亚铁离子螯合肽的研究进展*

慈傲特，王 彪，何 玮，陈雪晴

(安庆医药高等专科学校 药学院，安徽 安庆 246052)

铁是一种重要的微量营养素，参与人体必要的生化过程。例如，人体中不同价态的铁之间进行电子传递，参与体内氧气运输。铁还是细胞色素酶和还原酶的重要构成部分。与三羧酸循环相关的酶中，有一半以上都含有铁离子，若缺乏铁会导致能量代谢紊乱，影响人体生长发育。此外，铁广泛参与特异性免疫系统和非特异性免疫系统的功能调控。细胞内铁稳态水平可以调节巨噬细胞的分化，铁缺乏将导致免疫系统应答水平的降低[1]。缺铁也是最常见的微量元素缺乏症之一。铁缺乏将导致机体认知能力、生长发育和免疫系统的功能障碍。全球约有20亿人口面临着铁缺乏，是全球发生率最高的营养性疾病之一。虽然很多食物中都含有铁，但是铁的吸收利用率不同：动物食物的血红素铁的生物利用度高于植物来源的非血红素铁，并且铁的吸收容易受到食物中其他成分，如膳食纤维、草酸、植酸等的影响[2]。食物中含有的铁是有限的，有时候在人体内并不能够完全消化吸收。单纯地依靠食物并不能完全满足缺铁性贫血人群对铁的需求。因此，目前主要采用口服补铁剂进行治疗，或改善铁缺乏症状。

当前市面上的铁补充剂主要有三种类型：首先，出现的是以 FeSO4为代表无机铁盐，这类制剂有着生产成本低、取料方便、矿物质含量高、价格低廉等优点，但同时也有着溶解度差、吸收矿物质需要消耗大量的胃酸、容易沉淀、增加人体负担等明显的缺陷[3]。接着，又出现了以乳酸亚铁、琥珀酸亚铁为代表的有机酸类铁补充剂，这类型制剂溶解度高、吸收率高以及对肠胃无刺激作用等，但是由于其矿物质含量低，大量服用会对机体产生一定的毒副作用[4]。之后，又出现了以甘氨酸亚铁为代表的氨基酸亚铁补铁剂，但价格较高，不易被人们接受，无法普及[5]。近年来，具有矿物结合特性的生物活性肽已经引起了食品科学家的极大关注。相比其他传统的补铁剂，这些多肽可以通过它们中存在的各种氨基酸残基螯合金属离子，形成稳定高、生物利用度高的铁补充剂。

1 亚铁离子螯合肽的来源

1.1 植物来源

由于社会的发展，绿色环保的理念深入人心，越来越多的植物源多肽被开发利用。植物源多肽的利用，可以很好的避免人工合成肽带来的环境污染等问题，同时还可以很好地解决因宗教信仰的素食人群蛋白质缺乏的问题，利用前景远大。

随着对植物源多肽研究的越来越充分，利用植物多肽制备亚铁离子螯合肽也越来越多。例如，张新雪等[6]人以玉米低聚肽和氯化亚铁为原料制备玉米低聚肽螯合铁(II)，螯合率可达50%以上；康云等[7]人以米糠蛋白为原料，制备米糠肽-铁锌螯合物，并对制备工艺进行了优化，亚铁离子螯合率可达35%以上，锌离子螯合率达到 55%；使用大豆为原料，通过优化制备工艺，邹文昊天等[8]将亚铁离子螯合率提高至73.94%；芝麻蛋白的碱性蛋白酶酶解产物对金黄色葡萄球菌则呈现出明显的抑菌效果，康媛媛等[9]利用芝麻蛋白碱性蛋白酶酶解产物这一特性，制备了螯合率高达90.69%的亚铁离子螯合肽，研究还发现，该螯合肽可明显提高对沙门氏菌的抑制作用。

1.2 动物来源

在动物源食品加工过程中会产生大量的副产物，这些副产物中往往含有大量的蛋白质，且均为优质蛋白质，如对这些副产物加以利用，可极大的节省食品加工的成本，并减小对环境的压力。

在渔产品加工过程中，富含蛋白质的鱼鳞往往会成为副产物被丢弃，造成了极大的浪费。熊喆等[10]利用鲢鱼鳞中的胶原蛋白制备成鲢鱼鳞胶原肽-铁螯合物，且螯合率可达92.04%。阿胶作为一种传统的滋补良药和功能食品，应用于早期造血和抗贫血治疗[11]。曹丛丛等[12]为改善阿胶在肠道中易被水解成多肽的问题，制备了以阿胶粉为原料的阿胶肽铁螯合物，还发现阿胶肽铁螯合物有效的提高了铁离子的吸收率。牡蛎肉干中优质蛋白可达50%左右，且必需氨基酸的完整程度和品质优于人乳和牛乳，有极高的利用价值。庞忠莉等[13]利用牡蛎肉制备成牡蛎肽亚铁螯合物，螯合率高达80%以上，还发现模拟胃肠消化试验中展现出较好的消化耐受性，铁保留率最终保持在74%。目前，对南极磷虾的加工主要集中在鱼饵和饲料等低值化产品，对富含优质蛋白的南极磷虾造成了极大的浪费。林海燕等[14]为提高南极磷虾的高值化开发利用，以南极磷虾为原料制备南极磷虾肽- 亚铁螯合物，螯合率可达 77.25 %。

2 亚铁离子螯合肽的结构表征

亚铁离子螯合肽的结构特征对铁螯合肽的形成有重要影响，不同的多肽中氨基酸组成和结构不同，导致铁离子的螯合位置不一。多肽的螯合能力与其相对分子质量大小有着紧密地关系[15]。Kong等[16]证明植物蛋白水解后，相对分子质量小于 1 000 的有着更高的金属螯合活性。Guo L等[17]人发觉阿拉斯加鳕鱼皮酶解多肽随着分子数量的减少，螯合率从8%显著提高到34%，表明与大相对分子质量的多肽相比，低相对分子质量的多肽具有更高的螯合活性。大麦谷蛋白用碱性蛋白水解后发现，相对分子质量小于 1 000 的肽段具有更高的亚铁离子结合能力[18]。

紫外吸收光谱可用于研究多肽的结构变化(表1)。肽与金属离子发生螯合后，电子跃迁时需要的能量会发生改变，导致吸收波长和吸收峰发生变化，因此可以利用紫外光谱初步分析确定螯合物的形成。有机配体与过渡金属离子络合物的形成，可能导致原有吸收峰的转移、消失或新吸收峰的出现。熊喆通过将鲢鱼鳞胶原肽(SCSCP)及肽-铁螯合物(SCSCP-Fe)的紫外光谱图进行对比，发现两者最大吸收峰发生了红移，表明酰胺键上的氮原子参与了亚铁螯合物的形成[10]。多项研究表明，螯合后出现特征吸收峰转移或消失，证明该样品与铁形成络合物[10，19-20]。

表1 亚铁离子螯合前后紫外光谱分析

红外光谱可以进一步探究铁与多肽螯合的机理。Zhang Y[24]通过检测发现，螯合后，氨基特征峰由 3385 cm-1变成 3416 cm-1，羧基特征峰由 1451 cm-1变为 1455 cm-1，咪唑基团原本在 602 cm-1的特征峰转变成 618 cm-1处；推测咪唑基团中N原子与亚铁离子的螯合可能引起C-N键的拉伸振动。因此亚铁离子与多肽结合的位点可能是氨基、羧基、咪唑等官能团，或是含有孤电子对的N和O，它们可以和亚铁离子以配位键形成环状结构的螯合物。罗非鱼多肽[25]、 酪蛋白[26]、鱼糜[27]等螯合亚铁离子后，特征峰也有同样变动。

荧光光谱可以通过波长和荧光强度的变化来反映肽和金属离子之间的相互作用。阿胶铁复合物通过荧光光谱表明，Fe2+的浓度会影响肽的内源荧光强度和发射波长，肽与 Fe2+螯合后会导致肽的内在荧光猝灭多肽发生折叠[28]。类似现象在β-乳球蛋白螯合铁的研究中也出现了[29]。

Fan Chaozhong等[30]人通过电镜扫描观察到，多肽一般以粒径较大的块状结构存在，而铁离子螯合肽呈现具有光滑表面的球形或椭圆形结构，这表明铁可以诱导部分小肽聚集。同时，通过螯合前后粒径的测定表明，铁螯合反应后，粒径变小。这与前面电镜扫描结果一致。这是由于：一方面，亚铁离子改变肽链的空间结构；另一方面，亚铁离子的加入，引起肽链之间的聚集，即一个亚铁离子同时结合两个或两个以上肽链。

氨基酸组成分析显示，当多肽中含有酸性或碱性氨基酸残基时，其与铁离子表现出良好的结合性[31-36]。Glu和Asp 含有活性侧链基团，有助于形成肽-金属复合物。例如，Lys、Asp和Glu中含有羧基、氨基、胍基等，这些侧链基团通过静电作用或配位作用，与金属离子结合，从而使多肽具有一定的铁离子结合能力[37]。Glu和Asp 因具有环状结构，能够与亚铁等金属离子结合，形成稳定的金属螯合物[38]。有研究发现，具有较好亚铁螯合能力的多肽通常还与 Cys、Arg、Ser 等氨基酸有着紧密的联系，可能是小肽和亚铁离子通过配位键、离子键的相互作用而形成新的物质，螯合反应的主要结合位点是氨基、羧基和肽键，谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp)和半胱氨酸(Cys)参与了螯合反应[39]。

不同食物来源的亚铁离子螯合肽氨基酸序列见表2所示。

表2 不同食物来源的亚铁离子螯合肽氨基酸序列

3 亚铁离子螯合肽的活性研究

3.1 生物利用度研究

在矿物质缺乏的饮食条件下，可以通过口服补充剂的方式来进行改善，这时补充剂中矿物质溶解度在肠道吸收中对吸收率的影响很大，而通过金属螯合肽的方式进行补充，对吸收率有极大的改善[40-41]。研究发现，大豆肽亚铁螯合物在模拟胃肠道中亚铁离子的溶解度远高于四水合氯化亚铁，溶解度可大50%以上[8]。例如，张逸君等[42]使用绿豆为原材料制备的绿豆肽亚铁螯合物在模拟的胃肠道中多肽的稳定性明显高于绿豆多肽，这样可使绿豆多肽亚铁螯合物以完整的结构从小肠上皮细胞的肽转运通道进入细胞，被消化利用，从而使亚铁离子能被充分利用。使用大鼠肠液消化阿胶后发现，可以明显提高亚铁离子的吸收率，因为经肠液消化的阿胶蛋白可分解成不同大小的多肽，部分多肽可以螯合亚铁离子，从而促进亚铁离子的吸收[12]。王贤等[43]制备的小米糠多肽-亚铁螯合物也证明了在模拟胃肠道消化液中有更好的稳定性。

3.2 改善贫血功能

铁元素是人体中重要的微量元素，也是造成缺铁性贫血的重要原因。为了治疗缺铁性贫血，一般会使用膳食补铁剂，但一般的补铁剂的吸收率很难超过30%[44]。目前，已有大量的生物大分子与铁离子的螯合物用于开发补铁剂。多肽一般以单体的形式被人体吸收，因此与铁离子结合，可以促进铁离子的吸收，同时还可以降低铁离子对肠胃的刺激。多肽亦可补充人体所必须的氨基酸[13]，因此对多肽亚铁离子的研究具有巨大的经济效应和市场。通过大鼠实验，斯兴开等发现，带鱼酶解肽亚铁螯合物对贫血大鼠体重升高的效果最显著，优于硫酸亚铁和含铁饲料；对血清中铁蛋白(FE)升高效果显著，且优于硫酸亚铁[45]。曹丛丛等[46]利用阿胶多肽制成的阿胶多肽亚铁离子螯合物，可以有效改善缺铁性贫血，并促进缺铁性贫血小鼠的生长，使小鼠的脏器指数、基础血象指标等恢复至正常水平，表明阿胶多肽亚铁离子螯合物能够改善缺铁性贫血具有补血作用。同样，杨鹏瑶等[47]制备的新型燕麦多肽亚铁离子螯合物也被证明能够改善缺铁性贫血具有补血作用。

3.3 抗氧化特性

多肽被证实可当做抗氧化剂使用，其结合人体产生的自由基，起到保护身体作用。例如，从羊奶酪蛋白中提取的多肽和从鲈鱼皮中提取的多肽，都被证实有强氧化性[48-49]。有研究表明，当多肽与金属离子螯合时，多肽的序列以及空间结构会发生变化，螯合过程中暴露出的氨基酸可能含有更多可为DPPH自由基提供电子或质子的基团[50]。将蛋黄蛋白多肽和亚铁离子螯合发现，蛋黄蛋白多肽亚铁离子螯合物对于DPPH的清除率IC50为 0.41 mg/mL，蛋黄蛋白多肽组分的清除率为 5.40 mg/mL，这说明多肽与铁离子螯合后其抗氧化活性显著提高[51]。ABTS自由基清除能力表明抗氧化物质的总抗氧化能力。研究发现，小米糠球蛋白多肽-亚铁螯合物的ABTS自由基清除能力显著高于小米糠球蛋白多肽的，表明小米糠球蛋白多肽与亚铁离子螯合后可以提高其总抗氧化能力[43]。

3.4 其他功能特性

康媛媛通过实验证实，芝麻肽对沙门氏菌无抑菌作用，但与亚铁试剂螯合后，对沙门氏菌产生了抑菌圈，表明芝麻肽改性后得到的螯合物对沙门氏菌产生了抑菌作用，扩大了芝麻肽的抑菌范围[9]。桃仁多肽螯合亚铁和小麦多肽螯合亚铁的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌活性与螯合前相比有极大的增强[52]。王晓玲将亚铁离子螯合肽添加达800、1000 mg/kg 时，能够显著提高螯虾体内非特异性免疫酶，如SOD、PO、LSZ和ACP的酶活力[53]。

4 结语

当前食品加工中很多副产物资源没有得到有效地利用，而富含蛋白质的的加工副产物可以作为铁补充剂的反应物。通过紫外光谱、红外光谱、电镜扫描、质谱等多项研究证明，亚铁离子能够与多肽形成螯合物，能够螯合的主要原因是与多肽中所含的氨基酸种类有关。亚铁离子螯合后可以增加机体对铁补充剂的吸收和利用。此外，亚铁离子螯合肽还具有抗氧化、抑菌等其他生物功能，未来将在医药原料市场上有更广阔的前景。