米醒酒肽构效关系及机理研究进展

曾凡珂 李 伟 陈运娇 吴 晖 应 帆 郭泳静 曹 庸

(华南农业大学食品学院；广东省天然活性物工程技术研究中心1，广州 510642) (华南理工大学食品科学与工程学院2，广州 510641)

酒精类饮料及其所引发的问题一直为人类社会所关注。研究表明，各类疾病症状中有60%以上都与酒精有关，并且全球有4%的死亡率归结于酒精，该数量几乎等同于烟草和高血压[1]。过量饮酒会对中枢神经系统、心脏、消化道和生殖系统造成不良影响，还会导致营养失调和患癌率增高[2]。酒精进入体内后90%在肝脏中代谢，其中有三个系统参与代谢：乙醇脱氢酶(ADH)系统、微粒体乙醇氧化系统(MEOS)以及过氧化氢酶(CAT)系统。三个代谢系统中以ADH代谢为主，其可催化绝大部分的乙醇生成乙醛和自由基，乙醛会削弱DNA的修复机制和使胞嘧啶甲基化，而自由基会迅速与细胞结合，使肝细胞表面脂质过度氧化，肝细胞死亡，无法代谢脂肪酸，进而形成脂肪肝[3]。因此，目前对具有醒酒作用的天然活性物质的关注和研究日益增加，例如姜黄素[4]、多糖[5]、牛磺酸[6]和小分子肽类[7]等均有醒酒的功效。制备醒酒肽的原料来源众多：花生粕多肽对小鼠具有良好的防醉醒酒的作用，还能显著降低血液中乙醇含量[8]；以蚕丝胶为原料制备的丝胶肽对酒精引起的小鼠胃损伤具有保护作用[9]；大豆肽、灵芝肽能增加醉酒动物肝组织中乙醇脱氢酶水平，谷胱甘肽水平升高而丙二醛含量减少[10, 11]；酶解河蚬肉制备的醒酒肽在体外能显著激活乙醇脱氢酶[12]。

在众多来源的醒酒肽中，目前国内外对玉米醒酒肽的研究最为广泛和深入。玉米黄粉是玉米淀粉加工后的副产物，中国每年玉米黄粉的产量巨大，超过84万t，其中富含约60%的蛋白质，但因为较差的水溶性和氨基酸组成的不平衡导致其难以被直接利用于食品工业[13]。玉米黄粉蛋白质除了缺乏精氨酸、赖氨酸和蛋氨酸含量较少外，人体其他必需氨基酸含量高[14]，是制备醒酒活性肽的重要原料[15]，具有极高的经济附加值。目前国内外对玉米醒酒肽的制备方法、结构、活性及相关机理等的研究较多，但综述性文章少。本研究总结了具有醒酒活性的玉米肽的特有结构及醒酒作用机理，旨在为进一步研究、开发和利用玉米及其他来源的醒酒活性肽提供参考。

1 玉米肽的醒酒活性研究

酒精进入机体后，通过一系列复杂的生化反应实现代谢并对机体产生影响，因此可以在体外实验、动物实验乃至人体实验中，逐步深入研究玉米肽的醒酒活性。

1.1 玉米肽的体外醒酒活性

乙醇脱氢酶(ADH)可以直接参与酒精的代谢，催化乙醇氧化为乙醛，产物乙醛又通过乙醛脱氢酶(ALDH)转变为乙酸[16]，最终转化为二氧化碳和水。因此，如果玉米肽可以提升ADH和ALDH的活性，就能在一定程度上加速酒精代谢，达到醒酒的目的。非水相中碱性蛋白酶Alcalase2.4L水解玉米蛋白率为22.7%时得到的肽在体外对ADH的激活率达27.1%，对ALDH激活率可达50.0%[17]。Alcalase酶水解玉米蛋白后分子质量小于1 000 u的玉米肽级分在体外对ADH的激活率最高，可达170.83%，玉米醒酒肽促进酒精代谢的能力主要就在于对肝中ADH的激活作用[18]。

乙醇代谢为乙醛的过程中会伴随有氧自由基的生成，而氧自由基会引起中毒性肝损伤[19]，因此研究玉米肽的体外抗氧化活性可以间接证明其醒酒活性。张守文等[20]采用双酶法复合水解玉米蛋白粉制备玉米醒酒肽，在一定的水解条件下得到的水解产物对·OH的抑制率可达55.45%。隋玉杰[21]通过体外试验证明中性蛋白酶酶解得到的低水解度玉米醒酒肽和碱性蛋白酶酶解得到的中水解度玉米醒酒肽对·OH的抑制率最高，分别可达61.54%和60.38%。

关于玉米肽的体外醒酒活性研究，可总结如表1所示：

表1 玉米肽的体外醒酒活性研究

1.2 玉米肽醒酒活性的动物实验

玉米醒酒肽在体外虽然能直接作用于乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶，提升其活性，能清除酒精代谢产生的同类氧自由基，但被机体消化吸收后在体内是否还具有活性以及是否能通过一系列复杂的机制达到相同的作用效果，必须通过动物实验来验证。

首先，可以通过观察小鼠摄入玉米肽后的行学指标变化来验证玉米肽的醒酒活性，潘兴昌等[29]通过实验观察到：玉米低聚肽能延长小鼠酒后攀附时间和翻正反射消失时间，缩短醉酒时间。其次，玉米肽能降低NH小鼠在酒精灌胃后肝脏中丙二醛和甘油三酯的水平，提升谷胱甘肽水平，酒精引起的肝细胞组织学病变也得以缓解[24]。因此可知，玉米醒酒肽是通过提升肝脏自身的抗氧化能力，避免肝细胞脂质的过度氧化，从而避免肝细胞病变和脂质代谢受阻，起到缓解酒精引起的肝损伤的作用。玉米醒酒肽不仅在体外具有激活乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶的作用，同时也能激活小鼠肝脏细胞中的ADH、ALDH，促进酒精代谢，同时提升血液中丙氨酸、亮氨酸、苏氨酸和脯氨酸的含量，进而降低饮酒代谢后血液中的乙醇浓度[30-33]。

1.3 玉米肽醒酒活性的人体实验

小鼠等实验动物的代谢途径和机制与人体接近，可以作为研究人体生理活性的基础，两者不可分割，但动物实验却不能完全替代人体实验[34]。

Yamaguchi M等[35, 36]通过实验证明玉米醒酒肽可以提升人体血浆中丙氨酸、脯氨酸和亮氨酸的水平，尤其是亮氨酸，饮酒代谢一段时间后血液中的乙醇浓度与对照组相比较低。此实验结果与动物实验类似，为揭示玉米肽促进酒精代谢机理奠定基础。Yuhong Wu等[37]通过对长期饮酒的人群进行实验得出结论：玉米醒酒肽可以显著增加血清中超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性，也可以显著降低血清中总胆固醇、甘油三酯、丙二醛和TNF-α水平以及丙氨酸转氨酶(GPT)和天冬氨酸转氨酶(GOT)活性。可见，玉米醒酒肽在人体中可以防止肝细胞的氧化受损和避免炎症反应的发生，肝脏得以发挥正常的代谢功能。此外，摄入玉米肽可以降低健康青年男性饮酒后的全血乙醇浓度和呼气乙醇水平，且存在量效关系，但不能显著改变血清中ADH和ALDH的水平[38]。因此可以说明，玉米肽确实促进了人体内酒精的代谢，但是与之相关的ADH和ALDH的活性是通过何种机制得以增强的还需要进一步的研究。

综合三个层次的实验可知，玉米醒酒肽能在体外和小鼠的肝脏细胞内激活ADH和ALDH，但尚未有研究表明玉米肽在人体内是否对这两种酶类有显著的激活作用。体外实验中，玉米肽具有显著清除·OH的活性，而在小鼠和人体内，玉米肽被消化吸收进入血液后，会增加血液中亮氨酸等特殊氨基酸的含量，提升血液和肝脏中谷胱甘肽过氧化物酶等清除自由基的酶类水平，进而使酒精通过肝脏代谢后产生的自由基能被及时清除，避免肝损伤和脂质分解能力的下降，因此代谢后血液中的丙二醛、甘油三酯和乙醇的含量减少。玉米肽醒酒活性的研究方法和内容为探明其醒酒机理指明了方向。

2 玉米醒酒肽的结构研究

玉米蛋白水解后得到的玉米粗肽中有许多分子质量、氨基酸组成序列和结构不尽相同的肽分子，探明具有显著醒酒活性玉米肽的结构有助于揭示醒酒肽的构效关系和研究其作用机理。

2.1 玉米肽的分子质量与醒酒活性

使用超滤技术可以将玉米粗肽分为不同分子质量的级分。研究表明，Mw<5 ku的玉米肽级分对血液中乙醇的清除率最高，达34.35%[18]。对·OH的抑制率方面，Mw<1 ku的玉米肽组分大于Mw为1～3 ku的玉米肽组分[15]。也有研究对玉米醒酒肽过柱分离得到的两个主要成分进行鉴定，其分子质量集中在500～600 u，即肽分子主要为四肽到六肽[24]。虽然具有醒酒活性玉米肽的分子质量在不同的研究中有所差异，但都归结为小分子质量低聚肽的醒酒活性较强，更容易被机体消化吸收从而发挥生理活性[39]。

2.2 玉米肽的氨基酸序列与醒酒活性

Naxin Sun等[40]通过碱性蛋白酶和木瓜蛋白酶联合酶解玉米黄粉，再采用超滤、HPLC等技术对酶解产物进行分离纯化，最终得到CP1和CP2两种具有醒酒活性的组分，经LC-MS/MS分析，其氨基酸序列分别为缬氨酸-亮氨酸(异亮氨酸)和甘氨酸-蛋氨酸-亮氨酸(异亮氨酸)。Chi Wang等[41]为玉米肽建立HPLC指纹图谱，大多数具有生物活性的玉米肽分子含有谷氨酰胺、亮氨酸和丙氨酸，具有促进酒精代谢、清除自由基和防止脂质过氧化等活性，其中具有醒酒活性的玉米肽的氨基酸序列为：谷氨酰胺-丙氨酸-亮氨酸-丙氨酸-丙氨酸、谷氨酰胺-亮氨酸-亮氨酸-天冬酰胺-脯氨酸-亮氨酸和谷氨酰胺-异亮氨酸-亮氨酸-亮氨酸-脯氨酸-苯丙氨酸。各研究中具有醒酒活性的玉米肽的氨基酸序列不完全相同，但一般都具有亮氨酸。因此，可以明确亮氨酸在促进酒精代谢方面的重要作用，为揭示玉米肽醒酒活性机理提供新的思路。

2.3 玉米肽的F值和Q值与醒酒活性

支链氨基酸(BCAA)和芳香族氨基酸(AAA)的摩尔比称为Fischer值(Fischer ratio)[42]，简称F值。BCAA包括缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸，AAA包括酪氨酸和苯丙氨酸。高F值玉米寡肽，即高支链氨基酸含量和低芳香族氨基酸含量的玉米低聚肽，对酒精代谢有积极影响。玉米肽的F值越高，清除血液乙醇浓度的能力越强，两者呈正相关关系[22]。人体血浆中正常的F值是3.5～4.0，当肝脏发生病变时F值会有所降低，摄入玉米肽等富含BCAA的食物配方或是高F值的蛋白水解物可以促进肝脏的代谢活动[43]。玉米肽的平均疏水性Q值由组成它的氨基酸的疏水性决定。用不同浓度的乙醇洗脱玉米粗肽时，乙醇浓度越大，得到的玉米肽组分中脯氨酸、精氨酸、异亮氨酸、组氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸的含量升高，而天冬氨酸、丝氨酸、丙氨酸、谷氨酸含量降低，即玉米肽组分中疏水性氨基酸(HAA)比例增大，平均疏水性Q值增加。随疏水性增加，玉米肽对·OH的抑制率提高，可能也具有激活III型ADH的作用[23, 31]。但研究中发现，高F值及高(Ala+Leu)/HAA比高Q值更能表征肽的醒酒保肝活性高[22]。玉米肽的F值和Q值与醒酒活性之间的关系与氨基酸序列对醒酒活性的影响结果存在一致性，即玉米肽中疏水性支链氨基酸——亮氨酸的含量高，有利于发挥醒酒活性。

目前，多数关于玉米醒酒肽结构-功效关系的研究还停留在对肽分子一级结构——氨基酸组成序列的探索。为进一步揭示玉米肽醒酒活性机理，还可从多方面对玉米肽的结构加以研究，例如对制备具有高醒酒活性玉米肽的玉米蛋白的结构以及高活性玉米肽中可能具有的硒等微量元素的研究[26, 44]。

3 玉米肽的醒酒活性机理

醉酒，即乙醇在体内的吸收率大于其代谢率，进而从三方面对人体产生不良影响：血液中高浓度的乙醇到达血脑屏障，损伤中枢神经系统；乙醇代谢后产生的乙醛在体内积累；酒精的代谢伴随大量自由基的积累，形成氧化应激反应[45]。解酒，即通过各种作用机制，消除上述的一系列不良影响。玉米肽的醒酒机理主要包括：激活酒精代谢相关的酶、清除自由基、改善血液氨基酸比例和增强肝脏的代谢功能。

3.1 激活乙醇脱氢酶(ADH)和乙醛脱氢酶(ALDH)

体外和动物实验已经证实：玉米肽能显著激活与乙醇、乙醛代谢密切相关的两种酶——ADH和ALDH。机体中的ADH是一类具有多种分子形式的同工酶：Ⅰ型ADH是典型分布于肝脏中的ADH，在胃肠道中也存在；Ⅱ型ADH只存在于肝脏中；Ⅲ型ADH几乎分布于人体所有组织中；Ⅳ型ADH存在于消化器官中[16]。关于玉米醒酒肽激活ADH和ALDH的具体机理研究实例如表2所示：

表2 玉米醒酒肽激活ADH、ALDH机理研究

目前鲜有实验表明玉米肽确实能激活动物、人体胃肠道中的ADH以及何种类型的ADH激活作用显著。甚至由表2可知，不同研究之间的结论相悖。因此，玉米肽是否通过激活胃肠道中乙醇脱氢酶的作用机制来抑制乙醇吸收还有待进一步研究。与胃肠道ADH的活性相比，玉米肽通过激活肝脏中ADH和ALDH发挥醒酒活性的机制已经在动物实验中得到证实[31, 32]。表2中的实验3间接指明：玉米肽的醒酒作用可能不仅是激活了肝脏中典型的I型ADH，还对III型ADH的活性有显著影响，有待进一步实验确认。玉米肽对人体肝脏ADH、ALDH的激活作用难以通过实验来证实，目前仅是测定人体血液中ADH和ALDH的含量和活性。因此，今后可将研究领域延伸至玉米肽通过何种方式改变ADH和ALDH的活性，更深层次的探明玉米肽的醒酒机理。

3.2 清除自由基

在有过氧化氢、超氧化物以及铁等过渡元素存在的条件下，乙醇首先会转变为CH3HC·OH(HER)[50]，HER可进一步产生·OH[18]。在体外实验中，玉米肽可以直接清除·OH[27]。在动物和人体内，尚未有报道玉米肽对·OH的直接清除作用，而是能够提高肝脏和血液中谷胱甘肽水平以及谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性，进而清除酒精代谢产生的过剩自由基，避免对肝脏和其他器官造成损害，达到醒酒的目的。相应地，肝细胞脂质过氧化程度降低，MDA生成量减少，肝代谢胆固醇和甘油三酯的功能保持正常，肝脏不会发生病变和炎症反应，与之相关的丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶维持在正常水平。由此可见，玉米肽清除自由基的醒酒机制一方面是缓解酒精代谢生成的自由基对机体的损害，另一方面是具有保护肝脏的功能，有利于酒精的代谢。

3.3 提高血液丙氨酸、亮氨酸等氨基酸含量

在对具有醒酒活性玉米肽一级结构的研究中，发现其谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸和脯氨酸的含量高[51]。在动物实验中，玉米肽能提升血浆中丙氨酸、亮氨酸、脯氨酸和苏氨酸的水平[32, 33]，而在人体实验中，玉米肽能提升血浆中丙氨酸、亮氨酸、脯氨酸和赖氨酸的水平[35, 36]。NAD+是乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶的辅基[52, 53]，与这两种酶的活性紧密相关。丙氨酸具有从肌肉转运氨基和含碳基团到肝脏的功能，是机体内NAD+的重要来源。在肝外组织中，存在谷氨酸-丙氨酸循环反应，使丙酮酸发生转氨基作用而生成丙氨酸，因此增加谷氨酸、丙酮酸的补充量可以获得足够量的丙氨酸，也可间接增加机体内的NAD+[35]。此外，丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸在机体内可以转变为丙酮酸，促进启动NAD+的生成系统[51]。机体内NAD+水平升高的同时，ADH和ALDH活性增强，还有利于三羧酸循环(TCA)的进行。乙醇的代谢产物乙酸在机体内会进一步生产乙酰辅酶A[54]，乙酰辅酶A进入三羧酸循环最终被代谢为二氧化碳和水，因此玉米肽在促进三羧酸循环的同时即促进了酒精的代谢。但关于玉米肽中对发挥醒酒活性相当重要的亮氨酸是通过何种机制来实现醒酒功效的研究尚未有明确的成果，可作为今后重点研究探讨的方向。

3.4 保肝作用

肝脏是机体内酒精代谢最主要的场所，正常的肝功能是解酒醒酒的重要前提。抗氧化和清除自由基是大多数天然活性物质发挥护肝功效的根源[55]，如酚类物质就可以通过抗氧化的机制对肝脏起到保护作用[56]，而如前所述，玉米肽就有清除自由基抗氧化的显著功效，因此必定具有护肝保肝的作用。除此之外，郭辉[23]认为，玉米肽可起到免疫调节的作用，能够抑制多种免疫效应分子的释放，进而减轻其对肝组织的损伤。人体实验中，玉米肽确实可以降低饮酒后血清中肿瘤坏死因子(TNF-α)的水平[37]，进一步证明玉米肽调节免疫进而护肝醒酒的功效。

目前关于玉米肽醒酒活性机理的研究较多但还不够深入透彻，只是通过实验证明玉米肽可以激活ADH、ALDH，提升抗氧化酶类活性，提高特殊氨基酸的水平而降低血液乙醇浓度，达到醒酒目的。尚未明确玉米肽是通过什么途径使机体内发生上述的生理过程，玉米醒酒肽除了可以直接作用于酶分子进而改善其活性外，只有少数研究从基因调控、蛋白表达的角度研究玉米肽的护肝醒酒机制[57]。

4 讨论与展望

玉米肽是利用玉米淀粉加工副产物——玉米黄粉水解而成的一种生物活性肽，在解决玉米黄粉加工利用问题的同时，为开发保健食品提供新的原料来源。近年来，玉米肽凭借其优越的醒酒活性而得到广泛的关注和研究。

大量的体外、动物和人体实验已经从多方面证明玉米肽具有醒酒活性，玉米醒酒肽在体外可激活ADH和ALDH，也可有效清除自由基·OH，同时会在动物和人体内引起相关生理指标的变化。

显著的生理活性必定会引起对玉米醒酒肽分子结构的研究，但目前对玉米醒酒肽结构的研究仅仅停留在分子质量、氨基酸组成等一级结构阶段。今后可以将结构研究延伸至玉米肽分子的高级结构及其中特殊的活性部位，例如是否具有阳离子电荷和呈现双亲性的分子构象等[58]。

多数实验研究都关于玉米肽的醒酒活性机理达成了共识，即玉米肽可以激活胃肠道和肝脏中的ADH、ALDH；清除自由基；提升血液丙氨酸、亮氨酸水平。但此类的机理研究还不够深入，较少研究表明玉米肽是否通过深层次的基因调控来改变各类的生理特征，例如调控ADH和ALDH的合成基因[59]，进而发挥醒酒活性。

因此，为进一步明确玉米肽醒酒活性的机理，需要深入研究玉米肽的构效关系，从基因调控等过程途径进一步解释其醒酒活性的发挥。