由胰腺β细胞功能受损、胰岛素代谢紊乱所导致的糖尿病是世界性代谢紊乱疾病,血糖偏高和血脂持续异常是该疾病的主要病理特征,可分为1型、2型(T2DM)和妊娠型。其中T2DM占患病人群的90%以上。大量研究已证实,一些食品源生物活性成分(肽、酚类、萜类等)具备优异的α-葡萄糖苷酶抑制潜能,其中由食源蛋白制备的α-葡萄糖苷酶抑制肽具有营养属性,因其生物利用度高、T2DM治疗效果明显、与传统α-葡萄糖苷酶抑制剂相比副作用低等特点受到研究界的广泛关注,食源性α-葡萄糖苷酶抑制肽的制备与研究已成为热点。
1 构效关系
1.1 链长、分子质量、氨基酸组成、序列与α-葡萄糖苷酶抑制活性的关系
1.2 净电荷、等电点、疏水性与α-葡萄糖苷酶抑制活性的关系
2 α-葡萄糖苷酶抑制肽的安全性
本文使用Allergen FP v.1.0服务器对α-葡萄糖苷酶抑制肽的致敏性进行预测,该web服务器内包含2 427 个过敏原和2 027 个非过敏原的蛋白质数据集,数据集的蛋白质中氨基酸序列由5 个E-描述符(E1:氨基酸疏水性;E2:氨基酸分子质量;E3:氨基酸的螺旋形成倾向;E4:氨基酸相对丰度;E5:β链的形成倾向)所描述,同时使用自动交叉协方差(ACC)的蛋白质序列挖掘工具对数据集内蛋白质的序列长度进行统一,判别系数“Tanimoto”将蛋白质区分为过敏原或非过敏原。通过上述预测模型,有35 条α-葡萄糖苷酶抑制肽被鉴定为潜在过敏原,这些多肽与数据集内已知的过敏原具有类似的氨基酸组成或肽基序,并带有抗原表位。作为过敏原的蛋白或多肽(有B细胞表位)被免疫球蛋白E(IgE)抗体识别并结合后触发IgE与肥大细胞或嗜碱性粒细胞表面FcεR受体的交联反应,进而激发免疫,释放炎症介质、前列腺素和白三烯,进而引发过敏。由表1可知,被鉴定为过敏原的α-葡萄糖苷酶抑制肽链长度在3~16范围内,以三肽、四肽、七肽和八肽为主。但一般来说,过敏肽以长链居多,短肽因缺乏三级结构,IgE与FcεR受体的交联能力较差,不易诱发过敏反应。目前没有足够的证据完整表述过敏肽的基序,现主要通过一些数据库对待测肽段的过敏潜力进行初步预测,可用的数据库包括Allergome、WHO/IUIS、过敏原蛋白结构数据库(SDAP)、BIOPEP-UWM数据库和Allergen FP v.1.0在线平台等。例如,有研究者通过BIOPEP-UWM数据库成功预测了多条κ-酪蛋白过敏肽(RPKHPIKHQG、NENLLRFFVA和FFVAPFPEVFGK)。另外,从表1中可以观察到,这35 条过敏肽中有12 条具有胃肠道消化酶抗性,比例达到1/3以上。有报道称,具有胃肠道消化酶抗性的多肽更易引发机体过敏,原因在于胃肠道消化酶抗性肽一般具有紧凑结构,保护了致敏抗原表位的完整构象,尤其是当肽段中带有足够数量的半胱氨酸时,由于其形成的二硫键所产生的强大空间位阻,不仅有助于阻止水解物的切割效应,也会对过敏肽的抗原表位进行保护。
当食物亲本蛋白本身就是潜在过敏原时,该蛋白会携带能引发过敏等不良反应的B细胞表位,其在活性肽制备过程中也不可避免地被释放,但可以通过蛋白酶水解、菌种发酵、加热、辐射、高静水压(HHP)等方式破坏IgE与表位的结合以降低食源蛋白的致敏性。主要原理是通过加工处理破坏抗原表位,或使表位构象发生改变,进而降低抗原性。尽管有研究指出,过敏源的主要特征(尤其是带有过敏潜力的活性肽结构特征)未被完整描述,但通过上述途径可在一定程度上避免产生带有致敏原性的活性肽。本文的分析结果提示未来在进行α-葡萄糖苷酶抑制肽的研究时,需格外关注所制得α-葡萄糖苷酶抑制肽的致敏性。
3 α-葡萄糖苷酶抑制肽的生物利用度
4 结 语
随着T2DM患病率的逐年上升,近些年人们将对治疗手段或替代药物的关注放在天然食物活性成分的提取或制备上,食源性α-葡萄糖苷酶抑制肽在预防和干预T2DM中已展现出巨大的潜力。明晰高活性食源性α-葡萄糖苷酶抑制肽的结构特点有助于更有效率、更有针对性地进行食源性α-葡萄糖苷酶抑制肽段的筛选,并进一步分析和判断其安全性、生物利用度等生物学特点。
尽管现阶段关于高活性食源性α-葡萄糖苷酶抑制肽的结构特征有一定的研究,但大都停留在氨基酸组成及排序、分子质量、疏水性等结构参数的单一解释上,未建立起整合各结构特性的构效关系研究体系。研究肽-酶分子作用机制的工具主要借助于分子对接技术,未积累足够数据填补生化实验与虚拟对接之间的信息误差,未来研究可运用X射线晶体学、表面等离子体共振等新兴技术深入探究食源性α-葡萄糖苷酶抑制肽与α-葡萄糖苷酶的作用模式。此外,在该类活性肽的研究与开发中,人们将目光集中到了制备工艺的优化、活性的提升及作用机制的解析上,而忽视了对其安全性的评价和对毒性肽及过敏肽结构特征的系统性总结,本文对该方面进行了初步探讨,但未深入讨论食物蛋白提取、预处理和制备过程中导致肽的分解、外消旋和环化等其他情形,这些局限使其作为功能性食品或药物的安全性和功效无法得到保证。目前,关于该抑制肽的活性研究虽较多,但均停留在体外验证阶段,对体内吸收部分未能充分考虑。其次,小肠上皮细胞刷状缘是肽发挥活性的重要场所,在研究时易被忽视,外翻肠套实验可在体外模拟情况下顾及到该部位,从而使实验结果更接近人体真实情况。未来也需多关注食源性α-葡萄糖苷酶抑制肽摄入后在胃肠道、小肠黏膜、小肠上皮细胞及肝脏代谢等过程中的活性保持、转运效率、代谢组学等情况,这不仅可以了解其在各转运阶段降解、代谢及受损的状况,也可为明确食源性α-葡萄糖苷酶抑制肽的多功能研究提供数据支撑,以促进降糖肽的开发利用。
本文《食源性α-葡萄糖苷酶抑制肽: 构效关系、安全性及生物利用度研究进展》来源于《食品科学》2023年44卷15期298-309页. 作者:李志明,张舒,孟维洪,张家瑜,张东杰. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220822-258.
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