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        食源性生物活性肽的胃腸道吸收障礙及跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)研究進(jìn)展

        2022-12-31 03:08:18于志鵬薛文君武思佳趙文竹勵建榮
        中國食品學(xué)報(bào) 2022年11期
        關(guān)鍵詞:屏障黏液胃腸道

        于志鵬,薛文君,武思佳,趙文竹,勵建榮

        (1 渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧錦州121013 2 海南大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 ???70228 3 吉林大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 長春 130062)

        食源性生物活性肽指可食用動、植物蛋白中經(jīng)酶解或發(fā)酵產(chǎn)生的蛋白質(zhì)片段,除提供必需氨基酸外,還具有降血壓[1]、降血糖[2]、抗氧化[3]、抗血栓[4]和免疫調(diào)節(jié)[5]等多種生物活性。食源性生物活性肽作為天然的功能因子,具有良好的健康促進(jìn)效應(yīng),無毒副作用,低成本,高組織滲透性,容易合成及修飾等優(yōu)點(diǎn),具有開發(fā)為保健食品的優(yōu)越潛力。

        完整吸收是食源性生物活性肽在體內(nèi)發(fā)揮功能作用的基礎(chǔ)。與緩激肽、神經(jīng)肽等內(nèi)源性活性肽不同,大多數(shù)食源性活性肽經(jīng)口攝入后需經(jīng)胃腸道復(fù)雜酶解、極端pH 值變化梯度作用、小腸上皮吸收滲透等過程,以完整形式進(jìn)入血液循環(huán)到達(dá)作用靶點(diǎn),并需累積到一定量才能在體內(nèi)發(fā)揮其生物活性[6]。這些過程影響了口服生物活性肽的生物利用度和完整吸收率,也是造成生物活性肽體外生物活性與體內(nèi)生理作用不一致的主要原因,在很大程度上阻礙了它們在膳食與營養(yǎng)研究以及大健康產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)合理策略控制和延緩活性肽在胃腸道中的降解,增強(qiáng)腸道滲透性,才能最大程度保持肽的活性并靶向發(fā)揮功能作用,以提高其生物利用度。

        生物活性肽在胃腸道中消化降解的低穩(wěn)定性和在跨膜吸收過程中的低滲透性,已成為活性肽研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟需克服的瓶頸問題。目前,有關(guān)制約食源性活性肽生物利用度的潛在機(jī)制尚不明確,提高活性肽生物利用度的策略也較不完善。本文首先綜述食源性生物活性肽的主要胃腸道吸收障礙,討論不同理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的生物活性肽的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)吸收方式和差別,并歸納提高活性肽生物利用度的最新策略,為解決當(dāng)前活性肽生物利用度低的瓶頸問題提供思路,為生物活性肽在功能食品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

        1 影響活性肽生物利用度的胃腸道障礙

        口服生物活性肽在被機(jī)體吸收并進(jìn)入血液循環(huán)之前會遇到各種障礙,其中活性肽在胃腸道生化屏障下的低穩(wěn)定性和物理屏障下的低滲透性是制約其生物利用度的主要因素(圖1)。

        圖1 影響活性肽生物利用度的胃腸道障礙Fig.1 The gastrointestinal barriers for affecting of bioactive peptides bioavailability

        1.1 生化屏障

        胃腸道中的各種消化蛋白酶及肽酶和pH 值是活性肽消化吸收過程中的主要生化屏障[7]。胃腸道中的高活性復(fù)雜酶系統(tǒng)和不同部位pH 值的變化,可能將完整的生物活性肽降解,使得有效作用于靶器官的活性肽含量極低,極大降低了生物活性肽的口服效果和生物利用度。

        胃腸道中存在多種消化蛋白酶和肽酶,如胃中的胃蛋白酶,腸腔中的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶、羧肽酶A 和羧肽酶B,以及腸刷狀緣膜上的羧肽酶M、氨肽酶A、氨肽酶N、氨肽酶P、氨肽酶W 及二肽酶等,它們具有不同的裂解位點(diǎn)和水解機(jī)制,可將口服攝入的活性肽進(jìn)一步分解成氨基酸或小肽,使其體內(nèi)活性和生物利用度極大降低[8]。生物活性肽被酶解的程度主要取決于其對胃腸道消化酶的敏感程度,活性肽的氨基酸組成、肽鏈長度和理化性質(zhì)不同對酶的敏感程度也不同,如含有脯氨酸和羥脯氨酸殘基的活性肽通常能夠抵抗消化酶的降解而保持結(jié)構(gòu)完整[9]。值得注意的是,利用胃腸道消化蛋白酶酶解制備生物活性肽是一種提高活性肽口服生物利用度的良好策略。已有大量研究利用胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶等胃腸道消化蛋白酶酶解牛乳、雞蛋、魚類及植物蛋白來制備多種生物活性肽[10]。通過胃腸道消化蛋白酶酶解制備得到的活性肽經(jīng)口攝入后對胃腸道消化酶具有較高穩(wěn)定性,并具備刷狀緣膜酶抑制活性,可以保持其完整結(jié)構(gòu),從而提高生物活性肽克服胃腸道復(fù)雜酶降解系統(tǒng)屏障的能力。

        胃酸使胃成為體內(nèi)酸性最強(qiáng)的環(huán)境,其pH為1~3,在這種強(qiáng)酸性條件下,生物活性肽的立體三維結(jié)構(gòu)被破環(huán),肽鍵暴露,最終導(dǎo)致活性肽裂解變性[11]。隨后,活性肽被轉(zhuǎn)移至小腸(由十二指腸、空腸和回腸組成),環(huán)境pH 值由1~3 逐漸增加至6~7 直至7.4[12]。胃腸道內(nèi)不同區(qū)域的復(fù)雜pH 值變化,以及不同的胃排空率和胃腸動力,會顯著改變活性肽的溶解性、二級結(jié)構(gòu)、配體親和力及其與食物基質(zhì)和胃腸道環(huán)境的共價(jià)/非共價(jià)反應(yīng)活性,最終使得活性肽極不穩(wěn)定,易被分解,加劇了生物活性肽吸收的困難[7]。

        1.2 物理屏障

        小腸是體內(nèi)吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要場所,生物活性肽在小腸被完整吸收之前,需經(jīng)歷多重物理障礙,主要包括:不動水層、黏液層、腸上皮細(xì)胞和細(xì)胞間的緊密連接等[13]。

        腸道屏障的組分決定了腸道的滲透性,其中,位于腸上皮細(xì)胞最表面的不動水層是活性肽完整穿過小腸的第一道物理屏障,其厚度為100~800 nm[14]。對于跨上皮細(xì)胞進(jìn)行吸收的活性肽,首先需通過不動水層,才能進(jìn)行跨膜吸收。Smithson 等[15]指出不動水層對活性肽組分的吸收速率起重要作用,尤其對于疏水性肽來說,需以膠束的形式才能通過。不動水層作為覆蓋在腸道微絨毛上的一個(gè)細(xì)胞外屏障,隨著腸道黏度的增加和食糜混合的減弱,不動水層的厚度呈比例增加,進(jìn)而使腸道與吸收部位之間的轉(zhuǎn)運(yùn)速率減慢,嚴(yán)重影響機(jī)體對活性肽等營養(yǎng)成分的吸收[16]?;钚噪氖欠衲軌蛲黄撇粍铀畬邮侵萍s其生物利用度的關(guān)鍵科學(xué)問題,具有不同滲透特性的腸黏膜屏障中的不動水層對活性肽吸收的影響至關(guān)重要。然而,不動水層對活性肽吸收的限速作用往往被忽略或低估,研究進(jìn)展較為緩慢,亟需進(jìn)行深入系統(tǒng)研究。

        腸道黏液層具有高度的黏彈性和黏附性,覆蓋在小腸絨毛頂部和絨毛之間的腸道表面,其物理結(jié)構(gòu)類似于水凝膠,含有高度分枝的多糖和帶負(fù)電荷的黏蛋白[17]。人體腸道黏液層的平均孔徑約為0.2 μm,它相當(dāng)于一個(gè)分子過濾器,排阻分子質(zhì)量為600~800 u,若肽的分子質(zhì)量超過此范圍則吸收相對較慢[18]。黏液層是一種智能半透膜,它允許多種營養(yǎng)物質(zhì)通過,但同時(shí)也能阻止大多數(shù)細(xì)菌和病原體滲透到腸上皮細(xì)胞表面。然而,當(dāng)生物活性肽通過黏液層時(shí),由于氫鍵、靜電、疏水相互作用等化學(xué)相互作用以及組分和黏液聚合物之間的纏結(jié)等的物理相互作用,生物活性肽的擴(kuò)散會受到極大阻礙。生物活性肽通過黏液層的低擴(kuò)散速度可能會阻礙它們進(jìn)入腸上皮細(xì)胞進(jìn)行進(jìn)一步的吸收。此外,黏液層具有獨(dú)特的流變特性和理化特性,其會顯著影響疏水性生物活性肽的運(yùn)輸,從而改變它們在黏液層的停留時(shí)間和吸收率,而親水性活性肽幾乎不受到黏液層的影響[17]。

        在體外具有某種生理活性的生物活性肽,通過腸道黏液層后還需穿過腸上皮細(xì)胞或細(xì)胞間緊密連接到達(dá)血液循環(huán),才能與靶標(biāo)結(jié)合發(fā)揮生理活性。腸上皮細(xì)胞是一層排列在腸上皮腔表面的細(xì)胞,調(diào)節(jié)物質(zhì)從其頂端向基底層的運(yùn)輸和跨上皮流動,主要由促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)吸收的腸細(xì)胞、分泌黏液的杯狀細(xì)胞和參與免疫應(yīng)答M 細(xì)胞構(gòu)成[19]。在人體中,腸上皮覆蓋了約400 m2的表面積,雖然只有一層細(xì)胞,但在腸道中起著重要的物理屏障作用。由于腸上皮細(xì)胞的親脂性,親水性的生物活性肽在跨膜吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過程中會受到限制[20]。生物活性肽在通過相鄰腸上皮細(xì)胞之間時(shí),又會受到緊密連接等的物理限制。緊密連接是細(xì)胞間的重要滲透屏障,主要功能是限制細(xì)胞旁的水、離子和溶質(zhì)的流動,使得大分子活性肽穿過腸上皮細(xì)胞時(shí)受到限制,透過率大大降低[6]。緊密連接的滲透性在不同的上皮細(xì)胞中有很大不同,上皮細(xì)胞可以瞬間改變它們的緊密連接,以允許更多的溶質(zhì)通過。此外,緊密連接與支撐上皮細(xì)胞的細(xì)胞骨架相連,共同構(gòu)成一個(gè)動態(tài)屏障系統(tǒng),其通透性決定了整個(gè)腸上皮細(xì)胞的屏障功能[21]。

        2 生物活性肽的跨膜吸收機(jī)制

        當(dāng)生物活性肽能抵抗酶解及低pH 值環(huán)境,且完整穿過不動水層和黏液層到達(dá)腸上皮細(xì)胞表面時(shí),主要可通過載體轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)和胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)中的一種或幾種聯(lián)合吸收機(jī)制被轉(zhuǎn)運(yùn)至血液循環(huán)(圖2)。一種活性肽其具體吸收機(jī)制和轉(zhuǎn)運(yùn)速率主要受肽的氨基酸組成及序列、疏水性、凈電荷、大小、分子質(zhì)量和空間構(gòu)象等多種性質(zhì)的影響。為得到具有高轉(zhuǎn)運(yùn)效率的活性肽的特點(diǎn),有必要對不同理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的活性肽跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)吸收方式進(jìn)行深入研究。

        圖2 活性肽的跨膜吸收機(jī)制Fig.2 Mechanisms of transmembrane absorption of bioactive peptides

        2.1 載體轉(zhuǎn)運(yùn)

        目前已證實(shí)大約有400 種二肽和8 000 種三肽可以通過載體轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制被吸收,該途徑主要依靠寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(PepT1)來實(shí)現(xiàn)[22]。PepT1 是一種存在小腸上皮刷狀緣膜上的質(zhì)子依賴型轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì),具有高容量/低親和力的選擇性,可優(yōu)先識別短鏈、具有中性電荷和高疏水性的肽,并優(yōu)先結(jié)合富含非極性氨基酸的殘基[23]。PepT1 轉(zhuǎn)運(yùn)多肽的過程和速度取決于H+/Na+交換器維持的質(zhì)子梯度和膜電位。PepT1 介導(dǎo)的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)避免了氨基酸在吸收過程中相互之間的競爭性抑制作用,具有吸收效率高、消耗能量少等優(yōu)點(diǎn)[24]。然而,盡管一些二肽、三肽能夠被腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn),但其完整吸收效率卻普遍較低。如ACE 抑制三肽VPP 在Caco-2 單層細(xì)胞膜上的吸收率為2%[25],ACE 抑制三肽IQW 和LKP 的完整吸收率均小于1%[26]。

        2.2 細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)

        細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)途徑是目前報(bào)道最多的三肽以上的活性肽被動吸收途徑,其易于轉(zhuǎn)運(yùn)中性、帶負(fù)電荷和親水性的多肽[27]。細(xì)胞旁路途徑由緊密連接介導(dǎo),該途徑不消耗能量,且轉(zhuǎn)運(yùn)的多肽可避免細(xì)胞內(nèi)肽酶的降解而被完整吸收,然而,其轉(zhuǎn)運(yùn)速率顯著低于活性肽的載體轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。影響活性肽細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)的結(jié)構(gòu)特征主要是分子大小、凈電荷、疏水性和空間構(gòu)象等。其中,活性肽的分子大小是影響該轉(zhuǎn)運(yùn)途徑最為主要的因素,通常情況下,當(dāng)活性肽的分子直徑超過15 ? 時(shí),該肽就不能利用緊密連接進(jìn)行細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)[28]。然而,對于分子尺寸較大的活性肽,若其結(jié)構(gòu)具有較高的構(gòu)象柔性,則仍有可能通過緊密連接進(jìn)行擴(kuò)散[22]。此外,由于該轉(zhuǎn)運(yùn)途徑通常轉(zhuǎn)運(yùn)水溶性物質(zhì),因此具有較高水溶性的活性肽更易透過緊密連接,如玉米谷蛋白活性肽YFCLT 和GLLLPH[29]、蛋清源活性肽RVPSL[30]、QIGLF[31]均可以細(xì)胞旁轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)行吸收,然而,它們在Caco-2 單層細(xì)胞膜的吸收率較低,這可能是因?yàn)镃aco-2 細(xì)胞膜中的肽酶將其部分水解,導(dǎo)致整體轉(zhuǎn)運(yùn)效果不佳。

        2.3 胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)

        分子質(zhì)量較小的物質(zhì)可通過PepT1 載體或細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入血液循環(huán),而大部分的大分子肽段則需要通過胞吞作用被吸收,如菜籽源十肽YWDHNNPQIR[32]、乳源九肽RPPGFSPFR[33]均通過胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)在Caco-2 細(xì)胞單層膜被完整吸收。胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)是能量依賴性的跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)途徑,活性肽通過與細(xì)胞表面受體發(fā)生作用,引發(fā)頂端細(xì)胞膜內(nèi)陷,進(jìn)而形成囊泡而轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞[34]。根據(jù)物質(zhì)在細(xì)胞膜表面內(nèi)吞作用方式的不同,胞吞作用又可分為3 大類:網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞、小窩介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞、非網(wǎng)格蛋白和小窩蛋白介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞[35]。胞吞途徑更傾向于轉(zhuǎn)運(yùn)疏水性肽,因?yàn)樗鼈冊诒患?xì)胞內(nèi)化之前需要通過疏水性相互作用與上皮細(xì)胞的頂端脂質(zhì)膜表面相互作用[36]。然而,由于大分子肽段的生物活性肽更易被消化蛋白酶和肽酶酶解,使得完整轉(zhuǎn)運(yùn)率普遍較低。

        3 提高生物活性肽口服生物利用度的策略

        生物活性肽在被人體吸收進(jìn)入血液到達(dá)靶器官之前,會遇到生化屏障、物理屏障等多種障礙,導(dǎo)致極低的胃腸穩(wěn)定性和腸道滲透性。設(shè)計(jì)有效的策略來提高生物活性肽在體內(nèi)的生物利用度并保持有效的生物活性至關(guān)重要。目前,多種策略應(yīng)用于保護(hù)活性肽免受胃腸道的降解以及改善其通過腸道黏液和上皮細(xì)胞的通透性,主要包括活性肽的化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾、酶抑制劑、滲透促進(jìn)劑、細(xì)胞穿透肽的使用以及各種生物活性肽膠體遞送體系的使用(圖3)。

        圖3 提高生物活性肽利用度的策略Fig.3 Strategies for enhancing of bioactive peptides bioavailability

        3.1 活性肽的化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾

        生物活性肽與受體的親和力強(qiáng),選擇性好,是一類比較容易進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾的分子。修飾活性肽的結(jié)構(gòu),創(chuàng)造更穩(wěn)定的類似物,使蛋白酶和肽酶無法識別它們的裂解位點(diǎn),是提高活性肽生物利用度的一種有效策略。根據(jù)是否對活性肽肽鏈骨架進(jìn)行修飾,可將修飾策略分為2 種:一種是針對肽鏈骨架的修飾,如末端結(jié)構(gòu)修飾、環(huán)化修飾等;另一種是在保持肽鏈結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上,引入其它基團(tuán)進(jìn)行修飾,如聚乙二醇修飾、N-甲基化修飾、磷酸化修飾等[37]。生物活性肽的N 端或C 端暴露時(shí),極易受到氨基肽酶和羧肽酶的切割降解從而失去活性。然而,將N 末端和C 末端進(jìn)行氨?;鸵阴;?,不僅可以提高活性肽的酶解穩(wěn)定性,還可以保持甚至增強(qiáng)此肽的活性[38]。將活性肽進(jìn)行環(huán)化修飾,特別是頭尾環(huán)化,可以顯著增加它們對蛋白酶酶解的抗性和分子穩(wěn)定性并延長在血液中的半衰期。此外,聚乙二醇因其具有低毒性、易降解、無抗原性等的優(yōu)點(diǎn),被常用于對活性肽進(jìn)行修飾,以減少酶的降解程度,改善活性肽在胃腸道中的生物利用度。N-甲基化、磷酸化也已被成功應(yīng)用于活性肽的修飾,來提高肽分子的代謝穩(wěn)定性[9]。然而,在活性肽進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾以提高其生物利用度時(shí),要注意修飾過程不能影響活性肽的原有功能也不能產(chǎn)生有害物質(zhì)。

        3.2 酶抑制劑

        酶抑制劑如胰蛋白酶抑制劑、糜蛋白酶抑制劑,可逆或不可逆地與目標(biāo)酶結(jié)合,使酶失活從而促進(jìn)活性肽的完整運(yùn)輸[7]。如Bowman-Birk 蛋白酶抑制劑已被證明可以保護(hù)大豆肽lunasin 免受體外胃腸道的酶解消化,提高其消化能力和生物利用度[39]。然而,由于酶抑制劑對胃腸道消化酶降解的敏感性,抑制劑必須與活性肽聯(lián)合使用,且抑制劑的選擇主要取決于被輸送的活性肽的氨基酸序列[40]。此外,長期大量使用酶抑制劑可能會改變胃腸道的代謝模式,導(dǎo)致營養(yǎng)蛋白的不適當(dāng)消化,還可能引發(fā)一系列內(nèi)源性調(diào)節(jié)機(jī)制,刺激消化蛋白酶及肽酶的產(chǎn)生[41]。因此,將酶抑制劑與活性肽聯(lián)合使用時(shí),應(yīng)尤其注意可能引發(fā)的安全問題。

        3.3 滲透促進(jìn)劑、細(xì)胞穿透肽

        滲透促進(jìn)劑和細(xì)胞穿透肽均是促進(jìn)生物活性肽透過腸上皮,提高腸道通透性的兩類物質(zhì)。食品級滲透促進(jìn)劑如檸檬酸、脂肪酸、乙二胺四乙酸可被用于改善活性肽在腸道中的傳遞,以克服由胃腸道屏障引起的滲透不良,是公認(rèn)的在生物活性肽類功能食品和保健食品開發(fā)中有應(yīng)用前景的候選物質(zhì)。滲透促進(jìn)劑提高腸道滲透性的機(jī)制主要包括:腸屏障結(jié)構(gòu)完整性的暫時(shí)破壞、緊密連接的打開、黏液黏度的下降和膜流動性的增加[41]。Gleeson 等[42]研究發(fā)現(xiàn)滲透促進(jìn)劑癸酸鈉可使ACE 抑制肽IPP 和LKP 在離體大鼠腸上皮的體外滲透性分別增加1.4 倍和3.6 倍。滲透促進(jìn)劑甘膽酸鈉水合物、脫氧膽酸鈉和乙二胺四乙酸二鈉均可明顯改善乳源性ACE 抑制肽RLSFNP 的轉(zhuǎn)運(yùn)[43]。

        近年來,利用細(xì)胞穿透肽(Cell penetrating peptides,CPPs)直接穿透或以內(nèi)吞的方式跨膜運(yùn)送各種生物活性肽,引起越來越多研究者的興趣。CCPs 是一系列能有效內(nèi)化到細(xì)胞內(nèi)的短肽,可與各種活性肽共價(jià)偶聯(lián)以實(shí)現(xiàn)更高效的運(yùn)輸[38]。CCPs 的主要特征是沒有帶負(fù)電荷的殘基或富含疏水氨基酸,這些疏水氨基酸及其對細(xì)胞膜疏水結(jié)構(gòu)域的高度親和力,對細(xì)胞內(nèi)化過程至關(guān)重要。一些CCPs 如CNGRC、PMLKE 和VPALR,已被證明能夠?qū)⑸锘钚噪倪\(yùn)輸?shù)桨衅鞴僖蕴嵘渖锢枚萚44]。

        在選擇滲透促進(jìn)劑或CCPs 來提升活性肽的腸滲透性時(shí),要確保它們對人體是安全無毒、無過敏性的,同時(shí),要嚴(yán)格控制滲透促進(jìn)劑或CCPs 劑量的添加。若不加控制的通透性的改變,可能會導(dǎo)致局部炎癥和腸上皮的長期損害,造成“腸漏”將有害物質(zhì)也引入血液循環(huán)中,最終引起或加重多種疾病的發(fā)生。

        3.4 膠體遞送體系

        食源性生物活性肽對氧、溫度極為敏感,當(dāng)它們分散在食物基質(zhì)中時(shí)可通過氫鍵、二硫鍵、疏水結(jié)合和范德華力等相互作用與還原糖或脂類、酚類化合物發(fā)生縮合和交聯(lián)反應(yīng),且經(jīng)上述的各種生化屏障、物理屏障后,僅有納物質(zhì)的量濃度甚至皮納物質(zhì)的量濃度的肽到達(dá)靶器官[40]。因此,許多膠體遞送系統(tǒng)如脂質(zhì)體型、固體脂質(zhì)納米顆粒型、生物聚合物微凝膠型等,被研究用于保持活性肽的活性和穩(wěn)定性以提升其生物利用度[45]。

        脂質(zhì)體是由首尾相連的同心磷脂分子通過疏水相互作用結(jié)合在一起的類球狀封閉囊泡,可保護(hù)裝載的物質(zhì)不被酶解,并具有低毒性、良好生物相容性、易擴(kuò)展性、可降解性和非免疫原性等優(yōu)點(diǎn)[45]。囊泡尺寸大小范圍約為25 nm~2.5 μm,其決定了脂質(zhì)體在體內(nèi)循環(huán)的半衰期。脂質(zhì)體既可將親水性活性肽封裝在其親水性水核心內(nèi),也可將兩親性或親脂性活性肽封裝在其疏水性脂質(zhì)雙層內(nèi)[46]。例如,利用脂質(zhì)體包封乳蛋白衍生的抗高血壓肽YGLF,脂質(zhì)體在體外顯示出肽的可持續(xù)釋放性,并在原發(fā)性高血壓大鼠中引起了長達(dá)5 d 的降血壓作用[47]。石魚源性活性肽[48]、花生肽[49]包封在納米脂質(zhì)體后,顯著提高了肽對體外胃腸消化的穩(wěn)定性。然而,脂質(zhì)體遞送體系易受到包封率低、穩(wěn)定性差、網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)清除快及在食品的生產(chǎn)、加工和儲存過程中存在脂質(zhì)氧化的風(fēng)險(xiǎn)等的限制。雖然有較多研究已證明利用脂質(zhì)體提高某些活性肽的生物利用度是可行的,但還需深入研究以確定它們是否可經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)以及同時(shí)考慮并克服在人體健康和產(chǎn)品質(zhì)量等方面的挑戰(zhàn)。

        固體脂質(zhì)納米粒(Solid lipid nanoparticle,SLN)是以室溫下為固態(tài)的天然或合成的脂質(zhì)或類脂為載體,將活性分子包封于類脂核中制成的粒徑為10~1 000 nm 的膠體遞送體系[50]。固體脂質(zhì)主要包括固體基質(zhì)(脂肪酸類、蠟質(zhì)類、甘油脂類和類固醇類等)和表面活性劑(磷脂類、短鏈醇、膽酸鹽類和非離子表面活性劑)[51]。SLN 作為一種新型的納米遞送體系,其載體材料易降解、毒性小、生物相容性高,具有生物分子的緩釋和控釋效果并可實(shí)現(xiàn)靶向給藥,且其載藥量與包封率都較好,能顯著提高活性分子的體內(nèi)生物利用度。SLN的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)與脂肪粒相似,可借助“木馬效應(yīng)” 經(jīng)脂肪吸收途徑跨過腸道黏液層和腸上皮細(xì)胞來實(shí)現(xiàn)高效遞送,這一特性是其它納米載體所不具備的[52]。因此,SLN 也被認(rèn)為是可應(yīng)用于口服遞送活性分子的理想載體。研究證實(shí)利用SLN 包埋燕麥多肽可增強(qiáng)其在胃腸道中對DPP-IV 的抑制作用,并可用來包埋乳清源衍生肽、魚蛋白衍生肽等以提高其生物利用度[53]??傮w而言,目前有關(guān)SLN 包埋生物活性肽的胃腸道穩(wěn)定性研究相對較少。

        生物聚合物微凝膠,也常被稱為納米凝膠、水凝膠珠、生物聚合物顆?;蛭⑶虻龋怯梢环N或多種生物聚合物通過物理和/或化學(xué)鍵結(jié)合在一起形成的三維網(wǎng)絡(luò)膠體顆粒,其尺寸范圍通常為100 nm~1 000 μm[54]。生物活性肽可通過在微凝膠形成之前將它們與含有生物聚合物分子的溶液混合,也可以在微凝膠形成之后將它們包埋在微凝膠中[45]。選擇合適的生物聚合物在很大程度上決定了封裝系統(tǒng)是否成功,在選擇時(shí)需仔細(xì)考慮聚合物的溶解性特征、凝膠機(jī)理、電學(xué)性質(zhì)、降解性和與其它成分相互作用的特點(diǎn)等[54]。多糖、蛋白質(zhì)由于其在制備微凝膠時(shí)具有低毒性、高生物相容性、可降解性等優(yōu)勢成為天然的生物聚合物來源。生物聚合物微凝膠體系大致可分為3 類:多糖微凝膠遞送體系、蛋白質(zhì)微凝膠遞送體系和多糖-蛋白質(zhì)微凝膠遞送體系[12]。多糖微凝膠遞送體系在胃部可抵抗溶脹效應(yīng),在腸部將封裝的活性分子緩慢釋放,最大程度提高肽的生物利用度。多糖如殼聚糖、瓊脂、卡拉膠、阿拉伯樹膠、菊粉和甲基纖維素等被廣泛研究和用于制備多糖遞送體系,其中殼聚糖是研究者最為關(guān)注的多糖之一[54]。例如,利用殼聚糖和海藻酸鈉形成的微凝膠封裝ACE抑制肽VLPVP 后發(fā)現(xiàn),肽可以捕獲在微凝膠中,且該微凝膠遞送體系在模擬胃條件下可保護(hù)肽不被釋放和降解[55]。蛋白質(zhì)獨(dú)特的優(yōu)越性能也為制備不同特性的微凝膠遞送體系提供了可能,如乳清蛋白、牛血清白蛋白、卵清蛋白、明膠和大豆甘氨酸等[54]。然而,蛋白質(zhì)微凝膠遞送體系無法抵抗在接近蛋白質(zhì)等電點(diǎn)時(shí)存在的不可逆的沉淀問題以及克服蛋白被胃腸環(huán)境中的極酸性和各種酶降解等問題。因此,目前有較少研究利用蛋白質(zhì)微凝膠遞送體系來包封生物活性肽。多糖-蛋白質(zhì)微凝膠遞送體系相比單獨(dú)的多糖或蛋白遞送體系來說有更好的抑制突釋、緩釋和持續(xù)釋放等特性[56],然而,將其用于包埋活性肽的研究并不廣泛。

        選擇用于生物活性肽運(yùn)輸?shù)妮d體必須較為穩(wěn)定、安全無毒性,易通過腸上皮細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)散。同時(shí),在選擇膠體遞送系統(tǒng)時(shí)需深入了解生物活性肽的化學(xué)性質(zhì)、分子屬性(分子尺寸、靜電荷量、極性、溶解度和表面活性、成分相互作用及消化條件等,還應(yīng)考慮成本、制造簡易性、感官特性及這些遞送系統(tǒng)在體內(nèi)的生理行為,以設(shè)計(jì)最合適、高效的膠體遞送系統(tǒng)提高活性肽的穩(wěn)定性和生物利用度。

        4 結(jié)論及展望

        食源性生物活性肽在胃腸道生化屏障(酶、pH 值)和物理屏障(不動水層、黏液層、腸上皮細(xì)胞和緊密連接)的作用下往往導(dǎo)致極低的生物利用度?;钚噪娜绾文芡暾腋咝У乇晃者M(jìn)入血液循環(huán)成為活性肽科學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)。盡管有關(guān)生物活性肽在腸上皮細(xì)胞的完整轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制研究已取得一定進(jìn)展,但已鑒定出被完整吸收的生物活性肽的轉(zhuǎn)運(yùn)效率較低,且活性肽穿過不動水層到達(dá)腸上皮細(xì)胞的跨膜機(jī)制還尚未清楚,亟需進(jìn)行深入研究。目前,已設(shè)計(jì)出多種提升活性肽生物利用度的策略,如化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾、酶抑制劑、滲透促進(jìn)劑和細(xì)胞穿透肽的使用以及膠體遞送系統(tǒng)(脂質(zhì)體、固體脂質(zhì)納米顆粒和生物聚合物微凝膠)的使用。然而,這些策略在制備的容易程度、對產(chǎn)品質(zhì)量和感官屬性的影響、產(chǎn)品的穩(wěn)定性及對活性肽體內(nèi)活性影響等方面存在較大不同,且若使用不當(dāng)可能會將有害物質(zhì)也引入血液循環(huán)中,最終引起或加重多種疾病的發(fā)生(如局部炎癥和系統(tǒng)免疫反應(yīng)等)。因此,迫切需要根據(jù)不同活性肽的理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及在體內(nèi)的生理行為來確定最合適有效的遞送策略以提高活性肽的體內(nèi)生物利用度。

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