不同生物活性的藻蛋白和多肽的作用機制及應用的研究進展

馮舒婷,高文藝,胡麗莉

(廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院,廣州 511400)

0 引言

植物蛋白不含膽固醇和飽和脂肪酸,所含有的必需氨基酸能有效降低慢性疾病的風險。隨著人們對蛋白質(zhì)需求的增多,植物蛋白逐漸成為人們研究的熱點。藻類蛋白質(zhì)含量豐富,具有抗氧化、抗腫瘤、降血糖、血脂和提高機體免疫力等生物活性。藻蛋白經(jīng)過酶解后的多肽,分子量更小,更易被胃腸道吸收,活性更高。其活性大小受很多因素影響,如分子量大小、氨基酸種類和分子之間的相互作用等。研究藻蛋白和多肽在人體內(nèi)的機制,有助于相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)。本研究綜述了近幾年活性藻蛋白、多肽的活性和作用機制,以期為藻蛋白和多肽的開發(fā)利用提供科學參考。

1 藻蛋白和多肽的生物活性

1.1 抗氧化

過多的氧自由基會引起人體老化等相關(guān)疾病,因此延緩機體氧化的研究一直倍受關(guān)注。藻蛋白和多肽具有抗氧化活性。有研究發(fā)現(xiàn),野生藍藻蛋白具有較強的ABTS·+自由基清除能力。還有人發(fā)現(xiàn),小球藻蛋白酶解產(chǎn)物能降低紫外線誘導下線蟲體內(nèi)的ROS水平。氨基酸的數(shù)量和種類影響抗氧化的活性大小,活性肽長度為2～6個氨基酸效果較好,>10個氨基酸活性相對偏低。含有Try的多肽自由基清除能力較強,如Asp-Tyr-Tyr-Lys-Arg等[1]。抗氧化應激時會激活多個信號通路,如Nrf 2/抗氧化反應元件通路,可提高抗氧化酶水平。紫菜多肽不僅顯著降低HepG 2細胞中ROS的產(chǎn)生,還能調(diào)控p-Nrf 2/SOD表達控制H2O2誘導的氧化應激。

1.2 降血糖、血壓和調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

藻多肽能調(diào)節(jié)體內(nèi)脂質(zhì)代謝和糖代謝酶活性,多個小分子肽同時存在有“1+1>2”的效果,如ARY、YLR、LRM有協(xié)同的ACE抑制作用,而且ACE抑制肽c末端大部分由難溶性的脯氨酸或酪氨酸組成[2]。學者們利用分子對接技術(shù)等生物信息學來探索藥物在人體的作用位點,如藻多肽與α-葡萄糖苷酶和DPP 4的催化位點結(jié)合,從而抑制α-葡萄糖苷酶和DPP 4的活性,達到降血糖的效果,還通過體內(nèi)多條信號通路調(diào)控來維持脂質(zhì)穩(wěn)態(tài),如PPAR、胰島素信號通路等。螺旋藻多肽可調(diào)節(jié)與PPAR、AMPK、MAPK、胰島素、脂肪酸等與信號通路有關(guān)的Acadm、Retn、Fabp 4等關(guān)鍵基因表達來抗肥胖、降血糖、降膽固醇。目前,機制研究還在初級階段,未來的研究還可以更多地向分子機制層面靠攏。

1.3 抗腫瘤

很多抗腫瘤的藥物副作用大、效果不佳,而安全無毒的藻蛋白和多肽具有抗腫瘤活性,是潛在的抗腫瘤藥物。目前,已經(jīng)從多種生物中提取到抗腫瘤活性肽。近年來,海洋來源的天然生物抗腫瘤肽也取得了一定的進展。WANG C J等人發(fā)現(xiàn),肽鏈的色基經(jīng)過活性炭脫色后,對腫瘤細胞抑制效果下降[3]。對抗癌細胞常見的是癌細胞凋亡,藻蛋白影響癌細胞的生長周期來促進凋亡。藻紅蛋白使HepG 2細胞S期、G0/G1期細胞增多,在G2/M期出現(xiàn)增殖阻滯,因此可能通過細胞G0/G1期和S期誘導癌細胞凋亡。藻蛋白和多肽能減少藥物的副作用,增強傳統(tǒng)抗癌藥的活性,如果進一步挖掘探究,未來可能會成為安全有效的新型抗腫瘤藥物。

1.4 抗炎

炎癥因子的過度釋放會引起多種疾病,除了抗生素外,尚未發(fā)現(xiàn)其他有效的抗炎藥物?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn),藻蛋白和多肽有較好的抗炎活性,但抗炎活性的研究鮮有報道。以炎癥小鼠為模型,實驗證明,藻膽蛋白能抑制NO、TNF-α、IL-6的產(chǎn)生,口服藻膽蛋白能減輕急性炎癥小鼠水腫[4]。藻多肽通過調(diào)節(jié)多種細胞因子水平來預防急性炎癥或緩解炎癥,裂壺藻多肽通過下調(diào)TNF-α、IL-1β、IL-6等表達,減少腸黏膜屏障的損傷,緩解結(jié)腸炎癥,促進腸黏膜修復。國外學者對藻蛋白和多肽抗炎的作用機制研究較多,主要集中在細胞因子水平方面。

1.5 增強免疫

免疫活性肽可增強巨噬細胞的吞噬能力,提高機體對外界病原體的抵御能力。實驗證明,葛仙米藻膽蛋白可增強巨噬細胞的吞噬能力和NK細胞的殺傷活性,促進T細胞和IL-2、IL-4的產(chǎn)生,增強小鼠體液和細胞免疫[5],當TLR4和NF-κB結(jié)合的聚合物被激活后,IκB中絲氨酸殘基被磷酸化從NF-κB分離,促進促炎細胞因子釋放。有研究表明,紫菜藻紅素能上調(diào)TLR4受體水平,提高P-IκB-α和P-NF-κB蛋白表達水平,即藻紅素通過NF-κB信號通路恢復氫化可的松誘導的免疫抑制[6]。

1.6 抗菌

傳統(tǒng)的抗生素使用過度會使細菌產(chǎn)生耐藥性。藻多肽有殺菌活性,抑菌譜廣且不易產(chǎn)生耐藥性,如螺旋藻多肽能抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌生長[7]。藻蛋白或多肽的相關(guān)抗菌機制研究大多尚未驗證,體內(nèi)分析和安全性研究也鮮有報道。閆建國等發(fā)現(xiàn),小球藻低分子量多肽能有效誘導大腸桿菌細胞壁的破壞,且革蘭氏陽性菌抑菌優(yōu)于革蘭氏陰性菌,可能與細菌細胞壁阻礙多肽深度滲透有關(guān)。有研究顯示,替換氨基酸種類能提高藻多肽的抗菌活性。四鞭藻抗菌肽LWFYTMWH進行第1、4、5、6位賴氨酸取代,可增強其抗菌活性,因為賴氨酸增加肽的凈正電荷可與帶負電荷細菌膜的相互作用,提高抗菌活性[8]。

1.7 其他作用

藻蛋白和活性多肽具有豐富的藥理作用,除發(fā)揮常見藥理作用外,一些鮮為人知的活性也值得進一步挖掘,如改善胃腸道疾病。螺旋藻粗蛋白激活EGFR、MAPK信號通路,上調(diào)細胞周期蛋白cyclin D1和周期蛋白依賴性激酶cdk 2、4、6,促進大鼠腸上皮細胞遷移和增殖,維持腸道穩(wěn)態(tài)。順鉑的副作用為耳毒性,藻藍蛋白能保護聽覺細胞免受順鉑的細胞毒性,降低聽覺細胞ROS水平,增加Bcl-2蛋白表達,抑制促凋亡Bax蛋白活性,抑制聽覺細胞凋亡。藻膽蛋白可通過抗氧化應激作用來改善子癇前期癥狀。以懷孕大鼠為模型,證明藻膽蛋白通過增加脂聯(lián)素基因mRAN或C/EBPα蛋白的轉(zhuǎn)錄因子來降低血壓,減少大鼠胸、腹主動脈收縮反應,增加抗氧化酶活性,保護主動脈血管內(nèi)皮,說明螺旋藻蛋白是一種很好的預防子癇的化合物。骨骼肌萎縮主要是由于蛋白質(zhì)含量減少引起的,藻蛋白通過抑制TNF-R1的表達、IκBα的磷酸化、NF-κB的轉(zhuǎn)位,來調(diào)控NF-κB信號通路,恢復TNF-α破壞的肌生成素的穩(wěn)態(tài)來對抗肌肉萎縮。

2 藻蛋白或多肽的名稱及作用機制

藻蛋白或多肽的名稱及作用機制見表1。

表1 藻蛋白或多肽的名稱及作用機制Tab.1 Name and action mechanism of algal proteins or peptides

3 藻蛋白或多肽在各領(lǐng)域的應用

3.1 在化妝品中的應用

藻蛋白或多肽可保濕抗氧化,修復損傷皮膚,多用于護膚護發(fā)產(chǎn)品。藻蛋白常被加入護膚品中,制備具有抗皮膚衰老、養(yǎng)顏美白功效的保濕護膚水等。螺旋藻多肽可提高抗氧化酶的活性,對抗皮膚光老化[9]。藻藍蛋白、藻紅蛋白等具有熱穩(wěn)定性和pH耐受性,均可作為化妝品色彩的天然成分,如含藻藍蛋白保濕爽膚水,使水溶液保持原來的亮藍色。如今,人們追求天然、綠色的理念越來越強烈,安全無毒的藻蛋白或多肽是理想的化妝品成分。我國對一些提取純化工藝技術(shù)壁壘尚未攻破,相信隨著技術(shù)的改進完善,未來藻蛋白或多肽在化妝品領(lǐng)域的應用會更加廣泛。

3.2 在保健品中的應用

藻蛋白可作為一種健康營養(yǎng)的保健食品,對人體營養(yǎng)進行補充攝入。目前,市面已有含小球藻多肽抗衰老飲料,營養(yǎng)均衡,綠色安全。把小球藻抗氧化肽粉末添加入蘋果汁中,不僅保持果汁的亮黃色,又能對人體發(fā)揮抗氧化效果。藻蛋白含有豐富的人體必需氨基酸,可補充人體蛋白質(zhì),多被制備成粉末狀,用于家用調(diào)味品、調(diào)料等行業(yè),從柴米油鹽逐漸深入到人們的日常生活中。藻多肽還可降“三高”,如壇紫菜多肽被制備成降血脂、降血糖飲料,該飲料可減少動脈硬化的發(fā)生,抑制體重增長速度,降低血糖。隨著人們對健康理念的重視,藻蛋白和多肽的食用價值在保健品中的應用將會有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.3 在醫(yī)藥中的應用

藻蛋白和多肽具有多種藥理作用,對多種疾病有治療效果,特別是在腫瘤的治療中,小球藻多肽微膠囊、藻藍蛋白抗胰腺癌藥物和重組別藻藍蛋白抗肝癌藥物等均體現(xiàn)出藻蛋白和多肽有開發(fā)腫瘤藥物的潛力。藻蛋白和多肽對于其他常見疾病,如帕金森病,藻藍蛋白能抑制神經(jīng)毒素MPP,可預防與治療帕金森病,鞭金藻多肽制備成預防和治療酒精性肝損傷藥物,可清除自由基和保護肝臟。藻藍蛋白的熒光性能還可應用于醫(yī)療診斷中。藻藍蛋白熒光探針檢測黃曲霉毒素B1,藻膽蛋白/鏈霉親和素生物探針檢測肝癌的早期標志物等,因此藻蛋白和多肽在醫(yī)藥領(lǐng)域中具有很高的理論研究和開發(fā)利用價值,不僅預防和治療疾病,還能診斷疾病,相信藻蛋白或多肽在未來的藥品開發(fā)中的力度會更大。

4 展望

藻類蛋白和多肽有多種有益于人體健康的功能,目前常被當作營養(yǎng)添加劑制成面條、餅干等食品,如推出的一系列添加“小球藻”“螺旋藻”的有機果蔬汁。對于藻蛋白和多肽的活性與作用機制的深入研究能夠為體內(nèi)活性研究提供理論依據(jù),有助于推進相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和應用,在化妝品、保健食品、醫(yī)藥行業(yè)中也有更廣泛的應用前景。

制備藻蛋白和多肽的工藝多數(shù)為酶解法,此法提取率、純化度不高。隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展,藻蛋白和多肽的制備工藝將會更加成熟、簡化、安全,加上多種新型生物技術(shù)的投入使用,如生物信息學的挖掘、虛擬分子對接技術(shù)等不斷成熟,為未來的實驗方向提供了更多的可能性,也促進了科研工作的發(fā)展。相信未來會有更多新型的功能性藻蛋白和多肽被發(fā)掘出來并加以利用。