哈蟆油蛋白多肽的透皮作用研究

張玉堯，徐云鳳，王 涵，李香艷，荊 禮，張 鶴,3

（1長春中醫(yī)藥大學/吉林省中藥生物大分子重點實驗室，長春130117；2長春金賽藥業(yè)有限責任公司，長春130012；3長春中醫(yī)院大學附屬醫(yī)院，長春130021）

0 引言

哈蟆油(Ranae Oviductus)是中國林蛙(Rana temporaria ChensinensisDavid)的干燥輸卵管，也稱林蛙油，是中國東北地區(qū)的名貴藥材。具有“滋補軟黃金”的美譽，是各種體虛、身體疲勞的理想滋補品，也是美容養(yǎng)顏、抗衰老[1]、抗氧化[2]、抗疲勞[3]的理想佳品。哈蟆油中含有豐富的蛋白質(zhì)（含量高達56%）和對人體有益的不飽和脂肪酸、磷脂、激素、維生素及微量元素等[4]，這些天然成分易被皮膚吸收，加快細胞更新速度，減少黑色素生成，對細微皺紋、干燥和松弛的肌膚有營養(yǎng)滋潤效果，防止皮膚皺紋的產(chǎn)生，有延緩老化和調(diào)節(jié)女性內(nèi)分泌的明顯功效[5]。目前中國林蛙及哈蟆油作為一種新的化妝品原料已被開發(fā)利用，劉春娟等[6]開發(fā)的林蛙油保濕乳液具有較好保濕性能。由于哈蟆油中含有大量膠原蛋白和黏蛋白，遇水易膨脹，膨脹度大于55，且粘稠度較大，不利于生產(chǎn)加工和皮膚吸收。采用蛋白酶酶解的方法可以降低哈蟆油蛋白分子量，水溶性好[7]；且雙酶法制備哈蟆油蛋白多肽更優(yōu)于單酶法[8]。董穎等[9]采用雙酶法制備的哈蟆油蛋白多肽，僅從酶解前后分子量分布情況進行比較，而酶解前后粘度的改變也是考察的重要指標之一[10]。因此本研究在董穎等的研究基礎上，采用雙酶法制備哈蟆油蛋白多肽，根據(jù)分子量和粘度的變化對其進行評價；應用體外離體試驗，研究哈蟆油蛋白多肽的透皮吸收情況，為哈蟆油化妝品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

林蛙：蛟河市前進鄉(xiāng)；堿性蛋白酶、胃蛋白酶：北京鼎國生物技術有限責任公司；標準分子量蛋白(Mr 6.5 kDa，Mr 13.7 kDa，Mr 29 kDa，Mr 43 kDa，Mr 75 kDa)：GE Healthcare；血管活性腸肽(Mr 3.323 kDa)：美侖生物技術有限公司；多肽(GLLGASVLGL，Mr 0.899 kDa)：中肽生化有限公司；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、硫酸鈉：美國Fluka公司；Zenix SEC-100色譜柱，美國Sepax公司。SPF級昆明小鼠，長春市億斯實驗動物技術有限責任公司。試驗在長春中醫(yī)藥大學吉林省中藥生物大分子重點實驗室，于20013年2—11月份進行。

1.2 主要儀器

Aglient1100 HPLC色譜儀：美國Aglient公司；RYH-6B透皮吸收儀：天津市光學儀器廠；AB135-S分析天平，PHS-25數(shù)顯酸度計：梅特勒-托利多儀器有限公司；UV-2550紫外可見分光光度計：日本島津；WFO烘箱：上海愛郎儀器有限公司；DV-Ⅱ+P型旋轉黏度計，美國BROOKFIELD公司。

1.3 哈蟆油蛋白多肽制備及黏度測定

采用雙酶法制備哈蟆油蛋白多肽[9]，取哈蟆油20 g，按料液比1:100加入pH 4.5的檸檬酸2 L，浸泡36 h，樣品濃度1.0 g/100 mL，室溫條件下應用旋轉粘度計測定其黏度，記錄黏度值（浸提液）；勻漿后加入4 L蒸餾水，煎煮2 h，濃縮，樣品濃度3.8 g/100 mL，冷卻至室溫測定黏度值（水煮液）；用2 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH 2.0～3.0，按酶與底物比1:2000加入胃蛋白酶10.0 mg，37℃酶解2 h，酶解后樣品煮沸15 min，使酶失活，樣品濃度3.8 g/100 mL，冷卻至室溫測定黏度值（胃蛋白酶酶解液）；用1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)至pH 9.0～10.0，按酶與底物比1:100加入堿性蛋白酶200.0 mg，55℃酶解6 h，酶解后樣品煮沸15 min，使酶失活，樣品濃度7.0 g/100 mL，冷卻至室溫測定黏度值（堿性蛋白酶酶解液）；調(diào)pH 6.8～7.2，0.22 μm濾膜過濾，上清液凍干，凍干粉即為哈蟆油蛋白多肽。

1.4 哈蟆油蛋白相對分子質(zhì)量測定

1.4.1 高效液相色譜條件 色譜柱為Zenix SEC-100；流動 相 為 0.1 mol/L Na2HPO4，0.1 mol/L NaH2PO4，0.1 mol/L Na2SO4，pH 6.4；流速 1 mL/min；進樣量20 μL；檢測波長230 nm。

1.4.2 分子量標準曲線 不同分子質(zhì)量標準蛋白（Mr 0.899 kDa，Mr 3.323 kDa，Mr 6.5 kDa，Mr 13.7 kDa，Mr 43 kDa，Mr 75 kDa）溶于pH 6.4的流動相，按高效液相色譜條件進樣。以分子質(zhì)量的對數(shù)(log Mr)為橫坐標(x)，保留時間(min)為縱坐標(y)，繪制標準曲線，見公式(1)。

1.4.3 樣品測定 取酶解前和酶解后樣品，0.22 μm濾膜過濾，取20 μL注入高效液相色譜儀，記錄色譜峰的保留時間和峰面積百分比，根據(jù)標準曲線計算樣品相對分子質(zhì)量。

1.5 哈蟆油蛋白多肽透皮率測定

1.5.1 皮膚制備 Wistar雌性小鼠，將鼠斷頸處死后，剪去腹部毛，分離腹部皮膚，去除皮下筋膜和脂肪，用生理鹽水反復沖洗，至無渾濁為止，用鋁箔包裹后放入-20℃冰箱冷藏備用。

1.5.2 透皮吸收測定 將鼠皮固定在透皮吸收試驗裝置的擴散室與接受室之間，角質(zhì)層面向擴散室，在接收室中注入生理鹽水接收液6.87 mL，使液面完全與皮膚內(nèi)層接觸，分別在擴散池內(nèi)分別加2 mL酶解前和酶解后的哈蟆油蛋白溶液(100 mg/mL)，加樣平衡30 min后開始計時，開啟電磁恒溫攪拌器，溫度37±2℃，100 r/min恒速攪拌，分別于1、2、4、6、8、10、12、24、30 h和36 h從接收池中取樣0.3 mL，同時補加0.3 mL生理鹽水并排盡氣泡。采用Lowry法測定不同時間透皮液中蛋白多肽含量，按上文色譜條件測定各樣品中相對分子質(zhì)量，根據(jù)公式(2)計算透皮率。

式中，Y為透皮率(%)；Cn—第n個取樣點測得的蛋白多肽濃度，mg/mL；Ck—第n個取樣點前所有取樣點相對應測得的蛋白多肽濃度，mg/mL；Vn—接收液體積，mL；Vk——第n個取樣點前所有取樣點相對應的取樣體積，mL；m—原樣品中蛋白質(zhì)的質(zhì)量，mg。

2 結果

2.1 哈蟆油蛋白多肽相對分子量測定結果

從圖1可以看出，哈蟆油蛋白酶解前后主要有2個色譜峰，5.015 min和10.812 min，相對應的分子質(zhì)量分別為1147 kDa和6.8 kDa。分子質(zhì)量為1147 kDa的色譜峰峰面積百分比從酶解前的75.36%降到8.83%，而6.8 kDa的色譜峰峰面積百分比從酶解前的14.27%增加到74.49%。雙酶法制備的哈蟆油蛋白多肽相對分子質(zhì)量小于10 kDa約占91%，表明此條件下哈蟆油蛋白已大部分酶解為小分子多肽。

圖1 哈蟆油蛋白酶解前后HPLC圖

2.2 哈蟆油蛋白多肽黏度分析結果

哈蟆油蛋白多肽粘度測定結果如圖2，隨著對哈蟆油處理的變化，哈蟆油蛋白多肽提取液濃度增高，哈蟆油蛋白多肽溶液的黏度越低。采用檸檬酸浸泡36 h后哈蟆油黏度最大為5278.85 mPa·s(1.0 g/100 mL)；依次加入胃蛋白酶和堿性蛋白酶后，哈蟆油蛋白的黏度由酶解前2215.09 mPa·s(3.8 g/100 mL)降為酶解后12.56 mPa·s(7.0 g/100 mL)。表明哈蟆油中高分子量的蛋白質(zhì)在胃蛋白酶-堿性蛋白酶酶解之后相對分子質(zhì)量降低，黏度也明顯降低。

圖2 哈蟆油蛋白多肽提取液黏度分析(±s,n=3)

2.3 哈蟆油蛋白透皮吸收分析結果

2.3.1 透皮率結果 透皮率測定結果如圖3，隨著時間的不斷延長，哈蟆油蛋白酶解前后透皮率均不斷增加，在相同透皮時間下，酶解后樣品透皮率均高于酶解前樣品，酶解前樣品在6 h時后透皮率趨于平緩，最高為4.50%；酶解后樣品在12 h時后透皮率趨于平緩，最高為9.14%，哈蟆油蛋白酶解后多肽比酶解前的蛋白透皮率增加了103.11%。

圖3 酶解對哈蟆油蛋白透皮率的影響(±s,n=3)

2.3.2 透皮液中哈蟆油蛋白多肽相對分子量測定結果從圖4可以看出，隨著透皮時間的增加，各吸收峰峰高明顯增加，表明透皮液中哈蟆油蛋白多肽濃度越來越高。從圖5結果可以看出，分子量1069 kDa、0.958 kDa和0.165 kDa蛋白多肽的色譜峰隨著透皮時間的含量顯著增加；7 kDa和2.46 kDa蛋白多肽色譜峰隨著透皮時間的增加含量降低；而分子質(zhì)量2.97 kDa蛋白多肽色譜峰隨透皮時間的增加在6 h達到含量最大，之后含量顯著降低。透皮時間為36 h時，0.958 kDa蛋白多肽含量最高為39.44%，其次是0.165 kDa蛋白多肽和2.46 kDa蛋白多肽，分別占22.65%和13.34%。

圖4 酶解后樣品透皮液中哈蟆油蛋白多肽HPLC圖

圖5 不同透皮時間透皮液中哈蟆油蛋白多肽分子量分布(±s,n=3)

3 討論

3.1 雙酶法法制備哈蟆油蛋白多肽

哈蟆油中含有高分子量的膠原蛋白和高度糖基化的黏蛋白，二者易吸水而膨脹形成不溶于水且黏度很大的水凝膠，通常采用蛋白酶酶解的方法降低黏度和增加水溶性。張梅等[11]比較了堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶酶解后哈蟆油蛋白黏度的變化，結果發(fā)現(xiàn)堿性蛋白酶對哈蟆油酶解作用最好，能明顯降低其黏度。周光新等[7]采用正交試驗優(yōu)選胰蛋白酶酶解哈蟆油蛋白的工藝，最佳工藝條件為檸檬酸pH 4.5，料液比為1:100(g:mL)，浸提時間為12 h，胰蛋白酶與底物比為1:100(g/g)，酶解時間為12 h，分子量小于5 kDa的蛋白質(zhì)約占52.73%。劉詩超等[10]采正交實驗研究堿性蛋白酶法制備哈蟆油蛋白酶解物，酶用量120 U/g，酶解溫度65℃，酶解時間40min，酶解后的哈蟆油由最初黏度3127 mPa·s降為8.86 mPa·s。董穎等[9]采用胃蛋白酶和堿性蛋白酶雙酶法制備哈蟆油蛋白多肽，酶解條件為按酶與底物比1:2000加胃蛋白酶酶解2 h后，加堿性蛋白酶（酶與底物比1:100）酶解6 h，酶解后哈蟆油蛋白多肽分子量小于5 kDa占94.85%。吳恒杰[12]采用正交試驗優(yōu)選哈蟆油酶解的工藝，先后采用木瓜蛋白酶、胃蛋白酶和風味酶制備哈蟆油酶解液，得到較高蛋白質(zhì)水解度的產(chǎn)品。綜合上述的研究結果，胃蛋白酶和堿性蛋白酶雙酶法為最佳制備哈蟆油蛋白多肽的方法。張梅等[13]考察了影響哈蟆油黏度的主要因素，發(fā)現(xiàn)pH偏酸或偏堿、料液比大于1:800(g:mL)、鹽濃度高于200 mmol/L和加熱時間4 h以上能顯著降低哈蟆油黏度，黏度從1300 cp多降低到50 cp。哈蟆油在偏酸或偏堿性條件下發(fā)生了水解，高分子量的糖蛋白降解為水溶性的蛋白質(zhì)；高溫水加熱時，蛋白質(zhì)的結構被破壞，使疏水基團暴露在分子表面，包裹在其中的水分子被破壞，隨著加熱時間的延長，氫鍵被破壞，哈蟆油蛋白的網(wǎng)狀結構被破壞，鎖水能力降低[13-14]。本文的實驗結果中（圖2），水煮后的哈蟆油蛋白分子量仍特別高，主要在1147 kDa左右；然后采用胃蛋白酶和堿性蛋白酶先后進行酶解，其中胃蛋白酶為一種酸性蛋白酶，最適pH 2～3之間，傾向于剪切氨基端或羧基端為芳香族氨基酸（如苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸）或亮氨酸的肽鍵；而堿性蛋白酶的最適pH 9～11之間，它可水解肽鍵、酰胺鍵和酯鍵。從圖2可以看出哈蟆油通過兩種蛋白酶酶解后，1147 kDa的色譜峰峰面積百分比從酶解前的75.36%降到8.83%，而6800 kDa的色譜峰從酶解前的14.27%增加到74.49%，黏度由酶解前的2215.09 mPa·s降至酶解后12.56 mPa·s。通過熱解和酶解后哈蟆油中蛋白質(zhì)分子斷裂，網(wǎng)狀結構被破壞，使疏水集團暴露在外，鎖水能力減弱，水分子被釋放從而使其黏度下降。

3.2 哈蟆油蛋白多肽透皮作用

皮膚分為表皮層和真皮層，一般影響皮膚透過率的主要屏障是位于表皮最外層的角質(zhì)層，主要因素包括親脂性、疏水性、水合作用、分子量大小等[15-16]。一般情況下，皮膚是選擇性透過分子量小，脂溶性好的成分。Zhang等[17]體外研究膠原蛋白的透皮作用中發(fā)現(xiàn)，5～13 kDa的蛋白多肽易透過皮膚，起到保濕和抗氧化的作用。Cooperman和Johnsen[18]報道1～3 kDa的膠原蛋白水解物能透過皮膚或毛囊；進而修復內(nèi)源性膠原蛋白和彈性蛋白纖維[19,20]。本文的研究結果發(fā)現(xiàn)相對分子質(zhì)量小于1 kDa的蛋白多肽或氨基酸透過率最高，而7～2.46 kDa的蛋白多肽也能透過皮膚（圖4和圖5），可能是由于哈蟆油蛋白多肽中高含量的帶正電荷的精氨酸（含量為14.26%）[21,22]，極性氨基酸（蘇氨酸、絲氨酸、酪氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬氨酸和谷氨酸）占56.21%和疏水性氨基酸（丙氨酸，纈氨酸，亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸）占38.72%的氨基酸組成特點[23]，酶解后富含以上氨基酸的蛋白多肽易透過皮膚而被吸收。

4 結論

哈蟆油含有天然活性成分，安全、營養(yǎng)將越來越受到人們的青睞，其產(chǎn)品具有極大的市場潛力。本研究采用胃蛋白酶-堿性蛋白酶雙酶制備哈蟆油蛋白多肽，分子量低，黏度小，水溶性好。通過體外透皮實驗，分子量小于1 kDa的小分子多肽能透過皮膚，其次是分子量小于2.46 kDa的蛋白多肽，哈蟆油蛋白多肽的透皮率為9.14%。雙酶法制備的哈蟆油蛋白多肽易于透過皮膚。本研究為哈蟆油的化妝品開發(fā)提供理論基礎。