随着我国经济的发展、人民生活水平的提高,主要是居民饮食结构和生活方式的改变,我国高血压的患病率呈现明显上升趋势。
2002年中国居民营养与健康状况调查结果显示,中国成年人高血压的患病率为18.8%,即全国约有1.6亿高血压患者,每5个成人就有一人患高血压,高血压已成为我国最常见的心血管疾病。
降血压药物是治疗和控制高血压病情的有效手段。除此之外,食物中也含有一些降血压的有效成分,比如肽类、纤维素类等。在以天然、健康为主题的今天,人们越来越倾向预防保健和食疗,因此来源于食品的降血压肽,尤其是乳源降血压肽在国内外具有巨大的潜在市场。
1 ACE抑制肽简介
ACE抑制剂的研究始于1965年, Ferreira等人在南美洲蝮蛇(Bothropsararaca)毒液中发现了一种ACEIP( Angiotensin I-Converting EnzymeInhibitory Peptides),之后人们对于ACE抑制剂的机理、提取及合成进行了广泛的研究,除了从天然物质中分离提取外,更多的是食源性蛋白经酶解或发酵制备而得。这些食物蛋白资源,主要包括乳蛋白,大豆蛋白,卵蛋白,玉米醇溶蛋白,大麦醇溶蛋白等等。
1.1 ACE抑制肽分类
根据其作用特点,乳源性ACE抑制肽可以分为三类:
(1)ACE抑制类型,其对ACE抑制作用的抑制率与接触ACE的时间长短无关;
(2)ACE底物类型,这类小肽与ACE接触后会被ACE进一步分解,其抑制作用随接触时间而减弱;
(3)ACE原抑制剂类型,这类小肽进入体内后会被ACE或消化道的蛋白酶进一步分解,转换成真正意义上的ACE抑制剂。其中一类和二类的ACE抑制肽经动物实验检测发现,可以在SHR(原发性高血压小鼠)体内产生显著的降压作用。
1.2 ACE抑制肽作用原理
ACE抑制肽可以实现降压的作用主要是因为它可以抑制ACE的活性。在人的生理过程中,血压的调节主要受到肾素-血管紧张素系统和激肽-激肽生成酶系统相互作用控制的。肾素进入血液,将血浆中的血管紧张素原水解为血管紧张素Ⅰ(Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His Leu-Val-Ile-His),然后在血管紧张素转化酶(angiotensin converting enzyme ,简称ACE)的作用下,将末端的二肽切下来,转换成血管紧张素Ⅱ(Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe), 血管紧张素Ⅱ可加强心肌的收缩力,并同时使血管平滑肌收缩,造成血压上升。
另一方面,激肽-激肽生成酶系统也受到ACE的调控,它可使具有血管舒张作用的舒缓激肽转变为没有活力的缓释肽,两个系统在ACE的协同作用下,造成了人体内血压的升高。目前,大量的研究表明,如果可以抑制ACE的活性的话,就能起到降血压的作用。
2 ACE抑制肽的分离提取
建立一套适宜的分离提取技术工艺是将降血压肽推向商业化生产的必要条件。分离提取的效率将直接影响到ACE抑制肽的应用前景。由于ACE抑制肽的氨基酸组成和结构差别均较大,没有一个固定或较特殊的氨基酸组成,并且食物蛋白质酶解产物万分相当复杂,这就增加了它的分离提取难度。降血压肽的分离提取甚至结构鉴定是一项最复杂,也是最有意义的工作。肽类分离提取常用的方法包括:离子交换层析、凝胶过滤层析、凝胶电泳、高压液相色谱、毛细血管电泳等。鉴于食物蛋白质经酶解后产生的ACE抑制肽分子量一般在1500以下,可以先用活性炭吸附除去较高分子量、未水解的蛋白质,用超滤除去不溶底物、分子量较的蛋白质和肽类以获得合理的氨基酸和短肽颁。凝胶过滤层析,也称凝胶渗透色谱。可根据分子大小,将混合物通过多孔的凝胶床而达到分离目的。肽的回收率很高,活力不受破坏。使用的凝胶种类主要有交联葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶和琼脂糖凝胶等。使用过程中因其设备简单,重复性好,结果处理方便,因此应用非常广泛。由于许多ACE抑制肽的氨基酸结构非常接近,分子量的差别甚微,在这种情况下,凝胶层析的分离效果就不理想,往往需结ACE抑制活性短肽;也有人用阳离子交换树脂Dowex 50 W-X4(50-100目,H+型)和Sephadex C-25凝胶从15种鱼贝类的胃蛋白酶水解产物中分离提取了ACE抑制活性肽。
3 ACE抑制肽的评价
原料蛋白质经酶解瓜后生成了众多的短肽和游离氨基酸,其中只有一部分短肽具有降血压活性。由于动物实验费用昂贵,因此建立一套体外测定降血压肽活性的实验方案尤为重要。1971年Cushman等建立了紫外光度法。ACE在37℃、pH8.3的条件下催化分解血管紧张素I的模拟物Hippuryl-L-Histidyl-L-Leucine(HHL)产生马尿酸,该物质在紫外228 nm处具特征吸收峰。当加入ACE抑制剂时,ACE对HHL的催化作用受到抑制,马尿酸的生成量减少。通过测定加入抑制剂前后所生成的马尿酸紫外吸收的大小差别即可算出抑制活性的大小。但该方法对实验操作要求甚高,实验易产生误差。后来,许多学者对其进行了改进,其中高效液相色谱法直接将反应液用于马尿酸的定性定量分析,不需经过乙酸乙酯抽提马尿酸的繁琐过程,操作简便,准确性高。
动物实验是评价降血压肽效应的有效方式。降血压肽生物学效应评价的实验动物一般是原发性高血压大白鼠(SHR)。降血压肽的动物试验一般采用口服或静脉注射的方式。以不同剂量喂食或注射SHR。同时做ACEI药物对照组,比较不同剂量对SHR血压的影响,再与ACEI药物降压效果进行比较。值得注意的是,许多短肽在体外实验中对ACE具有抑制活性,但是体内实验中却无降压效果。许多学者认为,这是由于ACE抑制肽摄入体内后存在一个消化降解的过程,有可能将其降解为无活性的片段。也有报道认为,这此抑制肽只是ACE底物,不是真的抑制剂,所以它们在体外实验测得的活性较高,而在体内无效。另外也有些ACE抑制肽体外实验活性不高,但动物实验结果却表明其有明显的降血压效果。这可能是ACE抑制肽被摄入体内后被胃肠道的消化酶降解,生成了有降血压活性的片段。
4 降血压肽的构效关系
现已成功地从鱼贝类、大豆、酪蛋白、玉米、酒槽等众多食物蛋白质中获得了ACE抑制肽。降血压肽的抑制活性与氨基酸结构和组成密切相关。有人经研究认为ACE抑制肽的抑制活性主要取决于C端氨基酸,C端氨基酸为芳香族氨基酸(包括色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸)和脯氨酸时其抑制活性较高。另外,N端氨基酸为疏水性缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸或碱性氨基酸肽与ACE亲和力较强,所以抑制活性较高,但是脯氨酸例外。不同的氨基酸结构和组成的短肽的抑制活性差别很大。但是ACE抑制肽的氨基酸组成和结构与其抑制活性的具体关系尚未研究透彻,有关机理尚不清楚,可能是不同氨基酸结构的ACE抑制肽与ACE活性中心有着不同亲和力的缘故。
5 微生物发酵法制备乳源性ACE抑制肽的研究现状
根据近年来的研究报道,在众多乳酸菌中,瑞士乳杆菌(Lactobacillushelveticus)被发现有较强的乳蛋白水解活性,关于瑞士乳杆菌研究最多的是日本的一位学者Yamamoto。1993年,Yamamoto 等人对Lactobacillus.helveticusCP790进行研究,他们发现它所分泌的蛋白酶水解酪蛋白后可产生多种ACE抑制肽,在得到的25条主要肽链中,进行动物实验后,没有发现有绝对抑制ACE活性的短肽,抑制效果最强的是一种氨基酸残基数(Asp-Glu-Leu-Gln-Asp-Lys-Ile-His-Pro-Phe-Ala-Gln-Thr-Gln-Ser-Leu-Val-Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly-Pro-Ile-Pro-Asn-Ser),这是非常罕见的,由于它不能被直接吸收,可能是进入体内后,水解成其它抑制ACE活性的片段,而达到降压的效果。1999年,Yamamoto等人又从Lactobacillus.helveticus CPN4发酵的酸奶产品中找到了一条有抗高血压活性的二肽: Tyr-Pro,αs1-CN、β-CN、κ-CN 中都有这条二肽的存在。
1995年,Nakamura等人用Lactobacillus helveticus和Saccharomyces cerevisiae 作为发酵剂制作了一种名为Calpis的酸乳饮料,SHR(原生高血压小鼠)长期服用Calpis后,可抑制血压上升。随后研究人员从Calpis中提取出具有ACE抑制活性的2种活性短肽-VPP和IPP,分别对应于牛乳β-CN (f84~86)、β-CN(f74~76) 和κ-CN (f108~110),实验表明Calpis 的ACE 抑制活性主要是这2种肽的作用。国内南京师范大学潘道东经体外实验和体内实验验证,对 ACE 活性具有较强抑制作用并具有较强降高血压效果。2002年,河北农业大学王海燕也从发酵乳中制备出降血压产品,所采用的菌种为瑞士乳杆菌。2003年,东北农业大学的姜瞻梅则采用酶解酪蛋白制备出了ACE抑制肽。
到目前为止,酪蛋白源性的 ACE 抑制肽已经研究了很多,但是乳清蛋白源性 ACE 抑制肽相对而言研究的比较少。相关的研究也都集中在酶解制备乳清蛋白方面。关于这方面研究最多的是一位来自爱尔兰的学者 Mullally,他首先通过酶解的方法,从乳清蛋白的 β-乳球蛋白水解物中分离到了一种具有 ACE 抑制活性的七肽(β-lgf),并进一步研究了乳清蛋白的水解物的分子量分布规律和 ACE 抑制活性。
(责任编辑:admin)