摘 要：海洋生物活性肽（Marine biological active peptide）是從海洋生物中提取的具有優(yōu)化機體代謝環(huán)境、有益于機體健康的一類多肽。酶法制備海洋生物活性肽是目前最常用的制備方法，是通過適當(dāng)?shù)牡鞍酌杆夂Ｑ笊锏鞍讈碇苽渖锘钚噪牡囊环N方法。海洋生物活性肽在降血壓、抗氧化、抗凝血及抗菌等方面效果顯著，對治療和預(yù)防疾病具有巨大潛力。介紹海洋生物活性肽在酶解制備及其生物學(xué)功能方面國內(nèi)外研究進展，為進一步開展海洋活性多肽研究提供參考。
海洋生物資源豐富、種類繁多、生物鏈健全及再生能力強，海洋生物約占全球生物總量的一半。多變的生活環(huán)境、漫長的進化歷程使這些生物具有與陸生生物不同的生理性狀，并產(chǎn)生許多結(jié)構(gòu)新穎、作用特殊的生物活性物質(zhì)，是新型生物活性物質(zhì)的巨大來源，具有很大的開發(fā)潛力。生物活性肽（biological active peptide）是指具有優(yōu)化機體代謝環(huán)境、有益于機體健康的一類多肽。一般由蛋白質(zhì)酶解制得，通常含有 3-20 個氨基酸殘基，它在原蛋白質(zhì)序列上沒有生物活性，但是通過酸、堿或酶水解釋放后具有生物活性，其活性取決于它們的氨基酸組成及其排列順序［1］。海洋生物是開發(fā)生物活性肽的良好資源，近年來人們已從海洋生物、海洋加工的副產(chǎn)物中提取出許多不同種類的生物活性肽，它們不但可以為人體提供營養(yǎng)成分，而且還具有許多生物學(xué)功能，如降血壓、抗凝血、抗菌、抗氧化及提高免疫力等。隨著消費者在飲食與健康方面意識的提高，對功能性食品成分和保健營養(yǎng)品的認知和需求也逐漸增加，來源于海洋生物和海洋加工副產(chǎn)物的生物活性肽，因為其具有安全、無毒副作用、價格競爭力強等優(yōu)點在功能性食品的開發(fā)中極具潛力。本文介紹了海洋生物活性肽在酶解制備及其生物學(xué)功能方面國內(nèi)外研究進展，為進一步開展海洋活性多肽研究應(yīng)用提供參考。
1 海洋生物活性肽酶法制備工藝
目前海洋生物活性肽的提取方法主要有 3 種 ：溶劑萃取、微生物發(fā)酵和酶水解。由于酶水解法沒有有機溶劑及有毒的化學(xué)品的殘留已成為食品和制藥工業(yè)的首選方法。酶法制備生物活性肽是通過適當(dāng)?shù)牡鞍酌杆獾鞍讈碇苽渖锘钚噪牡囊环N方法。在酶法制備的過程中若要獲得理想的提取率，蛋白酶的選擇、酶解條件的選擇、分離技術(shù)這三方面至關(guān)重要。
目前在工業(yè)生產(chǎn)上用酶法制備生物活性肽應(yīng)用比較廣泛的蛋白酶主要有胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、組織蛋白酶、胃蛋白酶和枯草桿菌蛋白酶等內(nèi)肽酶。由于不同的蛋白酶酶切位點不同，同一蛋白片段在使用不同蛋白酶酶解后，所得的產(chǎn)物生物性質(zhì)將差異很大。如胰蛋白酶只催化水解堿性氨基酸所形成的肽鍵，底物特異性較窄，所以酶切位點相對較少，酶切片段較大 ；木瓜蛋白酶能作用于蛋白質(zhì)中 L-賴氨酸、甘氨酸、L-精氨酸和 L-瓜氨酸等參與形成的肽鍵，底物特異性較寬，所以其酶切位點較為廣泛，所得酶切片段分子量相對較小。因此，在開發(fā)特定功能的生物活性肽時要根據(jù)要求選擇合適的一種或幾種蛋白酶。2007 年 Zhao 等［2］對酶解海參蛋白發(fā)現(xiàn)使用菠蘿蛋白酶、脘酶及堿性蛋白酶 3 種蛋白酶共同作用，水解效果要優(yōu)于單一蛋白酶。2008 年，陳忻等［3］利用波紋巴非蛤制備生物活性肽發(fā)現(xiàn)使用木瓜蛋白酶酶解效果比菠蘿蛋白酶好，而且其酶解溫度低、用酶量少和水解度高。2001 年，Byun 等［4］對明太魚魚肉蛋白進行酶解制備 ACE 抑制肽時發(fā)現(xiàn)中性蛋白酶、膠原酶、堿性蛋白酶具有良好的水解效果，所得酶解物降血壓能力較強，而且 3 種蛋白酶具有協(xié)同水解效應(yīng)，但胃蛋白酶水解效果比較差。因此合適的蛋白酶選擇較為重要。
酶法水解后蛋白質(zhì)分解成長度不一的肽鏈，但生物活性肽的分子量大小在很大程度上決定其生物特性，所以要獲得特定功能特性的生物活性肽，分子量是較重要的因素之一［8］。酶法水解后如何提純是酶法提取的重中之重，目前常用的分離純化方法有超濾法、有離子交換層析法、凝膠過濾柱層析、體積排阻色譜、毛細管電泳、膜分離、HPLC、離子交換色譜、吸附分離、反滲透，以及一些方法的聯(lián)用技術(shù)。超濾法分離手段是通過采用適當(dāng)規(guī)格的超濾膜來分離純化出想獲得的分子量大小的肽類，超濾法不但可以純化多肽而且對多肽起到一定的濃縮作用，這種方法操作簡單，因此成為目前眾多研究者首選方法。2008 年，Zeng 等［9］通過超濾法從牡蠣水解液制備抗菌肽時分離得到 4 種不同分子量的多肽 ：<1 kD、1-5 kD、5-10 kD 和 10 kD。其中分子量在 5-10 kD的多肽具有較強的抗菌活性。但超濾法一般得到特定分子量的多肽片段，要想獲得單一成分，還需要通過交換層析技術(shù)與其它色譜技術(shù)相結(jié)合，然后通過電泳、氨基酸分析儀、質(zhì)譜等來檢測其純度。2007 年，Je 等［10］從金槍魚魚骨的酶解液中，通過連續(xù)的色譜分離得到一個抗氧化肽，利用電噴霧質(zhì)譜測定其序列為 :Val-Lys-Ala-Gly-PheAla-Trp-Ala-Asn-Gln-Gln-Leu-Ser。2004年，Uchida等［11］從一株海洋細菌發(fā)酵液中，利用 DEAE-Sephadex A-50陰離子交換柱、Sephadex G-100 分子篩凝膠柱分離得到一個蛋白酶多肽，通過氨基酸分析儀分析，純化出的多肽由 14 個氨基酸組成其序列為 ：Ala-Gln-Ser-Val -Pro-Tyr-Gly-Gln-Ile-Lys-Ala-Pro-Ala-Leu。
目前實驗室方法制備生物活性肽還不適合工業(yè)化生產(chǎn)，在選擇合適的蛋白酶條件下，應(yīng)通過控制酶解過程各個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。已報道［12］兩種制備海洋生物活性肽的較有效方法 ：一是可以使用一個三酶系統(tǒng)使酶進行連續(xù)水解 ；二是將多步循環(huán)膜反應(yīng)器和超濾膜系統(tǒng)聯(lián)合使用，使酶連續(xù)水解。多步循環(huán)膜反應(yīng)器技術(shù)裝備和超濾膜系統(tǒng)的聯(lián)用是近年來一種新興的分離生物活性物質(zhì)的方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。
2 酶法制備的主要海洋生物活性肽的功能特性
高血壓是全世界最常見的心血管疾病之一。目前商品化的抗血壓類藥物大都是人工合成的藥物，如甲巰丙脯酸、依那普利等，但均有一定的副作用。因此，尋找安全天然抗血壓藥物來替代合成藥物成為目前抗高血壓研究的迫切需求，其中降血壓肽作為天然抗血壓藥物潛力巨大。降血壓肽是一類血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑（ACEI）可以抑制 ACE 活性從而使血壓下降。
近年來，以海洋蛋白為原料制備降血壓肽的研究越來越多，1986 年，Suesuna 等［13］最先從帶魚和沙丁魚水解物中發(fā)現(xiàn)了 ACEI。在之后的數(shù)年里從明太魚、金槍魚、海參、文蛤和對蝦等海洋動物分離得到部分海洋抗高血壓肽（表 2）。海洋抗高血壓肽抑制 ACE 的活性很高，目前普遍采用 IC50 來表示這些海洋生物活性肽的效價，即海洋抗高血壓肽濃度達到 50% 時對 ACE 活性的抑制效率，然后采用雙倒數(shù)作圖法來表述抗高血壓肽對 ACE 的抑制模式。競爭性 ACE 的抑制多肽是當(dāng)前研究的熱點之一，這些多肽能結(jié)合到 ACE 的活性部位或通過結(jié)合到遠離活性部位的位置來改變酶的構(gòu)象，從而使酶的作用物不能結(jié)合到其活性部位達到抑制其活性的目的。2007 年 Zhao 等［2］報道了一些海洋抗高血壓肽也有競爭性途徑，通過小鼠試驗證實了其對 ACE 具有較有效的抑制活性，從金槍魚骨架蛋白水解產(chǎn)物中提取的抗高血壓肽其氨基酸序列（表 2），通過口服試驗（10 mg/kg），結(jié)果表明患有自發(fā)性高血壓大鼠的心收縮血壓明顯降低，其效果類似于西藥甲巰丙脯酸。對大目鮪中提取的抗高血壓肽進行大鼠試驗，證明此抗高血壓肽無任何毒副作用，在體內(nèi)的活性要高于體外。關(guān)于海洋生物活性肽抗高血壓肽的降壓機理目前還沒有一致的觀點，部分學(xué)者認為是海洋抗高血壓肽與西藥甲巰丙脯酸相比具有更強的組織親和力，所以被清除的速度慢，藥效要更為持久。海洋抗高血壓肽在預(yù)防和治療高血壓的保健品和藥物中的比例逐漸增大，當(dāng)然抗高血壓活性肽的市場開發(fā)利用還需要進一步進行基礎(chǔ)研究和臨床試驗。
抗菌肽是生物體內(nèi)經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的一種具有生物活性的小分子多肽，分子量通常低于 10 kD［21］。自從 1981 年 Steiner 等［22］首次從昆蟲中分離得到抗菌肽以來，迄今為止，在不同的哺乳動物、昆蟲和植物中已分離得到 700 多種具有抗菌作用的蛋白質(zhì)和多肽。
近年來關(guān)于微生物對傳統(tǒng)抗生素類物質(zhì)產(chǎn)生抗藥性的報道越來越多，所以目前急需開發(fā)新的抗菌類物質(zhì)。海洋抗菌肽因其具有原料來源廣泛、抑菌譜廣及無毒副作用等優(yōu)點，具有巨大的開發(fā)潛力。但是目前開發(fā)海洋抗菌肽因存在分離純化較難、提取步驟繁瑣及成本較高等問題而限制了其開發(fā)應(yīng)用，所以如何提高抗菌肽的生產(chǎn)效率、降低成本，得到安全、穩(wěn)定的海洋抗菌肽將會對未來抗菌肽的發(fā)展和應(yīng)用起關(guān)鍵性的作用。
海洋抗癌多肽具有活性高、穩(wěn)定性好等特點，是腫瘤醫(yī)學(xué)上一個研究熱點。目前研究表明從海洋動物提取的化合物 10% 具有抗癌活性［26］。1987年，Pettit 等［27］ 從海兔體內(nèi)分離得到抗腫瘤肽Dolastatin-10，對人乳腺癌、肺癌有顯著療效。2006年，吳杰連等［28］從文蛤中提取出 MGP0501 抗癌肽能有效抑制體外培養(yǎng)的人肺癌細胞株、卵巢癌細胞株、宮頸癌細胞株、鼻咽癌細胞株和肝癌細胞株等的生長。高 F 值寡肽是一種具有高支鏈氨基酸含量和低芳香族氨基酸含量組成的小肽混合物，具有治療或緩解減輕肝性腦病癥狀，抗疲勞治療苯丙酮尿癥，改善手術(shù)后及臥床病人的蛋白質(zhì)營養(yǎng)狀況，以及解酒精等功能。目前采用海洋蛋白制備高 F 值寡肽的研究較少，所以進一步開發(fā)海洋蛋白資源具有重要的現(xiàn)實意義［29］。另外，海洋源生物活性肽，如鈣螯合肽、免疫活性肽的研究也取得了一定的進展。2006 年，Jung 等［30］從明太魚和海吉魚中提取出抗骨質(zhì)疏松，肽即鈣螯合肽，適用于東方人的乳糖不耐癥，也可作為含鈣較高的乳制品的替代品，同時還可以預(yù)防骨質(zhì)疏松。
3 展望
海洋特殊的環(huán)境，使得海洋生物含有許多陸生動物所沒有的天然活性物質(zhì)。我國是漁業(yè)大國，2010 年我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達 5 373 萬 t，已經(jīng)連續(xù)20 多年居世界第一位。隨著我國水產(chǎn)中加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加工過程產(chǎn)生大量的加工副產(chǎn)物，如魚頭、魚骨和內(nèi)臟等。以羅非魚為例，羅非魚是是世界水產(chǎn)業(yè)的重點科研培養(yǎng)的養(yǎng)殖魚類，魚片利用率僅占整條魚的 46%，而魚片加工副產(chǎn)物卻占 54%，其中魚頭占 26.5%，內(nèi)臟占 6.8%，魚排占 16.5%，魚鱗占 2.2%［31］。但目前對這些加工副產(chǎn)物的開發(fā)利用較少，大部分只作為低值飼料使用，而這些加工副產(chǎn)物中含有豐富的活性物質(zhì)。如魚磷中含有豐富的膠原肽，內(nèi)臟中含有豐富的內(nèi)源蛋白酶，水產(chǎn)蛋白中含有各種功能的活性肽，所以利用生物酶技術(shù)，開發(fā)海洋低值水產(chǎn)品及水產(chǎn)品加工副產(chǎn)物中的功能活性肽，不僅使海洋資源得到有效利用，而且為人類提供更多功能性食品和藥品，具有廣闊的應(yīng)用前景。先通過酶解技術(shù)提取出各種生物活性肽然后再生產(chǎn)飼料，降低了開發(fā)海洋生物活性肽的成本，提高水產(chǎn)品及其加工副產(chǎn)物的利用價值和經(jīng)濟價值。
在酶法制備海洋生物活性肽技術(shù)方面目前仍需要完善，一方面將酶工程的先進技術(shù)應(yīng)用于開發(fā)海洋生物活性肽，積極探索開發(fā)蛋白酶制劑新資源，大力加強新型蛋白酶制劑的開發(fā) ；另一方面積極開發(fā)酶解條件的優(yōu)化方面的軟件，以及嘗試將正交試驗或響應(yīng)面法和遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法相結(jié)合對酶解制備海洋生物活性肽工藝進行優(yōu)化，通過結(jié)合遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬酶解過程，可使酶解反應(yīng)條件優(yōu)化精確度更高。建立高效靈敏度高的活性肽分離、鑒定、分析平臺。應(yīng)盡快開發(fā)適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的活性肽分離設(shè)備，使得海洋生物活性肽能夠盡快從實驗室進入產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
目前對海洋生物活性肽研究多數(shù)尚處于實驗室階段，必須進行深入研究。一方面雖然海洋生物活性肽作為功能性食品、營養(yǎng)食品，以及藥品的活性添加成分具有廣闊空間，但目前為止，已分離得到的海洋生物活性肽大多數(shù)只僅僅通過體外實驗和老鼠試驗，證明其安全無毒，但在體內(nèi)活性和應(yīng)用效果方面的研究較少。要想進一步開發(fā)海洋生物源蛋白酶解產(chǎn)生的肽類物質(zhì)的應(yīng)用價值，必須對其現(xiàn)有活性進行深入探討與研究。另一方面可以考慮對海洋生物活性肽化學(xué)結(jié)構(gòu)進行修飾，直接提取的肽類物質(zhì)可以通過聚乙二醇化、糖基化等方法對肽類化學(xué)結(jié)構(gòu)進行修飾，這樣可以使海洋生物活性更強、性能更穩(wěn)定，更利于開發(fā)利用。
雖然海洋生物活性肽在普遍應(yīng)用方面還有些技術(shù)問題尚待解決，但我國作為一個海洋漁業(yè)大國，海洋生物資源極為豐富，加之依托我國高校及科研院所等科研平臺，相信海洋生物活性肽在新型海洋保健食品、功能性食品以及醫(yī)藥行業(yè)中有著巨大的應(yīng)用潛力。
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