《食品科学》：海洋源生物活性肽的构效关系与作用机理研究进展|多肽|抗菌肽|构效|活性|食品科学

海洋是地球上最大的生物资源库。海洋生物链完整且再生能力强，其独特而复杂的孕育环境和悠久的演化发展历程，使海洋生物体内的防御体系和代谢机制具有特殊的性质，来自海洋生物的活性肽可分为内源性肽和外源性肽。内源性海洋生物活性肽是存在于海洋生物中的特异性功能肽，可积极发挥各种功能和生物学活性。可以运用分离纯化技术将内源性海洋生物活性肽直接从生命体中提取出来。外源性海洋生物活性肽是海洋源蛋白质通过水解产生的具有特定功效的肽，最主要的制备方法是酶解法。

福州大学生物科学与工程学院的黄沐晨、杨傅佳、汪少芸*等人综述了海洋源生物活性肽的功能特性，同时从抗氧化肽、抗菌肽、抗冻肽、金属离子螯合肽以及免疫调节肽角度展开详细介绍，阐述了不同海洋源生物活性肽的构效关系和相应的作用机理，提出了海洋源生物活性肽未来研究和发展的趋势，并对海洋源生物活性肽的应用前景进行展望，以期为海洋源生物活性肽的进一步研究提供参考。

1、抗氧化肽

氨基酸序列与抗氧化的构效关系

自由基是机体代谢的中间产物，自由基的产生和积累会导致DNA的氧化损伤、蛋白质交联或降解、酶失活、发生脂质过氧化反应以及破坏细胞结构，造成机体免疫系统出现多种损伤和恶性病变，加速机体衰老，引发癌症、心血管疾病、阿尔茨海默症等慢性疾病的发展。常见化学合成的抗氧化剂，如丁基化的羟基甲苯、叔丁基对苯二酚和丁基化的羟基茴香醚等存在毒性，危及人体健康。已有诸多研究表明，海洋加工副产物水解制备的抗氧化肽能够有效防止氧化造成的机体损伤，已成为最重要的人工抗氧化剂取代来源。

抗氧化机制

抗氧化肽在作用机理方面，主要从以下3 个方面抑制氧化反应：1）通过抗氧化肽的肽键和羟基提供氢原子或电子清除自由基，以消除自由基对生物分子的破坏作用；2）通过钝化氧化酶的活性，螯合在氧化反应中起催化作用的金属离子，在脂质颗粒外形成保护膜等方式，封闭引起氧化的物质，阻截氧化反应的进行；3）上调内源性抗氧化剂如谷胱甘肽、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶，调节细胞生理生化反应的抗氧化酶联防御功能，能够对细胞器破坏诱导慢性疾病发展起到抑制作用。

2、抗菌肽

二级结构与抗菌的构效关系

抗菌肽又称为肽类抗生素或抗微生物肽，是生物体内免疫防御机制经诱导产生的抵御外界微生物侵害的特殊小分子多肽。海洋源抗菌肽富含赖氨酸或精氨酸，使抗菌肽带正电荷，含较多的疏水性氨基酸形成疏水或两亲性结构，其分子质量小，容易到达被感染的位置，与传统抗生素不同，抗菌肽有广谱抗菌效果，且不会产生耐药性。根据二级结构的差异可将抗菌肽分为4 类：α螺旋型、β折叠型、环形结构类以及伸展性螺旋结构类。

膜损伤和非膜损伤机制

抗菌肽作为多细胞生物体内的防御物质，由于其不同于传统抗生素的作用机制而备受关注。对现有研究进行总结，抗菌肽的广谱抗菌作用主要分为膜损伤机制和非膜损伤机制。

膜损伤机制认为抗菌肽首先导致细胞壁结构变形，再通过静电相互作用导致细菌细胞质膜穿孔，破坏细胞膜产生孔隙，细胞内的水溶性物质外溢而死亡。破膜型抗菌肽的作用机制假说主要有图2所示的4 种：桶板模型、环孔模型、毯式模型、聚集模型。在抗菌肽破膜模型中，当膜上抗菌肽的浓度超过阈值时便会插入细胞膜内，形成孔隙，即桶板模型。抗菌肽覆盖在膜周围，裂解膜形成地毯模型或插入到膜内形成环孔模型。聚集模型与去污剂作用模式相似，即结合于脂质膜表面的抗菌肽通过改变其自身结构与磷脂分子形成凝聚物，破坏膜结构，形成穿孔跨越细胞膜。

非膜损伤机制通常作为一种辅助性作用方式，与细胞膜损伤机制联合作用于菌体细胞。部分抗菌肽可以穿过细胞壁膜进入细胞，作用于菌体胞内的靶点。如图3所示，抗菌肽的非膜损伤机制主要包括：抑制细胞壁合成，改变细胞脂膜（抑制细胞膜间隔的形成），诱导菌体自溶，抑制胞内酶活力，抑制DNA、RNA、蛋白质的合成以及与DNA结合等。

3、抗冻肽

冰晶-肽链的构效关系

抗冻蛋白（AFP）是一类具有热滞活性、能够抑制冰晶生长和重结晶的蛋白质，许多极地海洋鱼类能够存活于低温环境中正是得益于体内的AFP有效阻止血液在低温条件下凝固成冰。海洋鱼源AFP根据氨基酸组成和结构不同可分为6 种（图4）：抗冻糖蛋白（AFGPs）、AFP I、AFP II、AFP III和AFP IV及高活性AFP。

但是，天然海洋源AFP含量甚微，应用成本高，随着对AFP活性结构研究的深入，科学家发现AFP的抗冻活性可来源于其一级结构多肽链中的某些片段。海洋源抗冻肽则是利用海洋源蛋白质通过生物酶解技术，筛选出具有抗冻活性的肽段，一般具有GP-X（X为任何氨基酸残基）三肽重复序列、GTPG-和GPP(OH)_G-等特殊结构特征，且存在特定的氨基酸序列长度。

吸附-抑制与亲水-互补作用机理

“吸附-抑制”学说认为AFP能够在冰晶结合面上吸附，形成冰曲面，通过开尔文效应抑制其生长。在纯水体系中，冰晶垂直于晶体表面的方向生长（图5A），当AFP/抗冻肽分子吸附于冰生长路径的表面上（图5B、C），需要在外施加推动力促使冰在杂质间生长。具有特定分子质量和氨基酸结构的抗冻肽积累在冰-水界面，与水分子形成氢键吸附于冰核表面，改变冰晶生长方向和形态，形成六棱柱型或六角双锥体型，抑制冰晶生长及重结晶。

4、金属离子螯合肽

肽-金属离子螯合的构效关系

金属元素对人体具有明显的生理功能和营养作用，它们的需求量小，却与机体生长代谢密切相关。人体内对金属矿物元素吸收利用率较低，其缺乏会引起多种疾病，因此膳食金属元素补充剂的开发受到广泛关注。肽-金属离子螯合物可以利用机体对肽的吸收而使金属离子在消化道中更容易被吸收，具备优于无机态金属离子的生理生化特性。

影响金属螯合活性的结构特征包括肽的分子大小、氨基酸组成和特定的氨基酸序列，有研究指出海洋源金属离子螯合肽的羧基、氨基以及侧链中含孤对电子的氮、氧、硫原子，与金属阳离子通过化学键结合形成肽-金属离子螯合物。

肽-金属离子螯合物的吸收作用机制

肽-金属离子螯合物结构稳定，肽对金属离子的保护可以避免金属离子受食物中的植酸和草酸的沉淀，从而提高其生物利用度。

目前出现了两种被人们较为接受的肽-金属离子螯合物吸收机制的假说。1）完整吸收假说。即肽作为有机外壳将金属阳离子包裹起来，肽-金属离子螯合物以肽的形式被完整吸收进入小肠，通过肽的吸收通道，在小肠中进行转运，以完整的结构进入循环系统。2）竞争吸收假说。即多肽金属螯合物中的金属元素通过竞争方式被吸收利用，螯合物整体进入消化道后，金属元素受肽的包裹保护到达小肠黏膜的刷状缘，在吸收位点处肽-金属离子螯合物发生水解，膳食金属矿物元素分离出来，以离子形式进入肠上皮细胞，通过金属离子通道进入体内消化。

5、免疫调节肽

肽与免疫调节的构效关系

免疫力降低是人体代谢失常的根本原因，免疫系统是抵御病原体的第一道防线，能够在身体机能受损之前提供保护。因此，机体免疫功能的强化是疾病防控及诊疗的关键。海洋生物成为新型免疫调节肽提取的重要来源。Chalamaiah等对不同酶水解产生的鱼卵蛋白水解物的体内免疫调节潜力进行了评估。在45 d内，对不同浓度的鱼卵蛋白水解物进行了处理。胃蛋白酶水解产物增加了脾巨噬细胞的细胞毒性和吞噬活性以及血清中免疫球蛋白A的水平。同时，胃蛋白酶和碱性蛋白酶水解物增强肠道内黏膜免疫，而胰蛋白酶水解产物增加了脾脏中CD4 ＋、CD8 ＋细胞数量。这些研究表明，水解产物的免疫调节作用与蛋白酶的类型有关，酶的特异性决定了生物活性肽的片段大小和序列分布。

肽-特定细胞免疫调节的作用机制

免疫调节肽可通过调节淋巴细胞、单核细胞和粒细胞等刺激机体的免疫功能，关于免疫活性肽的调节机制一直是研究者们关注的热点。外源性免疫调节肽可以通过直接作用于免疫系统的特定细胞发挥调节作用，其作用途径主要通过刺激特定细胞的细胞因子的分泌，诱导免疫细胞分化或激活免疫相关的细胞通路等。

目前，研究者对免疫调节肽与免疫系统特定细胞之间的相互作用假说猜测与抗高血压和阿片肽系统有关。如图8所示，相关研究表明免疫调节肽能够与位于免疫细胞表面的δ、μ型或κ型阿片受体相互作用，中枢阿片受体的激活可以调节周围的免疫系统。

结语

海洋生物活性肽作为功能性食品及药品具有广阔的应用前景，但是在体内的研究还相对较少，在投入市场前，须对其活性进行检测和安全性评估。此外，已有研究证明蛋白或肽的构象对这些分子的生物活性起到了决定性作用，因此，更加深入的构效关系分析极其必要，可以考虑对已经获得的海洋生物活性肽结构进行化学修饰，从而提高其活性和性能，有利于市场开发利用。

本文《海洋源生物活性肽的构效关系与作用机理研究进展》来源于《食品科学》2021年42卷19期271-280页，作者：黄沐晨，杨傅佳，陈旭，蔡茜茜，陈选，吴金鸿，张恒，张军，汪少芸。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200702-035。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在宁波和西宁成功召开前两届“动物源食品科学与人类健康国际研讨会”的基础上，将与郑州轻工业大学、河南农业大学、河南工业大学、河南科技学院、许昌学院于2022年5月7-8日在河南郑州共同举办“2022年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。欢迎相关专家、学者、企业家参加此次国际研讨会。