专墨论述 DOI:1O.3969 ̄.issn.1005-6521.2015.15.033 食品研究与开发 Food Research And Develo 2015年8月 第36卷第15期 牡蛎蛋白活性肽的分离及生物活性研究进展 陈艳辉 。李超柱 。黎丹戎。 (1.钦州学院,广西钦州535000;2.广西医科大学,广西南宁530021) 摘要:牡蛎活性肽是海洋天然产物研究的重要组成部分,现代医学研究表明,牡蛎活性肽在抗肿瘤、抗氧化、降血 压、降血糖等方面具有特殊的生理活性。就牡蛎蛋白质酶解法制备活性肽的分离纯化技术、牡蛎活性肽的生物活性作 用等研究进展进行概述,为牡蛎活性肽的深入研究提供参考。 关键词:牡蛎;活性肽;酶解产物;分离纯化 The Progress on Biological Activity and Separation of the Bioactive Peptides of Oyster Protein CHEN Yan—hui ,LI Chao—zhu。,LI Dan—rong (1.Qinzhou College,Qinzhou 535000,Guangxi,China;2.Guangxi Medical University,Nanning 530021, Guangxi,China) Abstract:Oyster active peptides are an important part of research on the natural marine product.Modem medical studies showed that oyster bioactive peptides have special physiological activity,such as anti-tumor, anti-oxidation,lowering blood pressure,blood sugar and SO on.The enzymatic preparation and puriication ftechnology of bioactive peptides from oyster proteins,the biological activity of oyster active peptides were summarized,which will provide a reference for further study of oyster bioactive peptides. Key words:oyster;bioactive peptide;hydrolysates;isolationandpurifieation 浩瀚的海洋是人类保健和药品的天然宝库,迄 今,人们已从各类海洋生物中分离获得14 500余种具 有各种结构类型的海洋天然产物,近1/2具有各种生 物活性;更重要的是超过0.1%的化合物结构新颖独 肽”。牡蛎的蛋白质含量高,是采用酶解法制备生物活 性肽的良好原料。现就牡蛎蛋白质酶解法制备活性肽 及分离纯化技术、牡蛎活性肽作用方面的研究最新进 展作一简述。 1 酶解牡蛎蛋白质制备活性肽及分离纯化 特,活性显著,已成为先导化合物或新药来源【lJ。海洋 天然活性肽是海洋药物研究的重要组成部分,它们显 示出多种多样的生理活性,如抗肿瘤活性、抗氧化性、 牡蛎蛋白质酶解法制备活性肽及分离纯化工艺 一抗高血压性、抗凝血、抗菌性、免疫活性、降血糖等 。 但天然存在的海洋活性肽等在生物体中含量低,而且 分离纯化困难,难以实现规模化生产171。为解决这一瓶 般流程为:牡蛎一剥壳取肉_十清洗一匀浆一酶解一 灭酶 离心取上清液-÷酶解粗提物一分离纯化 活 性肽。 颈问题,人们想到利用特异的蛋白酶水解,使其释放 出具有活性的肽。由于酶法生产活性肽产品安全性极 高,生产条件温和,水解易控制,可定位生产特定的肽, 成本低,故已成为最主要的生产方法。该法还有一个 突出的优点,就是可以将一些“惰性蛋白”转变为“活性 基金项目:广西自然科学基金资助项目(2014GXNSFAA118066);广 1.1小于1 kDa肽的制备及分离纯化 于娅等181用碱性蛋白酶Alcalase18 U/kg于60℃、 pH8.5下对脱脂牡蛎干粉进行恒温水解4 h,对酶解粗 提物选择Sep hadex G一15凝胶柱,用醋酸一醋酸钠缓冲 液进行洗脱,收集到5个组分,其中2、3、4组分具有很 强的ACE(血管紧张转化酶)抑制活性的短肽,其相对 分子质量在202—602之间,即大致为2肽~5肽的牡蛎 短肽。 冯晓梅等嘲采用胰蛋白酶5%浓度于45 oC、pH8.0 西教育厅科研立项项目(2013LX162) 作者简介:陈艳辉(1958一),女(汉),教授,本科,研究方向:天然产 物有机化学。 陈艳辉,等:牡蛎蛋白活性肽的分离及生物活性研究进展 专题论述 -===136 对牡蛎蛋白质进行酶解4 h,使其释放出具备特殊活性 的活性肽,粗提物上Sephadex G一25凝胶色谱柱,经 NH3/CO 缓冲液洗脱,得到F1、F2、F3、F44个组分,取 纯度和含量较多的组分F3和F4继续上 DEAE2Sepharose FF离子交换色谱,用NaC1梯度洗 脱,经过进一步分离纯化获得F31、F32、F41组分。 TOF—MS测定结果显示样品纯度较高,同时测得F31、 F32、F41的相对分子质量分别为885、810及409。 余杰等[ ol采用复合酶2 614 U/g底物在温度45℃, 底物质量浓度15-3 g/L条件下对牡蛎蛋白酶解3 h,取 上清液,过Sephadex G一25柱,采用pH7.0,0.02 mol/L 磷酸缓冲液进行分级分离,获得一种活性肽并命名为 BPO,并根据BPO的洗脱体积和标准曲线求出其相对 分子质量为751。 欧成坤[11】等采用537酸性蛋白酶酶解牡蛎蛋白 质,通过高效液相色谱分析了水解度为16%的酶解产 物的相对分子质量分布,具有特殊功能活性的肽对应 相对分子质量为568和203,主要由2肽到5肽的多 肽类物质。 1.2小于2 kDa肽的制备及分离纯化 汪秋宽等[ 21采用木瓜蛋白酶于150 min、pH7.0、酶 用量6%、温度45℃条件下对牡蛎肉进行酶解,将牡 蛎酶解液离心,用相对分子质量截留量为30 000的膜 组件进行超滤,超滤后用SephadexG一15凝胶柱分离, 收集柱层析分离的洗脱液,洗脱液在280 nm下有两个 吸收峰,其清除自由羟基、超氧自由基的作用很显著, 估算其蛋白肽的相对分子质量分别为1 191和826左 右。而采用中性蛋白酶在酶用量3%、温度65℃、时间 1 10 min、pH6.0条件下对牡蛎肉进行酶解,酶解液处理 与上述方法操作相同,结果洗脱液在280 nm下的2个 吸收峰的蛋白肽组分的自由羟基清除活性最强,估算 其相对分子质量分别为1 074和735左右。 周敏华fl31等采用胰酶(2.4x10 U/g)水解近江牡蛎 制备高F值寡肽,其方法是将牡蛎蛋白按底物质量分 数16-4%、胰酶添加量15 000 U/g、pH 9.32、温度49℃ 酶解4 h,然后将酶解液用活性碳吸附,取上清液,用 Biogel P2凝胶层析法,采用碳酸氢铵作为洗脱液洗 脱,可得到F值大于20的寡肽混合物,其相对分子质 量约1 450~8o0。 1.3小于5 kDa肽的制备及分离纯化 周先果[ 41采用胰蛋白酶(1:250)酶解牡蛎肉,其酶 解条件为:加酶量2%,pH8.0,温度45℃酶解6 h,将 酶解液上清用1%壳聚糖醋酸溶液进行絮凝法除杂质 后,常温下再离心即得粗提物。将粗提物_ ̄SephadexG一 25葡聚糖凝胶柱,用NH.HCO,缓冲液洗脱,结果层析 图谱出现4个洗脱峰,经采用常规Tris一甘氨酸系统 SDS—PAGE与小肽Tricine—SDS—PAGE电泳相结合的 方法分析SephadexG一25层析柱各个层析峰的肽段分 布情况可知,G一25IV峰:主要为小于2 512 Da的小肽 等物质。 陈艳辉等ll 5I采用动物蛋白水解酶在60℃、酶的质 量分数2.0‰、水解时间为4 h的条件下水解牡蛎蛋白 质,酶解液经灭酶和脱色后,经柱层析、超滤膜分离(采 用MWC03000超滤膜)获得分子量小于3 000 Da的具 有较好抗癌活性的牡蛎活性肽。 张辉[t61采用胰蛋白酶(1:250)酶解牡蛎肉,在加 酶量为2%、pH8.0、45 oC条件下酶解6 h后,4℃离心 30 min,上清液即得牡蛎酶解液。酶解液经过Sephadex G一50柱层析后得到两个峰,收集第Ⅱ峰,由凝胶层析 结果可粗略估算出牡蛎酶解活性肽G一50Ⅱ峰的相对 分子质量小于5 kDa。 2牡蛎活性肽的生物活性作用的研究 2.1抗肿瘤作用 2.1.1诱导分化肿瘤细胞 细胞形态与超微结构是细胞行使细胞功能的基 础和表现,其改变在一定程度上可反映细胞相关功能 活动状态的变化。因此,诱导分化处理前后肿瘤细胞 形态与超微结构特征的改变是判断肿瘤细胞是否逆 转分化的一个重要指标【】 91。 梁盈等[2o1为了研究牡蛎低分子活性肽BPO—L对 人肺腺癌A 549细胞形态和超微结构的影响,分别采 用光学显微镜和透射电镜观察了经0.1 mg/mLBPO—L 处理后的A 549细胞,结果表明,BPO—L能有效的改 变肺癌细胞的恶性形态和超微结构特征,使之出现与 正常细胞相似的形态和结构变化,由此说明牡蛎活性 肽BPO—L对人肺腺癌细胞具有诱导分化作用。 李祺福等【2 l以HMBA处理组为平行对照,流式细 胞仪检测细胞周期变化及以免疫细胞化学方法检测 相关癌基因、抑癌基因表达变化,研究牡蛎低分子活性 多肽组分BPO—L对人肺腺癌A549细胞分化的生物 学效应,探索其对肺癌细胞的作用机理。实验结果显 示,BPO—L能有效抑制A549细胞增殖活动,促使细胞 阻滞于GdG 期。在此过程中,A549细胞myc,MTp53 等癌基因蛋白表达减弱,p21WAF1/CIP1和Rb等抑癌 基因蛋白表达活性的增强。证实BPO—L对肺癌细胞具 有显著的诱导分化作用。 黄大川 应用从僧帽牡蛎中分离提取的牡蛎低分 子活性肽BPO—L处理人肺腺癌A549细胞,观察鉴定 牡蛎低分子活性肽对人肺腺癌细胞的生物学效应及 其作用性质,并进一步探索牡蛎低分子活性肽对人肺 腺癌细胞的作用机制。结果表明,BPO—L能有效抑制 专题论述 陈艳辉,等:牡蛎蛋白活性肽的分离及生物-活I}生研究进展 人肺腺癌A549细胞增殖、活动,细胞周期明显阻 滞Go/G 期。光镜、透射电镜结果显示,经BPO—L处理 后的A549细胞趋于扁平铺展状态,细胞体积增大,核 质比例减小,核形状较为规则,核内异染色质减少,常 染色质增多,高尔基体较为典型发达,粗糙型内质网 增多,多聚核糖体减少,分泌颗粒增多。 2.1.2诱导细胞凋亡和抑制细胞增殖 肿瘤是一种细胞增殖与死亡障碍性疾病,凋亡调 控机制失常在恶性肿瘤的演进过程中发挥重要作用, 故肿瘤治疗的关键是抑制肿瘤细胞的增殖或促进肿 瘤细胞的凋亡。 余杰等 ol检测牡蛎活性肽BPO诱导宫颈癌HeLa 细胞凋亡的作用机制。结果表明,BPO诱导HeLa细胞 凋亡的效应主要通过对细胞周期阻滞和激活细胞凋 亡信号通路来实现;BPO的作用机制与诱导凋亡基因 Caspase3 mRNA表达上调和细胞周期(Go/G 期)阻滞 有关。 周先果㈣观察牡蛎活性肽BPO G50一II在不同浓 度、不同作用时间对人舌鳞癌细胞株(Tca8113)体外增 值的抑制作用;应用倒置相差显微镜、H.E染色和透射 电镜观察细胞形态学的改变;AO—EB荧光法观察细胞 凋亡。结果表明,牡蛎活性肽BPO G50—11对人舌鳞癌 细胞株(Tca8113)体外增殖具有抑制作用,并能诱导其 发生凋亡。廖共山[23等也探讨牡蛎活性肽BPO G50一lI 对人舌鳞癌Tea81 13细胞增殖和凋亡的影响,结果与 周先果相同。 等为研究牡蛎活性肽组分BPO一1对人胃 腺癌BGC一823细胞周期与基因表达的,结果显 示,牡蛎天然活性肽BPO一1对肿瘤细胞的生物学效应 主要是通过凋亡的诱导而表现为对细胞增殖的抑制 作用。李夏闷对牡蛎胰蛋白酶抑制剂的制备及其抗肿 瘤活性的研究也表明,牡蛎胰蛋白酶抑制剂对人肺腺 癌A549细胞生长有明显的抑制作用。 2.1_3增强机体免疫功能 免疫活性肽不仅能增强机体的免疫力,在动物体 内起着重要免疫调节作用,而且还能刺激机体淋巴细 胞的增殖,增强免疫器官的免疫应答能力及巨噬细胞 的吞噬能力,提高机体对外界病源物质的抵抗能力, 从而降低肿瘤的发生率[261。李超柱等 以小鼠脾淋巴 细胞为实验模型,通过淋巴细胞增殖实验和混合淋巴 细胞实验,从细胞、分子水平研究牡蛎活性肽(利用动 物蛋白水解酶水解牡蛎肉所得的分子质量小于3 kDa 的肽)对小鼠脾淋巴细胞的免疫抑制活性及作用机 制。结果表明,牡蛎活性肽可以抑制小鼠脾脏淋巴细 胞分泌IL一2和TNF一 ,由此推测牡蛎活性肽可能是通 过抑制细胞因子的分泌来产生免疫抑制作用。提示牡 蛎活性肽可提高人体的细胞免疫功能而防止肿瘤的 发生。 2.2抗氧化作用 自由基参与许多生理和病理过程,是机体正常代 谢的中间产物。人体内自由基含量随年龄增长而积累, 过多的自由基会导致DNA的氧化破坏、蛋白质交联和 肽键断裂、酶和激素失活、发生脂质过氧化反应,形成 脂褐素(老年斑),沉积于心、脑、肾等器官使其功能减 弱,机体免疫能力下降。自由基清除剂作为抗氧化物 能不同程度地清除人体内积累的自由基。 周先果㈣为了探讨牡蛎酶解液的抗氧化活性,用 普鲁士蓝反应法测定牡蛎酶解液还原能力,在DPPH 体系、Fenton体系和邻苯三酚自氧化体系中分别检测 牡蛎酶解液清除二苯代苦味酞自由基、羟基自由基和 超氧阴离子的能力,并考察牡蛎酶解液在Fe2+i ̄发卵 黄脂蛋白过不饱和脂肪酸(PUEA)过氧化体系中的抗 氧化作用。结果表明,牡蛎酶解液清除羟基自由基的 效果较强,是硫脲的3.5倍;牡蛎酶解液也具有较强的 清除二苯代苦味酞自由基的能力;在Fe舢诱发卵黄脂 蛋白过不饱和脂肪酸(PUFA)过氧化体系中有明显的 抑制作用。 汪秋宽等[勰吩别检测了牡蛎木瓜蛋白酶和中性蛋 白酶酶解液体外自由羟基清除活性和体内抗氧化活 性。结果表明,当分子量为1 191 Da和826 Da左右的 木瓜蛋白酶酶解活性肽组分体外清除羟自由基活性 分别达到53.6%和66.5%;当分子量分别为1 074 Da 和735 Da左右的中性蛋白酶酶解活性肽组分体外羟 自由基清除活性分别57.6%和7O.5%。对小鼠肝脏 GSH—PX酶、SOD活力、GSH含量显著提高,肝脏MDA 含量显著降低。欧成坤『11]等研究结果显示,采用537酸 性蛋白酶酶解牡蛎蛋白质,在水解度为16%的酶解产 物中的肽对应相对分子质量为568和203肽,对二苯 代苦味酞自由基、羟基自由基和超氧阴离子自由基具 有良好的清除的能力。 2.3降血压作用 降血压肽是通过抑制人体中血管紧张素转换酶 ACE的活性而达到降血压作用。ACE是肾I血管紧张 素系统中对调节血压起重要作用的酶,它通过去除血 管紧张素I的碳末端His—Leu生成有血管收缩活性 的血管紧张素Ⅱ,同时使舒缓激肽失活,引起血压升 高[29-301。故评价牡蛎活性肽的降血压作用主要看ACE 抑制的效果。 张辉 用碱性蛋白酶所得牡蛎酶解液经葡聚糖凝 胶柱层析的产物,测定对ACE的抑制作用。结果表明, Sephadex G一25 III组分对ACE抑制率达到60.44%。 于娅等_8l通过HPLC法定量马尿酸测定碱性蛋白 陈艳辉,等:牡蛎蛋白活性肽的分离及生物活性研究进展 专题论述 138 酶酶解牡蛎蛋白的各组分短肽的ACE抑制活性。结果 表明,牡蛎水解液为2肽到5肽的牡蛎短肽具有很强 的ACE抑制活性。欧成坤… 等研究结果显示,采用537 酸性蛋白酶酶解牡蛎蛋白质,在水解度为16%的酶解 产物中的肽对应相对分子质量为568和203肽,对 ACE的抑制率为71.71%。 2.4降血糖作用 血糖升高是糖尿病的一个重要特征,测定各种条 件下血糖含量是了解动物病情发展程度和药物作用 的重要手段。张辉[31]采用腹腔注射四氧嘧啶造糖尿病 模型小鼠,牡蛎活性肽低、中、高剂量组按0.5、1、2 g/kg 灌胃,研究了牡蛎活性肽BPO不同剂量对其的降血糖 作用效果。结果显示,牡蛎活性肽能显著降低四氧嘧 啶诱导糖尿病小鼠的高血糖,其降血糖效果呈一定的 剂量效应关系,一定范围内剂量增加则降糖效果增加。 3展望 从牡蛎中制取纯度高、活性好、安全性强的生物 活性肽药物成分具有十分良好的发展前景。我国对牡 蛎的应用开发己开展了很多研究工作,并有商业产品 面市,但与国外发达国家相比存在较大的差距。由于 目前研究中的牡蛎蛋白质酶解产物一般是各种肽段 的混合物,活性效果也往往是多种肽段活性协作的结 果。故今后对牡蛎蛋白质酶解法制备活性肽及分离纯 化技术应不断改进,同时要设法提高多肽类物质的分 析鉴定效率。相信随着科技的快速发展,一些先进的 仪器和手段被应用后,国内在牡蛎活性肽的研究方面 必将会取得突飞猛进的发展。 参考文献: 【1]姜丽琴.天然海洋多肽Tasiamide的合成研究[D】.天津大学:2006:6 [21林心銮.海洋鱼、虾、贝类的生物活性肽研究进展[J].福建水产, 2007,26(3):58-60 [3]吴继卫,何海伦,路敬涛,等.海洋生物蛋白的酶解及酶解产物的 抗氧化活性[J1.海洋科学,2005,29(3):76—8O [4]吴继卫.海洋来源生物活性肽的抗肿瘤作用研究进展[J].安徽农 业科学,2009,37(21):9861—9862 [5j徐静,于红霞.牡蛎提取物的生物活性研究进展IJJ.中国公共卫 生,2007,20(1 1):1395—1397 [6]李超柱,潘珍凤,陈艳辉,等.牡蛎软体活性物质的研究进展[JJ.食 品工业科技。2012,33(8):412—415 [7]刘政,刘莹,王丽威,等.生物活性肽的酶法制备[J1.化学与生物工 程.2005(3):7—9 [8]于娅,杨瑞金,王璋.牡蛎功能短肽的制备及ACE抑制活性『J1_无 锡轻工大学学报,2004,23(2):49—52 [9]冯晓梅,韩玉谦,赵志强,等.牡蛎活性肽的制备及其理化性质的 初步研究fJ1_中国海洋药物杂志,2006,25(4):22—25 【lO】余杰,杨振国,陈美珍,等.牡蛎活性肽体外诱导HeLa细胞凋亡及 其作用机制fJ1_食品科学,2012,33(21):290~294 【1 11欧成坤,杨瑞金.牡酶解产物的ACE抑制活性和清除自由基活性 研究IJJ.食品工业科技,2005,26(3):59—62 [12]汪秋宽,宋琳琳,徐玲,等.牡蛎抗氧化活性肽的酶解工艺研究【J】. 大连水产学院学报,2009,24(4):95—99 『l31周敏华,章超桦,曾少葵,等.酶解牡蛎肉制备高F值寡肽的研究 fJ1_现代食品科技,2009,25(7):75 1—755 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