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科普|大米蛋白肽的生物活性
2024-11-3045

大米蛋白肽不仅能为人体提供营养,而且还具有调节机体免疫、促进矿物质吸收、清除体内过多自由基等作用,为人体预防疾病和维持健康具有重要影响。现有研究表明,大米蛋白肽具有多种生物活性,包括抗氧化、降血压、免疫调节、降血糖、抗疲劳和抗癌变等(图2)。 

1   抗氧化

当人体自由基产生量大于自身清除自由基能力时,会发生氧化应激反应,过量的自由基会造成氧化损伤,氧化损伤与衰老、癌症、心脑血管疾病、阿尔茨海默氏症等神经性退行疾病息息相关。大量研究表明,大米蛋白肽具有较好的抗氧化能力,能清除自由基和螯合金属离子等。有学者研究了不同来源制备的大米蛋白肽的抗氧化特性,赵佳佳对比三种不同来源的大米蛋白肽的抗氧化活性,发现籼米蛋白肽清除DPPH自由基、超氧阴离子自由基和羟基自由基的IC50值最低,抗氧化活性最高,而糯米蛋白肽清除自由基的IC50值远大于籼米、粳米蛋白肽,抗氧化活性最低。另外关于选用蛋白酶酶解得到的大米蛋白水解物也有较多相关报道,Ren等采用不同蛋白酶酶解米糠蛋白,发现胰蛋白酶酶解产物拥有较高的Fe2+螯合能力(IC50为2.271±0.007 mg/mL)、DPPH和羟基自由基清除能力(IC50为0.191±0.006和1.038±0.034 mg/mL)。Zaky等采用四种不同的蛋白酶对米糠蛋白进行酶解,研究发现风味蛋白酶酶解2 h获得的米糠蛋白水解物具有最高的抗氧化活性。Zhang等采用中性蛋白酶酶解大米蛋白,其酶解产物对DPPH自由基清除活性远高于经碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和风味蛋白酶处理的产物。Song等对胰蛋白酶和碱性蛋白酶复合制备的大米蛋白肽进行超滤分离,研究发现分子量大于3 kDa的组分具有最强的DPPH自由基清除活性。同时研究表明分子量不同对于大米蛋白肽的抗氧化能力有所差异。Chen等探究分子量对大米蛋白水解物抗氧化能力的影响,研究发现分子量小于1 kDa的肽具有更佳的抗氧化活性,其DPPH自由基清除能力的IC50为26.7±1.13 mg/mL。此外,有研究对大米蛋白肽开展动物实验和细胞抗氧化实验,Yue等的研究发现大米蛋白酶解物补充饮食饲养的果蝇具有更高的平均寿命和更高的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性。王玉倩研究发现大米活性肽可以通过调节细胞内的氧化水平延缓D-半乳糖诱导的小鼠的衰老进程,并且在秀丽隐杆线虫衰老模型中表现出良好的抗衰老功效。Fang等通过细胞抗氧化实验、巨噬细胞增殖和吞噬功能测定,发现较高浓度的富硒大米蛋白胰蛋白酶酶解物具有较高的抗氧化和免疫调节活性,且富硒大米蛋白肽的抗氧化活性与其免疫调节活性成正相关。

总体而言,关于大米蛋白肽的抗氧化活性研究一直是较为关注的问题,研究人员从蛋白来源、分子量、酶解路线等方面开展研究。目前关于大米蛋白肽抗氧化活性的原因可能是因为大米蛋白肽中的部分组分是其潜在的主要抗氧化成分,通过清除自由基和螯合金属离子来降低氧化应激水平,提高抗氧化酶活性,同时刺激机体中一系列基因的上调表达以激活受体表面的抗氧化通路,这一方法有可能是通过大米蛋白肽上调通路中相关调控因子的蛋白表达水平实现的。但是大米蛋白肽调控机体的抗氧化机能是一个十分复杂的代谢过程,且在实验开展中体外与体内实验存在一定偏差,这是因为一些大分子肽在进入机体后被胃肠道中的消化酶进一步水解,导致部分肽活性丧失,因此大米蛋白肽的抗氧化活性机理仍需进一步深入解析和阐明。 

2   降血压

血管紧张素Ⅰ转换酶(ACE)是一种多功能锌金属肽酶,在调节血压方面起着重要的生理作用,主要作用于肾素-血管紧张素系统。ACE能催化血管紧张素从无活性的十肽(血管紧张素I)转化为强效的血管收缩剂八肽(血管紧张素II),并使降压血管扩张剂缓激肽失活。目前,ACE抑制活性被广泛应用于降血压活性的体外评价。近年来,大量研究表明大米蛋白肽具有一定的ACE抑制活性,具有作为预防和治疗高血压替代疗法的潜力。

Wang等的研究表明,用胰蛋白酶水解米糠蛋白获得分子量小于4 kDa水解产物的ACE抑制活性(IC50值为300 mg/mL)最强,且可显著降低自发性高血压大鼠收缩压和舒张压。Uraipong等将米糠蛋白按溶解性划分,并分别采用四种蛋白酶进行水解,结果显示米糠蛋白水解物具有明显的ACE抑制活性,其中复合蛋白酶-白蛋白酶解物的ACE抑制活性最高,其IC50值为5.2 mg/mL。封张萍采用胰蛋白酶酶解大米蛋白制备ACE抑制肽,通过分离纯化得到ACE抑制率达87.07%的组分。刘志国等用多种蛋白酶酶解米糠蛋白,发现胃蛋白酶联合胰蛋白酶酶解的组分ACE抑制活性最高。Dong等研究发现大米肽能够降低自发性高血压大鼠的收缩压,且呈时间剂量依赖性,大剂量大米肽可使单次灌胃和长期灌胃后大鼠的收缩压分别降低24.6 mmHg和17.2 mmHg。此外,研究发现大米蛋白肽具有降血压作用可能是因为该多肽序列中氨基酸残基序列符合ACE抑制活性的构效分析。前人研究发现在多肽序列中含有疏水性氨基酸有利于与ACE分子催化活性中心结合,起到ACE抑制作用。邹俊哲等也发现经植物乳杆菌和蛋白酶协同发酵水解得到的大米蛋白水解物具有显著的ACE抑制活性,且该多肽序列中的氨基酸均为疏水性氨基酸。

3   免疫调节活性

目前研究大米蛋白肽具有免疫调节活性研究主要集中于对动物和细胞模型的免疫调节效果,并主要从分子量、肽序列等角度分析大米蛋白肽的内在作用机制。王璐通过考察9种蛋白酶酶解制备大米蛋白肽的巨噬细胞增殖指数(SI)值、相对分子量分布及活性肽得率,研究结果表明胰蛋白酶是制备大米免疫活性肽的最佳酶。陈月华通过建立脂多糖(LPS)诱导的RAW 264.7细胞炎症模型,从蛋白和基因双层面阐明大米酶解肽RPHs-C-7-3对炎症因子的抑制作用,证明了其免疫活性,最后从细胞水平阐述了大米酶解肽RPHs-C-7-3的免疫活性机理是通过抑制巨噬细胞内MAPK通路中的EPK的磷酸化作用来影响该通路,最终实现免疫调节功能。Feng等利用胰蛋白酶酶解三种不同类型的富硒糙米蛋白,经过透析和超滤,得到了不同分子量的多肽组分,并采用LPS诱导的RAW264.7细胞模型进行体外实验,结果表明,1.0~3.5 kDa肽段通过抑制NO、PGE2和促炎因子的产生表现出有效的抗炎作用。Xu等采用胰蛋白酶酶解大米蛋白制备免疫调节肽,并用小鼠腹腔巨噬细胞增殖试验验证了其免疫调节活性,并通过大孔吸附树脂、强阳离子交换色谱、凝胶过滤色谱和反相高效液相色谱对活性最高的肽段进行进一步纯化。经高效液相色谱-电喷雾电离四极杆飞行时间质谱仪鉴定得肽序列为Tyr-Gly-Ile-Tyr-Pro-Arg(YGIYPR)。结果表明,YGIYPR在12.5~100 μg/mL范围内均能促进巨噬细胞RAW 264.7的增殖。Fang等同样采用RAW264.7细胞模型,从富硒大米蛋白水解物中筛选出具有免疫调节作用的蛋白肽。

大米蛋白肽的免疫调节是一个复杂的作用机理,目前许多研究仍停留在细胞和分子水平开展研究,对于体内实验仍缺乏大量可靠的数据结果支撑。但是上述的研究结果认为经胰蛋白酶水解后得到的产物中可筛选出具有高免疫活性的蛋白肽,并且该大米免疫活性肽主要是通过增强巨噬细胞活性促进细胞活化和增殖,提高其吞噬、杀伤病原体的能力,同时也会影响巨噬细胞中的通路最终实现免疫调节功能。

4   降血糖活性

糖尿病是一种由代谢紊乱引起的慢性疾病,以高血糖为主要特征,其中Ⅱ型糖尿病为最常见类型,占糖尿病患者的90%以上。糖尿病常见的治疗靶点包括二肽基肽酶-IV(DPP-IV)、胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、葡萄糖依赖性促胰岛素多肽(GIP)和葡萄糖转运蛋白(GLUTs)。有研究报道机体餐后高血糖比空腹高血糖危害性更高,而α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶是调节餐后血糖水平的关键酶,因此也是治疗糖尿病的靶点之一。目前大多数降血糖相关的研究都旨在通过抑制α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和DPP-IV来延缓或防止血糖的骤然上升。现有研究表明,大米蛋白肽对α-葡萄糖苷酶和DPP-IV有一定抑制作用,具有潜在降血糖活性。

Hatanaka等采用Umamizyme G酶水解脱脂米糠,制备了具备DPP-IV抑制活性的蛋白水解物,并从中鉴定出两种抑制肽:Leu-Pro和Ile-Pro。同时Hatanaka等研究表明大米和米糠蛋白酶解液中的活性肽对α-葡萄糖苷酶无明显的抑制作用,但两者对DPP-IV的IC50分别为1.45和1.28 mg/mL,显著低于酒糟水解物的27.55 mg/mL。而Uraipong等研究发现米糠蛋白体外模拟消化产物具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性,这可能是与原料蛋白组成的差异以及水解物的制备方法不同有关。Boonloh等通过探究米糠蛋白水解物对高碳水化合物-高脂肪诱导的多发性硬化症大鼠的影响,认为米糠蛋白水解物具有作为一种改善胰岛素抵抗并预防代谢综合征发生的功能性食品潜力。Ishikawa等研究表明大米蛋白肽通过抑制DPP-IV活性增强了GLP-1的分泌,从而有助于降低餐后血糖,但其具体机制尚未明晰。Ina等[75]的研究指出大米蛋白水解物对餐后高血糖的抑制作用可能是高分子量肽对葡萄糖的吸附作用和低分子量肽抑制钠依赖性葡萄糖转运蛋白-1表达的双重作用结果。目前,大米蛋白肽的降血糖作用机制仍未明晰,是否为Ina所猜测的双重作用有待进一步研究。

5   其他活性

除上述常见的生物活性外,大米蛋白肽的其他生物活性研究如抗癌活性、抗菌活性、降胆固醇活性、抗皮肤衰老等,在目前的研究中也有少量报道。相关研究表明米糠蛋白水解物显示出潜在的抗癌活性,这主要体现在它们对结肠癌细胞、乳腺癌细胞有较强的生长抑制率。并且杨亚强采用复合酶酶解米渣蛋白制备大米蛋白肽,研究发现分子量为3~10 kDa的肽组分对肝癌细胞HepG2的抑制率最高,活性最高。在关于多肽抗菌活性研究方面,Taniguchi等从米糠水解物中纯化出了具有抗菌活性且几乎没有溶血作用的阳离子多肽。另有研究表明以糯米和粳米为原料,采用人造胆汁胶束溶液的方法研究了大米多肽的降胆固醇活性,发现粳米肽的活性约为糯米肽活性的2倍多。同时大米蛋白肽在抗皮肤衰老中表现出较好的前景,李火云等将大米蛋白肽添加到化妆品基质中,研究发现添加量为4.0 g/kg时,连续给受试者使用四周以上,能使脸部皱纹减少11.8%。此外使用糜蛋白酶和胰蛋白酶水解制成的米糠蛋白肽具备一定的酪氨酸酶抑制活性。鞠志远等研究发现YGEGSSEEG可通过抑制细胞凋亡和降低黏附分子表达,发挥对血管内皮细胞的保护作用。Liu等通过碱性蛋白酶水解米渣蛋白,经分离纯化得到分子量小于1 kDa的抗疲劳肽。Song等对胰蛋白酶和碱性蛋白酶复合制备的大米蛋白肽进行超滤分离,研究发现分子量小于1 kDa的组分在低浓度时乙醇脱氢酶激活活性最强。上述研究表明大米蛋白肽在特殊医学用途配方食品和运动营养食品等方面展现出巨大的应用潜力。(来源:食品生物科技与大健康)



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