浓香型白酒酒糟中分离内源性寡肽QGVP具有降血压潜力

2022-11-24 12:53:50

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Introduction

为贯彻落实“健康中国2030”国家战略规划，白酒产业在产学研推动下，以经济发展为基础，完善微生态窖池数据库，科学指导白酒生产和工艺优化，实现白酒产品提优增产；以功能为导向，提出“内寻外加，自然强化”新理念，探明白酒新功能因子及其在酿造过程中的消长规律，揭示白酒增进人体健康的物质基础。因此，生态化、优质化、健康化是我国白酒行业发展的趋势。

近年来，白酒中益于人体健康的非挥发性微量成分正逐步被发掘，功能寡肽作为白酒酿造过程中产生的一类内源性健康因子，受到该领域科研工作者青睐。目前，研究者已在浓香型、清香型、酱香型等不同香型白酒中发现地衣素、环二肽、抗氧化肽、血管紧张素转化酶（ACE）抑制肽等四种肽类化合物。白酒内源性寡肽不仅具有一定生理功能，一些含特殊序列/结构的寡肽还使白酒呈现出甜味、苦味、酸味、咸味等滋味特征；此外，寡肽能与香气或异臭味成分发生分子间相互作用，影响后者挥发性能，起到持久留香、改变白酒香型、掩盖异臭味等作用。例如，地衣素Lichenysin可选择性地抑制酱香型、浓香型、清香型白酒中香气化合物的挥发性能，其中对醇类、醛类等化合物抑制效果最为明显，其次为长链酯，而对短链酯的挥发并无影响；进一步研究发现，地衣素可通过其缬氨酸的羧酸氧，与异味成分4-乙基愈创木酚的酚羟基形成氢键，从而阻止其向外界过早释放，有效降低白酒异味强度；白酒抗氧化肽Ala-Lys-Arg-Ala通过与对4-甲基苯酚的羟基氢形成氢键，改善白酒中由4-甲基苯酚引起的马厩味。因此，白酒内源性功能寡肽具有重要的应用价值：1）作为潜在的呈味物质，使白酒口感更为复杂丰富；2）与香气化合物存在分子间相互作用，抑制异臭味挥发性能，改变白酒香型特征，并使香气更协调持久；3）在人体内具有潜在的生理功能。

基于前人研究基础，邵阳学院余有贵教授、伍强博士与湖南师范大学附属第一医院钟常青等从白酒酒糟中分离鉴定获得具有显著ACE抑制活性的寡肽Gln-Gly-Val-Pro（QGVP），利用分子对接、圆二色谱分析探究其ACE抑制机制，并进一步建立Ang I诱导的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）模型，探讨其治疗高血压的分子机制。

图1 本文图解摘要

Results and Discussion

本研究为采用双酶定向酶解技术在优化条件下降解浓香型白酒酒糟，制备ACE抑制肽粗品，并进一步采用超滤、高效液相色谱（HPLC）分离纯化ACE抑制肽纯品，利用电喷雾质谱（ESI-MS）鉴定其氨基酸序列为QGVP。分子对接3D和2D结构如图2A所示，QGVP与ACE两者的相互作用主要为氢键和范德华力，其中QGVP与ACE活性区域S1'pocket的Tyr360、Asp358、Ala356、Ser355、Asn66和Asn70氨基酸残基形成6个氢键。CD分析表明，ACE的二级结构主要由α-螺旋组成，在208nm和222nm处有两条负带，在190 nm处处有一条正带；但在QGVP与ACE结合后，它们发生了改变，预示QGVP导致ACE构象改变（图2B）。此外，经CDNN软件计算二级结构含量可知，QGVP与ACE结合导致ACE的α-螺旋结构含量下降，β-转角结构含量上升。因此，推测QGVP通过与ACE的S1′活性袋形成氢键而结合，使ACE二级结构发生改变，从而导致ACE失活。

图2 QGVP对ACE的抑制机制探究

ACE通常位于血管内皮细胞膜，内皮通过调节血管活性物质，刺激血管舒张因子NO或血管收缩因子END1的释放，在血管张力和血压调节中发挥重要作用。血管紧张素受体1型（ANGR1）与G蛋白偶联受体结合，引发心血管疾病中的高血压、纤维化和炎症。研究发现，QGVP在25～400 μg/mL浓度范围内与HUVECs共孵育24 h，细胞活力未见明显下降。随着QGVP浓度的增加，HUVEC细胞内Ang II水平逐渐降低（图3)，其中与Ang I诱导组相比，200 μg/mL QGVP保护后，HUVEC细胞内Ang II浓度急剧下降。此外，与Ang I组相比，QGVP处理显著增加eNOS mRNA表达水平，且呈剂量依赖性，但降低了END1 mRNA表达水平。蛋白表达分析进一步证实，QGVP处理刺激eNOS磷酸化，而抑制END1蛋白表达水平（图3)。其中，在200 μg/mL QGVP作用下，Ang I诱导的p-eNOS蛋白表达上调了近5.2倍。

图3 QGVP对Ang I诱导的HUVEC细胞靶基因的表达调控

Conclusion

本研究从浓香型白酒酒糟中分离获得活性寡肽QGVP，可与ACE活性区域氨基酸残基形成6个氢键，检测到该寡肽与ACE结合后ACE α-螺旋结构含量降低，推测ACE可能因此构象发生改变而失活。此外，QGVP不仅对HUVEC没有细胞毒性，在Ang I诱导的HUVEC中可促进eNOS磷酸化，抑制END1表达，从而发挥舒张血管作用。因此，QGVP有望作为一种食品成分、用于预防或与其他化学药物进行开发用于治疗高血压。

第一作者

伍强，女，博士，主要从事微生物发酵与代谢调控、生物活性肽制备与功效活性分析等科研工作，为食品与化学工程学院本科生主讲《食品机械与设备》、《试验设计与统计》、《食品生物技术》等课程，其中《食品机械与设备》被认定为湖南省一流本科课程。主持湖南省科技厅重点研发计划项目（2016NK2082）、湖南省教育厅优秀青年项目（19B505）各1项，参与国家自然科学基金面上项目3项；以第一作者在Crit Rev Biotechnol、J Agric Food Chem、中国食品学报等国内外重要学术期刊发表论文10余篇，其中1篇为美国化学学会Top期刊封面论文，为Crit Rev Food Sci、Food Chem、J Cell Mol Med、J Nutr Biochem等期刊审稿；申请/授权中国发明专利10项、国际发明专利1项。

通信作者

余有贵，男，二级教授，硕士生导师，获湖南省政府津贴专家和优秀教师、湘西特聘专家等荣誉称号，被聘为湖南省食品科学技术学会常务理事、湖南省植物学会理事、中国生物工程学会会员、湖南省企业特派专家、湖南省科技特派员、邵阳市“三区”科技人才、邵阳市工业专家。食品科学与工程省级“双一流”应用特色学科负责人和生态酿酒新技术与应用湖南省高校重点实验室负责人，主要科研方向为生态酿酒新技术，近五年主持《生态酿酒综合技术的研发及产业化》成果获湖南省科学技术进步奖二等奖，获发明专利授权2项，主持省级科研课题3项；发表酿酒技术科研论文63篇，独著《生态酿酒新技术》和合作主编《中国酒概述》，获得湖南省教学成果奖三等奖3项；指导研究生10人。

钟常青，男，湖南师范大学附属第一医院、湖南省人民医院心血管内科副主任医师，硕士研究生导师。主要从事高血压、心力衰竭、心律失常等心血管疾病发病机制与诊治研究，主持湖南省自然科学基金、湖南省卫健委科研基金、湖南省科技厅创新项目等课题4项，发表代表性论文5篇，获得国家发明专利2项，获得湖南省卫生科技成果三等奖1项。

Identification and characterization of a novel tetrapeptide from enzymatic hydrolysates of Baijiu byproduct

Qiang Wu^a, Changqing Zhong^b,*, Guirong Zeng^c, Xu Zhang^a, Liping Xiang^a, Chang Wan^a, Yougui Yu^a,*

^a College of Food and Chemical Engineering, Shaoyang University, Shaoyang 422000, China

^b Department of Cardiovascular Medicine, Hunan Provincial People's Hospital, Changsha 410005, China

^c Hunan Experimental Animal Center, Hunan Drug Safety Evaluation and Research Center, Liuyang 410331, China

*Corresponding author.

E-mail address: zchqfly@126.com

yufly225@163.com

Abstract

In order to prepare angiotensin I-converting enzyme (ACE) inhibitory peptides, distilled spent grains of Chinese strong-flavor Baijiu were hydrolyzed by alcalase followed by papain under optimized conditions. A superior ACE inhibitory peptide was separated and purified by ultrafiltration and high-performance liquid chromatography (HPLC), and its amino acid sequence was further identified as Gln-Gly-Val-Pro (QGVP) by electrospray mass spectrometry (ESI-MS). QGVP formed 6 hydrogen bonds with the active site of ACE, which is responsible for reducing α-helix structure content of ACE causing subsequent inactivation. Moreover, it showed no significant cytotoxicity toward human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), and significantly induced phosphorylation of endothelial nitric oxide synthase (p-eNOS) and decreased endothelin 1 (END1) expression in angiotensin I (Ang I)-treated HUVECs, demonstrating the potential antihypertensive effect. The peptide QGVP hydrolyzed from distilled spent grain proteins of Chinese strong-flavor Baijiu was expected to be used as a food ingredient to prevent or co-treat hypertension with other chemical drugs.

Reference:

WU Q, ZHONG C Q, ZENG G R, et al. Identification and characterization of a novel tetrapeptide from enzymatic hydrolysates of Baijiu byproduct[J]. Food Science and Human Wellness, 2022, 11(6): 1641-1649. DOI:10.1016/j.fshw.2022.06.023.

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