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英外源多肽的生理作用

Source: Author:陈栋梁 [Font:Small Middle Big ]

经典营养学认为食物中蛋白质的营养价值取决于其氨基酸的组成。首先是必需氨基酸的齐全与否;其次是各种氨基酸在种类和数量上与体蛋白是否相近;越齐全越相近,其营养价值就越高。而且必须在消化道中分解成游离的必需氨基酸或非必需氨基酸才能被机体吸收和利用。但是当动物喂以按理想氨基酸模式配制的日粮时,并不能获得最佳的生长性能,因此蛋白质必须水解成氨基酸才能被吸收的观点面临挑战。一些学者提出了动物对完整蛋白质大部份的水解产物或一些有关的肽有特殊的吸收和利用的观点。近代研究表明蛋白质在消化道中的大部份水解产物是2或3个氨基酸的小肽,它们能以完整的方式被吸收。目前哺乳动物和鸡的小肠中的小肽载体Ⅰ型(PEPTⅠ)和肽载体Ⅱ型(PEPTⅡ),已被克隆。二者转运二、三肽并以转运膜上的H+梯度作为驱动力。

事实上,各种动、植物蛋白质隐含有一些特殊的肽质,选择适宜的蛋白水解酶可以产生一些具有特殊功能的生物活性肽,它们是一类相对分子量小于6000D,在构象上比较松散,具有多种生理功能的肽。

1.肽的吸收及特点

大量的研究表明,小肽与游离的氨基酸在体内具有相互独立的的吸收机制,二者互不干扰。游离的氨基酸(FAA)在小肠中的吸收是逆浓度梯度转运,通过不同的继发性主动重吸收即依靠不同的Na+泵转运系统而进行。而小肽的吸收与其完全不同。小肽的吸收是逆梯度进行的,其转运系统可能有以下三种:

1.1依赖氢离子浓度和钙离子浓度的主动转运过程  需要消耗ATP。这种转运方式在缺氧或添加代谢抑制剂的情况可被抑制。

1.2具有pH依赖性的非耗能性Na+/ H+交换转运系统  在转运过程中H+向细胞内的电化学质子梯度供能,质子运动的驱动力产生于刷状缘顶端细胞的Na+/H+互相通道的活动。当小肽以易化扩散方式摄入细胞,引起细胞内pH值下降,并活化Na+/H+的互转通道,而释放出H+离子,使细胞内pH恢复到原来的水平;缺乏H+梯度时,依靠膜外的底物浓度而进行,当存在细胞外高内低的H+时,则以逆底物浓度的生电共转运。

1.3谷胱甘肽(GSH)转运系统  由于谷胱甘肽在生物膜内具有抗氧化作用,因而GSH转运系统可能具有特殊的生理意义,但目前其机制尚不清楚。

与游离氨基酸吸收相比,小肽的转运系统具有转运速度快、耗能低、不易饱和的特点。而FAA吸收慢、载体饱和,吸收时耗能高。大量的试验已证实,在肠道中形成的小肽,其大多数氨基酸的残基比单个氨基酸吸收要迅速有效。Rerat等(1968)在猪的试验中观察到当十二指肠灌注肽的混合物时,除蛋氨酸外,出现在静脉的氨基酸都比灌注相应的氨基酸的混合物吸收快,吸收率高,表明小肽的吸收优于FAA。

2.外源多肽的营养作用

2.1消除氨基酸之间的吸收竞争

实验表明肠粘膜细胞膜上具有转运氨基酸的载体蛋白(Carrier Protein)能与氨基酸及Na+ 形成三联体,将氨基酸及Na+转运入细胞。Na+则借Na+泵排出细胞外,并消耗ATP。此过程与葡萄糖的吸收载体相类似。由于氨基酸结构的差异,主动转运氨基酸的载体不相同。在人体内存在四种类型的载体:中性、碱性、酸性,亚氨基酸与甘氨酸载体,其中中性氨基酸是主要载体。由于氨基酸在结构上有一定的相似性,当某些氨基酸共同用同一载体时,则它们在吸收过程中将彼此竞争,如精氨酸和赖氨酸在吸收时相互竞争载体上的结合位点,而发生拮抗作用进而影响动物体内蛋白质的代谢。

施用辉等[8](1996)在研究不同比例小肽与游离氨基酸对鸡氨基酸吸收影响时发现,当完全以小肽的形式供给动物时,赖氨酸的吸收速度将不再受精氨酸的影响。乐国伟等[1](1997)报道,分别在鸡的十二指肠灌注CSP(主要有小肽组成的酶解酪蛋白)和相应组成的游离氨基酸的混合物,10分钟后CSP组门静脉血液循环中的一些小肽量和总肽的量显著高于FAA。Daneil等(1994)认为肽载体吸收能力可能高于各种氨基酸载体吸收能力的总和。小肽中氨基酸残基被迅速吸收的原因,除了小肽吸收机制本身外,还可能是小肽对氨基酸或其残基的吸收有促进作用。

2.2对蛋白质代谢的影响

影响机体组织中蛋白质代谢的因素很多,其中最重要的是氨基酸的种类和数量。Boza 等(1995)报道当以小肽的形式作为氮源时,整体蛋白质沉积高于相应游离氨基酸日粮或完整蛋白质的日粮。小肽在动物体蛋白质代谢中的作用,不仅表现为吸收上的优势,而且日粮中蛋白质肽的释放量与其完整吸收进入循环的程度也可影响组织蛋白质代谢。蛋白质的合成受到多种激素的调控。Rerat等(1988)报道向猪十二指肠灌注小肽后,血浆胰岛素的浓度高于灌注FAA组,而胰岛素的生理功能促进肝及肌肉中糖元的合成,促进肝及脂肪组织的合成。另外,胰岛素具有促进RNA、DNA及蛋白质的合成是生长发育的重要的激素。

2.3提高了生产性能和蛋白质的利用率

随着人们对肽营养认识的的日益增多,很多试验的结果均显示,小肽可提高日粮中氨基酸的利用率,从而提高动物的生产性能。Pqrisini等(1989)在生长猪的日粮中添加少量的肽后显著地提高了猪的日增重及蛋白质的利用率和饲料的转化率。其原因可能与肽的结构功能有关。施用晖等(1996)报道在蛋鸡基础日粮中添加肽的制品后,其产蛋率和饲料转化率显著提高,蛋壳强度上也有提高的趋势。

2.4促进矿物元素的吸收利用

酪蛋白磷酸肽(CPP)分布在酪蛋白的不同区域,其活性中心是磷酸丝氨酸和谷氨酸簇,CPPs在中性和碱性pH时,通过磷酸丝氨酸与钙、锌、铁等结合成可溶性状态,被肠细胞吸收后再释放出来,从而有效的避免了钙在小肠中性和偏碱性环境中被沉淀,而影响钙的吸收。Zambonino等(1997)报道在鲈鱼苗日粮中添加小肽后能极大的减少骨骼的畸形现象。由于我国膳食结构中植物性食物占主要部份,植物中所含的Fe3+难以被人体吸收,我国约有2亿人患缺铁性贫血,其中儿童、妇女为高发人群。儿童贫血率占25%,妇女贫血率占20%,在我国尤其是西部地区比较严重,在有些贫困地区甚至高达40%。Maria等报道,肉类水解中的肽类,能使亚铁的可溶性提高。研究发现铁能与小肽结合,通过小肽的运输方式,到达特定的靶组织,能自由地通过成熟的胎盘,而硫酸亚铁的铁进入血液是经过主动转运途径被结合于铁蛋白(ferritin)储存于粘膜细胞。当机体需要铁时,粘膜中的铁即同脱铁运铁蛋白(apofransferrin)结合成为运铁蛋白(traferrin),由于其分子质量相当大(86KD),被胎盘滤出。这可能是小肽铁生物效价较高的原因,同时也表明小肽对铁的吸收转运具有十分重要的作用。Foaad(1974)提出位于五元或六元环络合中心的金属元素可以通过小肠的绒毛刷状缘以小肽的形式被吸收。施因辉等报道,在蛋鸡的日粮中添加小肽的制品后,血浆中Fe2+、Ca2+、Zn2+的含量显著高于对照组,蛋壳强度提高,这些结果可能是由于小肽制品中含具有金属结合性的肽,能促进钙、铁、铜和锌的被动转运及其在体内储存。

3.外源多肽的生理功能

随着化学分离技术和结构鉴定研究方法的发展,越来越多的动、植物来源的多肽类的化合物被分离鉴定出来。目前已发现从一百多种动、植物来源的活性寡肽、环肽、环肽生物碱、糖肽等多肽类化合物具有较强的生物活性。

3.1抗菌肽 抗生素的发现是医学上的一个里程碑,但随着抗生素的大量使用,也使得致病菌的抗药性大大提高。现在青霉素的使用量是最初发现的的使用量的几十倍。

抗菌肽和常规抗生素不同。抗生素是由一系列酶生成的产物,而抗菌肽是某个特定基因编码的产物。在抗菌的机制上,抗生素一般是通过抑制细菌细胞壁、蛋白质和DNA合成而达到杀菌的目的,所以抗生素的抗菌一般是通过抗菌素以共价的方式结合于一类细胞壁结合酶——青霉素结合蛋白(PBPS)上,从而导致细菌细胞的溶解。细菌容易通过变异对抗抗生素产生抗性。抗菌肽抗菌机理是通过静电作用吸附到细菌膜上,然后疏水的C端插入到细胞膜的疏水区域,通过改变细胞膜的结构,多个抗菌肽结合在膜上形成离子通道,造成原生质的泄露尤其是钾离子的大量渗出致使细胞内外渗透压的改变而引起细菌的死亡,而达到广谱抗菌的效果,这可能抗菌肽最主要的抗菌机理,但随着研究的深入人们发现抗菌肽还可以其他的方式产生抗菌效果,具体到某一种抗菌肽其杀菌方式各有差异,其杀菌的效果可能是通过多种因素的协同作用。所以抗菌肽的使用不易产生抗性菌和交叉抗性。由于抗菌肽的抗菌的独特效果,即将在医药领域和保健食品中显示出巨大的潜在的应用前景。

3.2免疫刺激肽(immunostimulant) 植物和动物蛋白质水解产生的某些肽具有免疫活性作用。Meisel 等(1996)证实酪蛋白序列中存在不同的生物活性成份,经酶解后可得到下列四种活性肽:①opioid agonists阿片类激动剂。 ②opiiod anregonists 阿片类拮抗剂。③immunostinulants (immunopeptides) 免疫刺激剂。 ④mineral Carriers(Caseinphosphopeptided)金属载体。

β-酪蛋白水解生成的三肽Leu-Leu-Tyr以及α-酪蛋白的N末端Thr-Thy-Met-Pro-Leu-Phe在试验中可以促进人和绵羊腹膜内巨噬细胞的吞噬作用。Berthoa等(1981),Parker等从人乳酪蛋白酶解中分离得到的二种活性肽,Val-Gln-Pro-Ile-Pro-tyr 和Gly-Leu-Phe这二种肽浓度在0.1umol/L时就能激活腹膜巨噬细胞对绵羊红细胞的吞噬作用。Cosre等(1992)报道β-酪蛋白胃蛋白酶-糜蛋白酶消化产物中的多肽可促进大鼠成熟的淋巴细胞的未成熟的脾细胞的增殖。Azuma 等(1989)从卵清蛋白中提取的肽能促进细胞的生长和DNA的合成。陈栋梁[4]等学者应用同位素示踪动物实验也证实了白蛋白多肽与核酸共同食用,可促进核苷酸的吸收及利用促进免疫器官核酸的分布量,有益于免疫细胞内核酸代谢的补救合成,提高机体的细胞免疫功能。

3.3抗高血压肽 体内肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-aldosterone-angiotensinogen system  R-A-A-S)本系统是由一系列的激素及相应的酶组成的R-A-A-S在调节水,电解质平衡,血容量,血管张力和血压方面具有十分重要的意义。肾素主要由肾脏小球旁细胞合成和分泌它能促进由肝脏合成的血管紧张素原(angiotensinogen AN)转变成血管紧张素Ⅰ(ANGⅠ)后者在肺循环中被血管紧张素转化酶(ACE)水解而生成血管紧张素Ⅱ。血管紧张素Ⅱ的生理功能:①直接使小动脉平滑肌收缩,外周阻力增加。②使交感N冲动释放增加。③ 刺激肾上腺皮质醛固酮的分泌增加,而使肾小球远端集合管钠的重吸收加强,排H+和K+,保Na+,导致水份与钠的潴留。上述三个生理作用使血压升高。寻找ACE的抑制剂,对高血压患者特别是原发性高血压患者有显著的意义。

人们从α-酪蛋白,玉米蛋白,沙丁鱼磷虾,大豆蛋白中不断发现ACE抑制活性肽。玉米蛋白中的α-γ醇溶蛋白含有高比例的Val,Ile,Leu,Pro和Gln等,很少含有Lys等碱性蛋白而这种不平衡的组成使玉米蛋白的酶解产物就具有较高的抗血压作用。

研究表明抗压肽中的Leu-Pro-Pro的序列能同ACE的三个活性中心部位相结合,而抑制此酶的活性。因此具有上述序列的活性肽能抑制ACE的活性,减少了血管紧张素Ⅱ的生成,使血管舒张,外周阻力降低,肾血管阻力降低,肾血流增加,另一方面又使缓激肽的分解减少,加强血管的舒张作用,二者总的效果是血管舒张血压下降。但对正常血压没有降压作用。

3.4降脂肽(防治冠心病的发病率) 冠心病是发达国家和发展中国家主要死亡原因。冠心病主要的病因学之一是脂蛋白代谢的紊乱——高脂血症,尤其是氧化的ox-LDL胆固醇的含量升高。在英国前瞻糖尿病研究所(UKPDS)报告中,CHO危险性降低的优先的顺序为LDL-C-舒张压-吸烟-HDL-糖化血红蛋白。在CHO主要危险因素影响中LDL-C降低1mmol/L,能使危险性降低57%,而HDL-C升高0.01mmol/L,危险性降低15%,上述资料表明,冠心病防治的主要措施之一是降低血液低密度脂蛋白的胆固醇的含量。大豆蛋白(肽)、绿豆蛋白(肽)经过多次人和动物实验,以及陈栋梁博士[3]等学者的动物实验均证实大豆蛋白(肽)能降低血中总胆固醇和LDL胆固醇的含量。 JAMES W[5]等(1995)在其综合了38篇的临床研究的报告中,其中有34篇减低高脂血症中胆固醇的浓度,其结果是一致的。当每天摄入25g 大豆蛋白(肽)使血清总胆固醇浓度降低0.60mmol/L,美国健康与营养调查研究(The National Health and Nation Examination survays NHANES)报告美国人群血TC水平下降,使CHD的发病率和死亡率均减低。从1960~1991年美国人群血中TC下降6~8%即可使CHD发生率减少12~32%,实际上自1960~1990年美国CHD死亡率减低54%,这使美国的总死亡率下降49%。

3.4.1 大豆多肽降脂的生理机制

3.4.1.1 在动物实验中,膳食中氨基酸的组成,尤其是精氨酸的增加影响血中胆固醇的浓度,其机制可能是增加了胆汁酸的排泄和减少了胆固醇的吸收。

3.4.1.2 摄入大豆蛋白(肽)时,血液中胰岛素和高血糖素比例发生了改变,影响了肝脏胆固醇的合成(胰岛素增强肝HHG-CoA还原酶的活性,胰高血糖素降低HHG-CoA还原酶的活性)。

3.4.1.3  影响机体载脂蛋白(apoB)的合成和LDL受体活性。

Huff [6]报告,用大豆蛋白(肽)代替动物蛋白时,极低密度脂蛋白(VLDL)apoB转换率增加。

3.4.1.4  Lovati[7] 等报道,食入大豆蛋白(肽)单核细胞LDL受体活性比对照组要高8倍,LDL受体又称apoB ,E受体,当LDL同受体结合后被细胞膜凹陷继续内陷而形成被胞膜小囊泡,在pH=5融合成酸性入胞小体,进入溶酶体的LDL在蛋白酶的作用下,将载脂蛋白apoB-100分解成氨基酸,胆固醇脂被酰酶分解成游离的胆固醇及脂酸,细胞从LDL得到游离的胆固醇后通过降低HHG-CoA还原酶的活性抑制细胞自身胆固醇的合成,从而降低了血中胆固醇的浓度。

3.4.1.5 sctchell提出,由于大豆蛋白中含有少量的雌激素(异黄酮isoflavones)或植物雌激素( phytoestrogens)在一定的环境下,他们表现出类似雌激素作用,减低血清中ChE和LDL-ChE的浓度。

3.5 抗肿瘤肽 肿瘤是目前人类死亡的第一“杀手”。因此,寻找抗肿瘤药物与保健食物已引起人们的广泛兴趣。近年来[9]由于肿瘤分子生物学及肽组合化学的迅速发展,肽及肽的衍生物在肿瘤化疗、免疫治疗研究中得到了广泛应用。然而天然的L-型肽易被胰酶水解,生物利用度低,随机的多氨基酸残基肽库难于筛选,开发抗癌肽新药需要结构新颖且能抗酶水解的肽类导向化合物。

海洋生物是新型的肽类次级代谢物的丰富来源,现已从多种生物中发现一系列高活性的抗肿瘤、抗病毒、抗微生物及心血管活性多肽,其中抗癌肽尤为引人注目。它们不仅抗癌活性高,且稳定性好,如海免dolastatin是迄今为止已知来源的活性最强的抗肿瘤剂,已进入临床试验。由于海洋生物的特定环境,海洋抗癌肽的结构与陆生动植物肽(糖肽)有很大不同,多为小分子环肽。

3.5.1 鲨鱼软骨多肽 鲨鱼是世界是少数不易患癌症的动物之一。科学家们研究发现,鲨鱼的免疫系统是抗癌的有力武器,其奥妙在于它的软骨中有强劲的防止肿瘤新生血管的生长因子,能有效的抑制肿瘤新生血管生长,阻断肿瘤血管的生成,断绝癌细胞的营养供应和新生代谢物的排出,而达到抑制肿瘤的作用。对肝癌,乳腺癌,消化道肿瘤,子宫颈癌等均有抑制作用。我们采用酶学的方法水解姥鲨软骨蛋白,采用超滤和分子筛层析等方法分离、纯化酶解产物得到新生血管抑制因子SP8,在体外能抑制血管内皮细胞的增殖,抑制新生血管的生长,体内能抑制小鼠移植S180肉瘤生长。

3.5.2 A蝎毒抗癌多肽(antineoplastic polypeptide from Buthus martensil venom ,APBMV) APBMV是利用分子筛层析技术从粗蝎毒中分离出的抗肿瘤的有效成份,相对分子质量在6000~7000。高效液相色谱(RP-HPLC)显示具有四个层析峰,其能明显的抑制H22细胞的生长,同时其对于HL-60,人胃癌细胞株MCL-803的生长具有显著的抑制作用。蝎毒多肽的抗肿瘤生物学机理尚未完全阐明。癌细胞生化代谢异常细胞内的RNA,DNA,蛋白质的合成代谢异常旺盛而分解代谢减弱,因而DNA含量较正常细胞高。糖代谢的特点表现为无氧酵解增强和戊糖旁路活跃氧化能力差。

有学者报道其主要是直接作用于肿瘤细胞,抑制肿瘤细胞线粒体生物氧化酶活性,导致细胞代谢率降低、细胞缺氧、生长抑制甚至使癌细胞因代谢紊乱而死亡。另外,APBMV与癌细胞的DNA特异性交联,使DNA断裂影响DNA的复制,从而有效的控制了肿瘤细胞的增殖。

目前的实验研究表明APBMV对一些肿瘤有肯定的抑制和杀灭的作用,并取得了一定的疗效。因而进一步的开展蝎毒抗肿瘤的研究将具有十分广阔的前景。

3.5.3  鲎血细胞多肽对不同肿瘤的影响  采用酸提取法和SephadexG-50凝胶层析从鲎血细胞纯化,得到低分子量的多肽经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳层析分析,显示一条带,分子量小于144000。不同浓度的鲎细胞多肽对HL-60细胞,K562细胞,SPC-A-1细胞等三种肿瘤细胞的生长具有不同程度的抑制作用。但不同肿瘤细胞对多肽的敏感不同。对上述三种肿瘤细胞的半数抑制率的浓度分别为24.77mg/L,43mg/L,7.5mg/L,而多肽浓度在20~120mg/L范围对成纤维细胞无明显毒性。

另外,外源性多肽在抗氧化等方面也有一定的作用。

4.结束语

营养蛋白质源的多肽生物活性的发现,突破了蛋白质仅限于提供氨基酸和能量的旧观点,展示了营养蛋白质潜在的信息功能或者说蛋白质的第三功能,由于生物活肽的研究刚刚起步,尚需在下列三个方面进行深入研究:

4.1肽的吸收、转运机理方面 尽管有许多学者有过许多研究,但由于多肽和蛋白质一样种类繁多,目前尚没有发现具有代表性的肽可作为工具进行普通吸收代谢机理研究,今后应在不同种类和数量氨基酸组成的活性的非活性肽在肠道中的吸收以及肽在吸收后在体内的转化等诸方面进一步深入研究。

4.2肽的生物活性的研究  应集中在体内作用表达和机理研究,这些研究将有助于了解神经、激素和其他类似活性物质的相互协调,信息的传递和体内宏观调控。

4.3外源性多肽的生产方式研究应采用现代的高科技生物技术  着重于营养多肽或活性多肽的制备方法研究,提高多肽的产量和质量,降低大规模工业化肽制品的生产成本,使肽的营养或活性功能在保健食品中得到广泛的应用。

参考资料:

1.  乐国伟,施用辉 酶解酪蛋白与相应氨基酸混合物对雏鸡组织蛋白质合成的影响畜牧兽医学报 1998,29(1):10-16

2.  Fei,Y.J.Y Kanai S Nussberger et al ,expression and cloning of a mammalian Protron-coupled oligo-peptide transporter .Nature(London) 1994.368 563-566

3.  陈栋梁 王阿敬 刘莉 黄刚等 大豆肽及紫清油合剂对大鼠血脂的调节作用多肽的世界-认识功能肽 2003.147-155

4.  陈栋梁等 白蛋白多肽对核苷酸吸收及增强小鼠细胞免疫功能的作用食品科学 2004 1(290) 163-166

5.  JAMES W,AnBERON, M,D et al, META-Analysis of the effects of soy protein intake on serum lipids .The NEW England Journal of Medicine Aug 3:1995 276-282

6.Huff MW etal, Turnover of very low-density lipoprotein-apoproteinB is increased by substitution of soybean protein for meat and dairy protein in the diets of hypercholesterolemic men ,Am J clin Nutr 1984:39 888-97

7. Lovati MR ,Manzonic, Canavesi A  et  al,  Soybean protein diet increases low density lipoprotein receptor activity in mononuclear cells from hypercholesterolemic patients J clin invest 1987,80,1498-1502

8.施用辉 乐国伟 刘选珍 体外消化过程中蛋白质品质与寡肽的释放的研究 中国畜牧杂志2001.17(6)12-14。

9.戴秋云 黄培堂 黄翠芬 海洋生物抗癌肋研究进展中国药物化学杂志 1997 7(3)223-229。

The physiological function of extra-peptides

Abstract:There are some certain function areas widespreadly in the chains of  nutriment  protein peptides.It can produce various bioactivity peptides by appropriate protein enzyme.This test summarize absorbance mechnism and characteristic nutrition effect and physiological action about these function peptides.

Key words: nutrition , bioactivity peptides,   absorbance

Data:2008-7-9 0:00:00
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