菜籽低聚肽的生理功能研究進展

菜籽低聚肽的生理功能研究進展

韓 領，張 珍，夏曉洋，向 霞
(中國農業科學院 油料作物研究所，油料油脂加工技術國家地方聯合工程實驗室，農業部油料作物
生物學與遺傳育種重點實驗室，油料脂質化學與營養湖北省重點實驗室，武漢 430062)

摘要：油菜籽是我國重要的食用植物油原料之一，其加工副產物菜籽餅粕是寶貴的植物蛋白資源。介紹了菜籽低聚肽的組成、結構，以及其降血壓、抗氧化、抗腫瘤、增強免疫等功能特性，以期為深入研究和開發菜籽低聚肽產品提供參考。
關鍵詞：菜籽蛋白；菜籽低聚肽；生理功能
中圖分類號：TS218;TQ936    文獻標識碼：A    文章編號：1003-7969（2018）12-0055-04

Progress in physiological functions of rapeseed oligopeptide
HAN Ling, ZHANG Zhen, XIA Xiaoyang, XIANG Xia
(Hubei Key Laboratory of Lipid Chemistry and Nutrition, Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of 
Oil Crops, Ministry of Agriculture, Oil Crops and Lipids Process Technology National & Local Joint 
Engineering Laboratory, Oil Crops Research Institute of the Chinese Academy of 
Agricultural Sciences, Wuhan 430062, China)

Abstract：Rapeseed is an important raw material of edible vegetable oil in China. Rapeseed meal is a great plant protein resource. The composition, structure, and the biological activities of anti-oxidation, antitumor, reducing blood pressure and immunity enhancement of rapeseed oligopeptide were introduced so as to provide references for further investigation and development of rapeseed oligopeptide.
Key words：rapeseed protein; rapeseed oligopeptide; biological activity


  油菜是我國最重要的油料作物之一，在油料生產中所占比重約40%，同時也是世界上僅次于大豆和棕櫚的第三大油料作物[1]。2017年度我國油菜籽播種面積718.0萬hm2，單位產量為1.992 t/hm2，2017年我國油菜籽產量約1 430萬t[2]。目前我國已經基本實現低芥酸低硫苷雙低油菜籽品種化種植。菜籽餅粕是油菜籽榨油后的副產物，占油菜籽的45%~65%。菜籽餅粕中蛋白質含量高達35%~45%[3]，其氨基酸生物效價PER值與WHO/FAO推薦值相近，甚至超過脫脂大豆粕和酪蛋白，是優質的植物蛋白資源[4]。加拿大有研究表明，用雙低菜籽餅作高蛋白飼料源時，奶牛日產奶量提高了10% 以上[5]。潛力挖掘菜籽蛋白附加值，從油菜籽中提取生物活性物質，成為了近些年來人們關注的焦點。本文系統闡述有高應用前景的菜籽低聚肽的生物活性和生理功能研究情況，以期為菜籽蛋白的利用和菜籽低聚肽產品的開發提供參考。
1 菜籽低聚肽的組成和結構
     菜籽低聚肽 (Rapeseed oligopeptide)主要是以菜籽蛋白、菜籽粕、菜籽粉為底物，利用酸水解、酶水解或微生物降解等方式，由相對分子質量大的菜籽蛋白轉化而成，其聚合度較低，由2~10個氨基酸構成，相對分子質量在1 000 以下的短肽占85%以上[6]。傳統觀念認為，蛋白質只有轉變為氨基酸才能被人體吸收和利用。而現代研究發現，蛋白質在體內消化后除了以氨基酸形式被吸收外，還以低聚肽(尤其是二肽、三肽)形式被吸收，小分子肽類不僅具有良好的酸溶性、低黏度、抗凝膠形成性，并且在體內消化吸收快，利用率高，明顯優于菜籽蛋白[7]。
     汪一帆[8]采用液質聯用和蛋白數據庫檢索解析表明，菜籽低聚肽RSP-4是由Asp、Phe、Tyr、Pro等氨基酸組成。通過拉曼光譜解析，在RSP-4主鏈構象找出了C—H、C—N伸縮振動，確定RSP-4二級結構是β-轉角；通過紅外光譜解析，在4 000～2 500 cm-1 伸縮振動區可能存在—CH3伸縮振動；在1 900～1 200 cm-1雙鍵伸縮振動區可能存在CC伸縮振動；在1 800(1 300)～900 cm-1指紋區域可能存在C—O伸縮振動。結構決定功能，蛋白質結構中α-螺旋的主要功能是穩定構象，不直接參與蛋白質功能；而β-折疊和β-轉角所構成的構象則有很大的可變性和可塑性。低聚肽相對分子質量較小，一般沒有α-螺旋，有β-折疊和β-轉角，構象可變，可參與體內化學信息傳遞物質和溝通各類細胞間的協同等。
2 菜籽低聚肽的功能特性
     菜籽低聚肽具有多種生物活性[9]。肖萌[10]利用納豆芽孢桿菌和短乳桿菌對菜籽粕進行單菌、混菌的固態發酵，在接種量1.5%、溫度37 ℃、料水比1∶ 1.05、兩菌接種比例1∶ 1的條件下,通過動物試驗證明發酵菜籽粕在生理水平上對秀麗線蟲產生保護功效。菜籽低聚肽水解前以非活性狀態存在于蛋白質長鏈中，經過適當的蛋白酶水解后，其活性被釋放出來，且相對分子質量越小，其功能特性越明顯[11]。國內外關于菜籽低聚肽的功能特性的研究報道主要有以下幾方面。
2.1 降血壓活性
     腎素-血管緊張素系統（RAS）是調節機體血壓正常、維持體液平衡的重要系統，血管緊張素轉化酶抑制劑（ACEI）可以降低因 RAS紊亂而導致的高血壓[12]。食源性蛋白經蛋白酶水解后產生的低聚肽有血管緊張素轉化酶抑制劑活性，能夠抑制血管緊張素Ⅰ(AgⅠ)轉換成血管緊張素Ⅱ(AgⅡ)，也能作用緩激肽系統，使其失去活性，從而降低血壓。低聚肽通過抑制活性可以起到調控血壓的作用[13-14]。大多數有此作用機理的化學降壓藥物，如普利類降壓藥，伴隨有20%人群長期干咳，血肌酐、尿素氮和蛋白尿高，過敏性血管神經性水腫，有金屬味的味覺障礙，首劑低血壓以及高血鉀等典型的不良反應局限性[15-16]。食源性降血壓肽因其天然、安全、營養，對高血壓患者可以起到降血壓作用而無毒副作用，有化學藥物不可比擬的優越性。
     Marczak等[17]從油菜籽中提取分離IY、RIY、VW 和 VWIS 4種低聚肽，自發性高血壓大鼠分別口服這4種低聚肽，其中前兩者的IC50值分別為3.7 μmol/L和1.6 μmol/L，這4種低聚肽均在4 h內達到最大抑制效果，此外，在老年大鼠中發現RIY有抗高血壓作用。Yamada等[18-19]從菜籽蛋白水解物中分離降血壓肽，命名為rapakinin，其氨基酸序列為 Arg-Ile-Tyr，在自發性高血壓大鼠腸系膜動脈中以血管內皮細胞依賴表現出舒張活性，半數有效濃度EC50為5.1 μmol/L,并且發現濃度為10 μmol/L的rapakinin作用靶點是通過前列環素PGI2-IP受體,其次是膽囊收縮素CCK-CCK1受體途徑舒緩腸系膜動脈。模型大鼠口服15 mg/kg劑量的rapakinin,抗高血壓活性被CCK1和IP拮抗劑阻斷。試驗認為rapakinin抗高血壓活性可能主要由CCK1和IP受體依賴性的血管舒張誘導，來實現擴張腸系膜動脈的能力。He等[20-21]研究發現從胃蛋白酶和胰蛋白酶水解物中分離菜籽低聚肽GHS（Gly-His-Ser）有降血壓活性，并具有持續的降血壓效果。隨后，通過電場力驅動的電滲析-膜分離技術將菜籽蛋白堿性蛋白酶水解物（ORPH）分離成陽離子肽、陰離子肽和分離殘留的水解物（FRPH），ORPH的IC50值為（0.093 2±0.003 7） mg/mL；在100 mg/kg劑量下，灌胃后自發性高血壓大鼠的血壓降低幅度最大，并且在24 h觀察時間內，分離組分降血壓效果好于藥用降血壓劑卡托普利（Captopril, 10 mg/kg）。
2.2 抗氧化活性
     氧化性損傷與生物體的衰老過程、動脈硬化以及腫瘤等疾病的發生發展密切相關,由自由基介導的蛋白質氧化產物作為體內氧化性損傷的特異性標志物，是近幾年自由基生物學研究的熱點之一[11]。生命體的代謝過程會產生大量的自由基,而自由基會引起蛋白質損傷、脂質過氧化,進而引起各種病變，抗氧化多肽具有清除自由基、防止脂質過氧化的作用。菜籽低聚肽功能上屬于抗氧化肽，可以很好地清除體內自由基，有氧化應激保護細胞作用。
     張瑞[22]從發酵菜籽粕中,通過Sephadex G-15分離純化得到二肽和八肽兩種相對分子質量不同的活性小肽。發現這兩種小肽具有較強的還原力,對·OH和DPPH自由基均具有較強的清除作用,且抗氧化活性隨著小肽相對分子質量的降低而增強。其中1 mg/mL的二肽、八肽的DPPH自由基清除率分別為83.47%、76.18%；1.2 mg/mL的二肽、八肽·OH清除率分別達到96.97%、69.27%;3 mg/mL的二肽和5 mg/mL的八肽的總還原力相當于0.5 mg/mL的谷胱甘肽。盧曉會[23]用Sephadex G-15葡聚糖凝膠分離純化多肽,得到3個組分,經HPLC測定各組分的相對分子質量分別為365、300、120，通過對·O2、·OH、ABTS自由基、DPPH自由基的清除能力以及其還原力5個抗氧化指標來評估各組分的抗氧化能力。結果表明:抗氧化能力的強弱與所得低聚肽的相對分子質量大小呈反比關系，即相對分子質量越小,其抗氧化活性越強。欒霞等[24]研究表明，菜籽水解蛋白具有很好的抗氧化能力,且隨濃度提高而增強。凝膠過濾色譜分離出具有較高抗氧化活性的組分RSP-4和RSP-5，1 mg/mL的RSP-4和RSP-5的·OH清除率分別為53.9%和7374%。大孔吸附樹脂進一步純化的結果表明,水解蛋白良好的體外功能性質主要由其中的肽類物質貢獻，而這些肽類物質主要是一些相對分子質量小于500的小肽。研究發現，菜籽蛋白水解物具有清除自由基的功能，其原因可能是含有豐富的質子與自由基發生反應，將其轉變為相對穩定的物質，最終實現清除自由基的效果[25]。
2.3 抗腫瘤活性
     伴隨蛋白質化學以及肽化學研究的不斷深入,發現了具有各種生理活性的肽類分子,其中抗腫瘤多肽具有抑制或殺死腫瘤細胞的作用，目前已從眾多動植物中分離純化出有抑制腫瘤活性的肽；同時發現和尋找能夠激活生物體自身免疫功能的腫瘤抗原肽成為開發研究的新途徑[11]。菜籽低聚肽是一種抗腫瘤肽，表現出抗腫瘤活性。
     鞠興榮等[26]等研究發現，相對分子質量小于1 000的菜籽蛋白胃腸道蛋白酶水解物表現出較強的抗腫瘤活性，對HepG2人胃癌細胞體外有抑制作用，其氨基酸組成以Leu、Asp含量較高。湯尚文等[27]發現，菜籽低聚肽對S180腫瘤的生長具有抑制作用，同時明顯提高荷瘤小鼠的免疫功能，提高荷瘤小鼠血清溶血素HC IgM的形成，增強巨噬細胞吞噬能力和遲發型超敏反應強度。Wang[28]、Xu[29]等選擇分離出一種具有高活性的菜籽肽組分RSP-4-3-3，通過反相高效液相色譜（RP-HPLC）與電噴霧質譜（ESI-MS/MS）技術，分析其氨基酸序列為Trp-Thr-Pro。顯示其能顯著改變HepG2細胞的形態學特征，引起細胞凋亡，從而抑制HepG2細胞的增殖。隨后，通過酶消化和Sephadex凝膠過濾柱從菜籽粕中分離制備一種菜籽肽RSP2，RSP2可將HeLa細胞G0/G1期的比例從55%降低到43%，并將凋亡細胞的比例從2.9%增加到40%，研究結果突出顯示了RSP2是一種對人類癌細胞具有抑制作用的生物活性肽。
2.4 其他
     國內外學者對有效利用低聚肽進行了大量探索和研究[30-32] ,低聚肽對人體的生命活動和健康具有重要的意義。如將菜籽大分子肽和小分子肽添加到CHO細胞培養基中，在質量濃度為 4 g/L 時，細胞生長速率顯著增加[33]；有報道用堿性蛋白酶水解菜籽蛋白4 h后，其中低聚肽Asn-Ser-Met鋅螯合率最高，高于同濃度的谷胱甘肽(GSH)(P<0.05),為進一步開發具有高吸收率和高生物學利用率的鋅補充劑提供了新載體[34]；用SephadexG-15分離菜籽肽，收集得到4個主要組分，其中G1組分質量濃度為 1 mg/mL時，對凝血酶的抑制率達到 96.8%，進一步用半制備HPLC分離G1組分,組分G1-R8質量濃度為0.41 mg/mL時，可以完全抑制凝血酶的活性[35]。
3 結束語
     低聚肽有良好生理活性，不會產生過敏反應，成本低，加工性能好，因此菜籽低聚肽具有極大的市場開發利用價值，近年來備受重視，然而每年僅有少數菜籽粕摻入飼料使用，造成資源的浪費和經濟損失。
     小麥低聚肽和玉米低聚肽先后被國家批準作為新資源食品。目前，菜籽粕功能開發相對較單一且不深入，而菜籽蛋白的生物活性主要歸因于組成蛋白質的菜籽肽和部分游離氨基酸。目前，國內外對菜籽活性多肽功能性的研究已非常多，但低聚肽生物活性利用度更高，還有很多潛在功能未被發掘，當前開發菜籽活性低聚肽要突破的瓶頸是如何低成本的生產高純度、高附加值的產品，如針對食品、飼料、醫藥等不同的群體，開發具有不同功能的活性肽，對擴大蛋白深加工的應用領域具有理論意義與實踐價值，使菜籽低聚肽在食品營養健康領域具有更廣闊的發展前景。
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