劉晶，白新鵬，傅鵬程*

（1.海南大學(xué)南海海洋資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 海口 570228；2.海南大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，海南 ?？?570228）

在物質(zhì)匱乏的年代，人們對(duì)于食品的需求僅限于飽腹?，F(xiàn)代人則更加關(guān)注食品的健康、營(yíng)養(yǎng)與安全等特性。近年來(lái)，居民營(yíng)養(yǎng)狀況顯著改善，但同時(shí)出現(xiàn)了慢性病發(fā)病率快速上升的新情況。不良的營(yíng)養(yǎng)攝入習(xí)慣正在成為代謝紊亂的一個(gè)重要因素[1-2]。目前，食品行業(yè)的重點(diǎn)之一是食品或天然基質(zhì)中含有的生物活性分子，這些分子除了具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還可以帶來(lái)健康益處，特別是在治療慢性疾病方面[3]，與藥物療法相比，天然化合物具有較少副作用，因此受到越來(lái)越多人的關(guān)注[4-6]。

在海水和淡水中生長(zhǎng)的藻類含有豐富的蛋白質(zhì)和多種必需氨基酸、多糖、多不飽和脂肪酸（MUFAs和PUFAs）、維生素（B1、B2、B6、B12、C、E、煙酸、生物素、葉酸、泛酸）、類胡蘿卜素、巖藻黃質(zhì)和礦物質(zhì)等多種食品功能因子[7-8]，充分體現(xiàn)了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。藻類巨大的生物多樣性及生物技術(shù)的快速發(fā)展使其向更多的領(lǐng)域發(fā)展，滿足營(yíng)養(yǎng)健康市場(chǎng)不斷增加的需求。在過(guò)去的二十年中，全球75%的藻類生物質(zhì)被用于生產(chǎn)微藻藻粉、微藻片劑、膠囊等功能性食品[9]。目前微藻食品市場(chǎng)穩(wěn)定發(fā)展，并且其開(kāi)發(fā)利用逐漸趨向產(chǎn)品多元化，從最初的食品和飼料領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展到化妝品、醫(yī)藥、生物能源、生態(tài)肥料，營(yíng)養(yǎng)健康等多個(gè)極具發(fā)展前景的行業(yè)[10]。

螺旋藻作為最早被人類食用的藻類，因富含蛋白質(zhì)（60%～70%）而備受關(guān)注[11]。研究表明，螺旋藻多糖和多肽在慢性病防治中有潛在的作用[12]。本文綜述了螺旋藻多肽的生物活性，包括抗氧化、抗炎癥、降血壓、抗癌、免疫調(diào)節(jié)等，并簡(jiǎn)要概述蛋白質(zhì)組學(xué)和多肽組學(xué)在生物活性肽的鑒定和表征中的應(yīng)用。

1 生物活性肽及其生理功能

生物活性肽是由2個(gè)～20個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的活性分子，不同的氨基酸組成和排列方式?jīng)Q定了不同的生物活性，其分子量一般小于6 000 Da[13]。食品源生物活性肽在1979年首次被報(bào)道[14]，從那時(shí)起，食品多肽因其潛在的保健作用而受到廣泛關(guān)注。特別是在最近20年，人們致力于鑒定具有不同生理功能的活性肽片段。目前，活性肽的來(lái)源非常廣泛，如牛奶和奶制品、雞肉和雞蛋、鴨肉和鴨血、魚(yú)、牡蠣、谷物（大米、小麥、大豆、蕎麥、大麥和玉米）和種子[6，13，15-18]。海洋衍生肽具有不同的生物活性，對(duì)抗氧化應(yīng)激、微生物感染、高膽固醇血癥、糖尿病、血栓、高血壓有潛在的作用[19-20]。藻類由于其易于生長(zhǎng)，能夠通過(guò)光合作用將二氧化碳和礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物量，且蛋白質(zhì)含量高[21]，是生物活性肽的良好來(lái)源，被證明對(duì)心血管健康大有益處[22]。

生物活性肽能夠有益地調(diào)節(jié)一系列與增進(jìn)健康相關(guān)的生物標(biāo)記物。因此，它們有利于人體健康，可降低患病風(fēng)險(xiǎn)[23]。近年來(lái)，大量文獻(xiàn)證明生物活性肽對(duì)血壓和脂質(zhì)代謝具有潛在影響，此外還有抗菌、鎮(zhèn)痛、抗氧化、抗炎等活性[20，22，24-28]。癌癥在當(dāng)今社會(huì)死亡率較高[29]，目前常規(guī)化療仍然是主要的治療方法，但是經(jīng)常出現(xiàn)顯著的副作用，因?yàn)樗ǔ?duì)癌細(xì)胞沒(méi)有選擇性[30]?；钚噪牡目拱┳饔靡驯粡V泛探索[31-32]，并且有越來(lái)越多的已批準(zhǔn)的肽基藥物[33]。研究表明，抗癌肽通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期阻滯、調(diào)節(jié)基因表達(dá)和防止血管生成發(fā)揮作用[34]，不同來(lái)源的肽顯示出了很好的抗癌效果[35-38]。此外，生物活性肽對(duì)非特異性免疫和特異性免疫都有影響[39-42]。

因此，食品衍生肽被認(rèn)為是潛在的功能性食品成分，可納入健康食品，以預(yù)防和管理這些慢性疾病。

2 螺旋藻肽的生物活性在慢性病防治中的潛在作用

螺旋藻蛋白質(zhì)含量高，它被認(rèn)為是潛在的“細(xì)胞工廠”，既可用于提供營(yíng)養(yǎng)蛋白，也可用于生產(chǎn)治療性生物活性肽。越來(lái)越多的研究表明，經(jīng)水解藻類蛋白質(zhì)釋放的一些肽，具有顯著的生物活性，如降血壓、抗氧化、抗炎癥、抗癌和免疫調(diào)節(jié)等。到目前為止，已研究的螺旋藻蛋白水解肽的生物活性和作用機(jī)制如表1所示。

表1 螺旋藻活性肽的生物活性和可能的作用機(jī)制Table 1 Biological activity of Spirulina-derived peptides and possible mechanism of action

續(xù)表1 螺旋藻活性肽的生物活性和可能的作用機(jī)制Continue table 1 Biological activity of Spirulina-derived peptides and possible mechanism of action

2.1 抗氧化活性

生命系統(tǒng)在正常情況下，細(xì)胞能夠維持體內(nèi)氧化還原作用的平衡，保持機(jī)體健康。氧化應(yīng)激是指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡的一種狀態(tài)，在內(nèi)部病變或者環(huán)境脅迫條件下，生物體內(nèi)細(xì)胞與氧代謝有關(guān)的ROS可能大量產(chǎn)生[70]。大量的科學(xué)證據(jù)表明，ROS包括超氧陰離子（·O2-）、過(guò)氧化氫（H2O2）、羥基（-OH）等，它們?cè)谌梭w內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一系列負(fù)面作用，如破壞鐵硫簇、釋放大量游離二價(jià)鐵Fe2+、參與芬頓反應(yīng)、產(chǎn)生大量氧自由基、引起細(xì)胞DNA損傷、細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化、蛋白間巰基的斷裂和蛋白質(zhì)等生物大分子的降解，最終導(dǎo)致細(xì)胞的損傷、衰老和死亡[71]。細(xì)胞的病變累積，必然導(dǎo)致人體的代謝紊亂以及心血管疾病、炎癥、肝損傷等多種病理，所以氧化應(yīng)激被認(rèn)為是導(dǎo)致人體衰老和疾病的一個(gè)重要因素[22]?，F(xiàn)代社會(huì)許多慢性病和退行性疾病由此產(chǎn)生，例如高血壓、高血脂、糖尿病、帕金森病和阿爾茲海默病。

螺旋藻是抗氧化肽的良好來(lái)源，其水解產(chǎn)物在醫(yī)藥和食品工業(yè)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。從鈍頂螺旋藻中提取的生物活性肽已經(jīng)在體外和基于細(xì)胞水平的檢測(cè)中證明了強(qiáng)大的抗氧化能力（表1）。藻源多肽因其具有良好的抗氧化性能而受到廣泛關(guān)注，但目前鑒定出的抗氧化肽還較少。迄今為止，酶解是從藻類中產(chǎn)生抗氧化肽的最常用方法。由于缺乏研究來(lái)證明藻類衍生肽的生理抗氧化能力，因此很難得出它們?cè)诳寡趸瘧?yīng)激中的作用機(jī)制。

2.2 抗炎活性

慢性炎癥又被稱為癌癥的“引路人”，某些類型的癌癥是在炎癥微環(huán)境中產(chǎn)生滋長(zhǎng)的。流行病學(xué)研究表明，高達(dá)25%的已診斷腫瘤在其起源或演變過(guò)程中存在重要的炎癥成分。慢性炎癥危及心血管健康，引起動(dòng)脈粥樣硬化、血栓等，最終導(dǎo)致心臟病發(fā)作。炎癥反應(yīng)過(guò)程，還可能導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞的損傷，增加阿爾茲海默癥的發(fā)生概率。

到目前為止，螺旋藻蛋白水解肽在對(duì)抗炎癥反應(yīng)和相關(guān)疾病方面的優(yōu)勢(shì)已有報(bào)道（表1）。極大螺旋藻源肽LDAVNR、MMLDF和來(lái)自鈍頂螺旋藻的藻藍(lán)蛋白，在體外實(shí)驗(yàn)或動(dòng)物模型體內(nèi)胃腸道消化后均被證明具有抗炎活性。藻藍(lán)蛋白肽抗炎癥的能力表現(xiàn)為多位點(diǎn)作用，如清除各種氧自由基、抗脂質(zhì)過(guò)氧化作用、抑制氨基酸代謝、抑制肥大細(xì)胞組胺的釋放和抑制TNF-α的釋放[45-50]。

2.3 調(diào)節(jié)血脂血糖代謝活性

高血脂是指血中膽固醇（total cholesterol，TC）或甘油三酯（triglyceride，TG）過(guò)高或高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C） 過(guò)低，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)稱為血脂異常。如果血脂過(guò)高，容易造成動(dòng)脈粥樣硬化或血栓，血栓易引起冠心病、腦中風(fēng)、失明、腎功能衰竭等。此外，高血脂可引發(fā)高血壓、誘發(fā)膽結(jié)石、胰腺炎，加重肝炎，導(dǎo)致男性性功能障礙、阿爾茲海默癥等疾病。高血糖會(huì)引發(fā)多種慢性并發(fā)癥，比如腦梗、心梗、失明、腎衰、糖尿病等，是導(dǎo)致死亡的主要原因之一。

螺旋藻是一種天然的具有降低血脂功能的食品原料，研究表明，螺旋藻蛋白質(zhì)水解物可以降低大鼠血清和肝臟中甘油三酯、總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶的水平，并升高血清和肝臟中高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）的水平。此外，可通過(guò)下調(diào)或上調(diào)肝臟轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)機(jī)體脂質(zhì)代謝紊亂，調(diào)節(jié)部分腦與脂質(zhì)代謝和積累有關(guān)的基因 Acadm、Retn、Fabp4、Ppard、Slc27a1 等的表達(dá)[51-54]。

藻藍(lán)蛋白在體內(nèi)經(jīng)胃腸道消化后，對(duì)糖尿病的發(fā)生具有明顯的預(yù)防作用?？梢种艱PP-IV活性、降低胰島素抵抗[58]。改善糖脂代謝指數(shù)，改善外周靶組織對(duì)胰島素調(diào)節(jié)的反應(yīng)[56]。激活胰島素信號(hào)通路和胰腺、肝臟中的葡萄糖激酶的表達(dá)，使四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病小鼠糖脂代謝趨于正常[55]。此外，口服藻藍(lán)蛋白對(duì)2型糖尿病小鼠的腎有保護(hù)作用，這可能是由于藻藍(lán)蛋白被消化為短肽后，短肽對(duì)腎的抗氧化作用，有利于治療后還原型輔酶I或還原型輔酶II表達(dá)的正?；痆57]。

2.4 降血壓活性

高血壓是心血管疾病發(fā)展的一個(gè)主要危險(xiǎn)因素，許多嚴(yán)重的疾病，如慢性腎衰竭、中風(fēng)、冠狀動(dòng)脈事件和心力衰竭，都是由持續(xù)性高血壓引起的。目前使用最廣泛的降壓合成藥物，如卡托普利、依那普利、阿卡普利、賴諾普利等，主要是抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（angiotensin converting enzyme，ACE）的活性。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶是腎素-血管緊張素系統(tǒng)（renin-angiotensin system，RAS）的一種關(guān)鍵酶，從肺中釋放出來(lái)，到達(dá)所有組織細(xì)胞，它可以調(diào)節(jié)血壓和心臟功能[72]。在RAS系統(tǒng)中，ACE催化腎素作用下血管緊張素原釋放的血管緊張素I轉(zhuǎn)化為血管緊張素II，并將血管擴(kuò)張性緩激肽切割成非活性肽片段[73]。然而，目前用作腎素和血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制藥物，由于其藥理機(jī)制可引起顯著的不良副作用（血壓過(guò)低、腎損害等）[74]。因此，來(lái)源于食品的腎素或血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制肽的出現(xiàn)，成為一種新的治療方法，有助于降低高血壓，且副作用小。

目前研究證明，肽的氨基酸組成和結(jié)構(gòu)是決定其是否具有ACE抑制活性的關(guān)鍵因素，最有效的抗高血壓肽是含有疏水性氨基酸殘基的肽，如脯氨酸，大部分ACE抑制肽為2個(gè)～20個(gè)氨基酸殘基的短鏈肽[75-77]。通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)或自發(fā)性高血壓大鼠體內(nèi)研究或計(jì)算機(jī)模擬等手段開(kāi)發(fā)了新的有效的降血壓肽。鑒定出氨基酸序列的鈍頂螺旋藻源降壓肽有IQP、VEP、TMEPGKP、IAPG、IAE、FAL、AEL、IAPG、VAF、GIVAGDVTPI、IQP、VEP、IRDLDYY十余種。

今后，還需要進(jìn)一步評(píng)估藻源生物肽或其他食物來(lái)源的活性肽在降血壓和高血壓患者心血管疾病的其他臨床癥狀方面的生理相關(guān)性。尤其重要的是，需要獲得更多的生活性肽體內(nèi)抗高血壓的機(jī)制。

2.5 抗癌活性

目前為止，癌癥研究的重點(diǎn)是尋找治療方法，很少有研究著眼于開(kāi)發(fā)預(yù)防策略。使用藥物、維生素或營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑來(lái)降低癌癥發(fā)展或復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)很重要的課題。癌癥的進(jìn)展是一個(gè)緩慢的過(guò)程，非常適合利用天然、合成或生物物質(zhì)逆轉(zhuǎn)、抑制或預(yù)防腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)變?yōu)閻盒园┌Y，阻止侵入性或轉(zhuǎn)移性疾病的發(fā)展[2]。

藻類被證實(shí)具有多種生物治療作用，從鈍頂螺旋藻蛋白水解物分離得到的多肽對(duì)癌細(xì)胞（HepG-2、MCF-7、SGC-7901、A549和HT-29）有抗增殖活性，對(duì)正常細(xì)胞低毒作用[68-69]。更多具有抗癌活性的生物活性肽有待開(kāi)發(fā)，抗癌機(jī)理有待進(jìn)一步闡釋。

另外，螺旋藻源生物活性肽GMCCSR具有抗皮膚光老化活性[66]，LDAVNR和MMLDF具有抗過(guò)敏活性[67]，螺旋藻蛋白源多肽在食品、保健品、化妝品和醫(yī)藥方面的應(yīng)用前景非常廣闊。

3 蛋白質(zhì)組學(xué)和多肽組學(xué)在生物活性肽的鑒定和表征中的應(yīng)用

近年來(lái)，生物活性肽在制藥、臨床醫(yī)學(xué)、功能性食品和營(yíng)養(yǎng)組學(xué)等不同學(xué)科中引起了極大的關(guān)注，生物活性肽的鑒定和表征已經(jīng)成為新興的研究課題。

“組學(xué)”技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè)分析確定某一蛋白包含的加密肽的序列和活性的能力具有巨大的優(yōu)勢(shì)。隨著高分辨率質(zhì)譜分析技術(shù)的發(fā)展，其多功能性和對(duì)結(jié)構(gòu)解析的能力，以及在一定程度上對(duì)定量分析的能力，使質(zhì)譜成為蛋白質(zhì)組學(xué)和多肽組學(xué)的核心技術(shù)。再加上各種生物信息學(xué)工具的使用，生物活性肽的鑒定變得不那么困難。利用以高分辨率質(zhì)譜為基礎(chǔ)的多肽組學(xué)結(jié)合經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)室方法鑒定和表征生活活性肽的一般流程見(jiàn)圖1。

圖1 生物活性肽鑒定和表征的方法Fig.1 Identification and characterization of bioactive peptides

Carrasco等描述了蛋白質(zhì)組學(xué)和多肽組學(xué)方法在食品生物活性肽中的應(yīng)用。闡述了生物信息學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)工具的使用，并解釋了應(yīng)用這些數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行肽序列處理，及使用的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和目前商業(yè)產(chǎn)品的示例[78]。

作為一項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù)，“組學(xué)”方法在發(fā)現(xiàn)生物活性肽方面仍需更深入研究。此外，由于目前使用的技術(shù)只考慮肽數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)存在的生物活性，因此，不能鑒定未開(kāi)發(fā)的生活活性[79]?？傊?，“組學(xué)”技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合生物信息學(xué)工具的使用，使食品源生物活性肽的開(kāi)發(fā)和活性表征走上飛速發(fā)展的道路，相信未來(lái)越來(lái)越多的食品源生物活性肽被用來(lái)預(yù)防和治療人類的慢性疾病，這也是緩解日益增長(zhǎng)的慢性疾病對(duì)人類生存危機(jī)的一種有效手段。

4 結(jié)語(yǔ)和展望

綜上所述，螺旋藻蛋白源生物肽的生物活性研究結(jié)果表明，它們有潛力成為多種慢性疾病防治的功能性食品。同時(shí)，對(duì)螺旋藻蛋白源肽的生物活性研究范圍不斷擴(kuò)大。因此需要在各方面進(jìn)行更深入研究，更好地了解這些活性大分子的藥代動(dòng)力學(xué)特征，并測(cè)試其潛在的免疫原性，以確認(rèn)這些肽在疾病預(yù)防和健康促進(jìn)活動(dòng)中的作用機(jī)制。當(dāng)研究一種活性化合物可能對(duì)機(jī)體產(chǎn)生影響時(shí)，確?；钚晕镔|(zhì)到達(dá)目標(biāo)器官是很重要的。為此，必須評(píng)估生物活性肽進(jìn)入消化系統(tǒng)后的穩(wěn)定性，如果被吸收，也必須評(píng)估其分布、代謝和排泄，以確定所選肽的生物利用度。如何提高對(duì)天然生物活性肽產(chǎn)生及其對(duì)生物體的作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)，從而對(duì)天然生物活性肽的生物利用度及其在機(jī)體中的作用得出更準(zhǔn)確的結(jié)論，是目前面臨的主要挑戰(zhàn)之一。另外，更好地了解螺旋藻蛋白水解后確定的某個(gè)生物活性肽的濃度對(duì)未來(lái)生物利用度的研究至關(guān)重要，也有助于對(duì)活性肽在機(jī)體中的預(yù)期作用得出更可靠的結(jié)論。事實(shí)上，生物活性肽在有機(jī)系統(tǒng)中的作用和影響取決于攝入量及其到達(dá)血液或相關(guān)器官的能力。因此，確定生物活性肽的定量數(shù)據(jù)是一個(gè)必要的目標(biāo)，以便更好地了解這些化合物的作用和機(jī)制。目前開(kāi)發(fā)的生物活性肽的數(shù)量非常少，有必要利用新技術(shù)新方法開(kāi)發(fā)更多數(shù)量和種類的肽產(chǎn)品。