肽(peptide,源自希腊文的“消化”),是介于氨基酸和蛋白质之间的天然生物小分子。肽不仅是蛋白质生理代谢的产物,也是重要的生理调节物质。2022年发表于《自然》的研究证实,编码基因的RNA分子可与氨基酸形成“RNA- 氨基酸”单体,再经系列反应,形成“RNA- 肽”混合物,且具有催化性能,表明肽在生命起源中发挥重要生理功能[1]。

生物体内源性肽是由机体自身合成的小分子肽,具有多种生理功能,包括调节免疫反应、神经传递、代谢、生长和发育等[2],通过与相应受体结合传递信号,从而主动调控参与机体器官和组织细胞的生理功能,如大脑内脑啡肽通过与μ-受体结合,发挥镇痛和镇静作用;降钙素基因相关肽(calcitonin gene related peptide,CGRP)作为一种神经肽,可通过与CGRP受体结合来调节血管扩张和炎症反应[3];其他内源性肽,如肝素[4]、胰岛素[5]、生长激素释放激素[6]等,也可通过与其相应的受体结合,调节多种生理功能。但随着机体面临社会精神压力、环境污染、食物污染、电磁辐射等因素的加剧,饮食模式、作息节律、运动静息状态也不断发生变化,导致机体整体机能的适配性减弱、内分泌稳态失衡、内源性合成肽减少,如催乳素等肽类物质分泌减少导致哺乳期妇女母乳分泌量不足[7];血管紧张素等肽类物质分泌不足导致血压问题[8];防御素等肽类物质分泌不足导致机体对致病微生物易感性改变[9];神经肽等物质分泌失衡导致抑郁症等患病率极大增加[10]。此外,人体内源性肽随着生命周期的生理特点不同而变化[11],尤其是婴幼儿期(合成不足)、围孕期(需求旺盛)、老年期(匮乏期)等特殊人群。

食物蛋白质为机体提供营养和能量支持,各种蛋白质经机体消化道相关酶水解后释放大量具有生物活性的特异性肽片段,穿过肠道上皮组织进入血管达到器官、组织、细胞发挥作用(图1)。

最早曾认为蛋白质在生物体内消化代谢发挥作用的基本结构单元是氨基酸,研究人员首次发现小肠上皮细胞特异表达质子依赖型转运蛋白质PepT1,可主动转运蛋白质水解产物中的二肽、三肽以及与二肽、三肽结构类似的化合物[12],提示食物蛋白质消化吸收主要发挥营养健康作用的可能为“肽”类物质。不同结构的肽分子摄入机体后,由于不同肽段其结构、大小和电荷等特性不同,因此不同的肽段可通过转运体消化吸收后,对机体组织发育与新陈代谢、神经内分泌调节、肠黏膜屏障稳态、肠道菌群成熟度、机体免疫力等发挥不同的作用[13]。然而,外源性食物蛋白肽相关研究极具挑战,主要归因于两点:1)肽结构序列多样。由于肽类化合物肽链基本组成单元为常见20种氨基酸,仅按一级氨基酸序列组合即可形成二肽400种、三肽8 000种、四肽160 000种等(20n,n为肽链中氨基酸数目),叠加空间高级结构(螺旋、折叠、无规卷曲等)后,导致肽类化合物种类数量多到无法估量。2)肽营养机制复杂。外源性食物蛋白肽在机体内代谢涉及许多复杂的生物化学过程,如胃酸和胃蛋白酶的消化、小肠中肽蛋白酶/胰凝乳蛋白酶的分解和吸收、肝脏代谢酶的作用以及肾脏中的重吸收与排泄。基于此,本文系统阐述了食源性功能肽的功效评价模型、构效分析方法及其吸收代谢机制。

1 食源性肽的功能活性及评价方法

1.1 食源性肽的功能特性

食源性蛋白肽的来源广泛,大量的植物源(坚果类、豆类、谷物类等)、动物源(乳制品、蛋类、肉类、水产、昆虫、海洋生物等)和微生物源(藻类、酵母、乳酸菌类等)蛋白来源的肽被广泛报道,见表1[14-36]。由表1可知,不同来源的食源性肽被报道具有广泛的生理调节作用,如抗氧化、抗细胞损伤、抗肿瘤、抗高尿酸血症、抗骨质疏松、抗肥胖、抗菌、抗炎、抗运动疲劳、改善认知障碍、改善学习记忆、改善线粒体功能、改善营养不良、调节肠道菌群、调节免疫、降血压、降血脂、降血糖及益生活性等。由此可见,食源性肽种类及功能繁多,且其制备的原材料资源丰富。

然而,大多数食源性肽的功能特性评价依赖于体外化学或细胞等检测方法,与机体生理条件有所区别。例如,食源性降尿酸肽多采用体外黄嘌呤氧化酶抑制活性,进行初步筛选[18-19],评估其调控高尿酸血症的功效,但由于经口摄入食源性肽的体内血液浓度(纳摩尔级)远低于体外实验中所采用的浓度(微摩尔级)[37];且体外活性测定方法无法相对真实地模拟机体器官、组织和细胞内的生理条件,因此建议利用体外方法筛选获得的小肽需进一步通过体内活性评价进行验证。此外,食源性蛋白肽基料多为混合物(非单一肽段组成),作为机体细胞最基础的营养物质,不同序列结构的肽段可发挥协同作用,应选择科学合理的功能评价模型评估肽的营养调节作用。

1.2 食源性肽的功能特性评价方法

1.2.1 体外化学测定法

基于氧化还原反应生成显色物质、联合吸收光谱或发射光谱法等体外化学评价法[38]被广泛用于评估食源性肽在抗氧化、降尿酸等方面的活性能力(包括自由基清除率、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶酶活力、脂质过氧化物及脂质氧化损伤产物检测等)。清除自由基作用体外实验方法最为常用,分光光度法、化学发光法和荧光法均可用于检测反应体系产生的颜色变化、发光现象等,实现间接或直接测定自由基的量[39]。研究表明:在体外的DPPH清除能力、ABTS+清除能力、铁离子还原能力(ferric-ionreducing antioxidant power,FRAP)、抗氧化能力指数(oxygen radical absorbance capacity,ORAC)等实验中[40],食源性抗氧化肽(大豆肽、核桃肽、河蚬肽等)显示出较强的体外抗氧化能力。此外,可基于酶与底物结合反应,评价食源性肽与机体代谢关键酶的结合能力。研究人员通过体外黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XO)抑制活性实验及Lineweaver-Burk动力学分析显示核桃蛋白肽具备较好的XO抑制活性,在大鼠高尿酸血症模型中其亦展示出较强的降尿酸活性[21]。尽管体外化学方法具有快速高通量筛选功能性肽的优势,但由于其反应条件的单一性,尚存在一定局限性,主要体现在反应条件及原理的局限性,基于该方法筛选出的活性肽,无法相对真实地模拟肽体内代谢吸收环境。

1.2.2 体外生物测定法

利用细胞、微生物等对食源性肽的生物活性进行评估,可实现高通量快速筛选,且比动物模型更高效。Hou等[41]采用XO联合腺苷诱导HK2肾细胞构建的高尿酸血症模型证实肌肽、谷胱甘肽等具有一定的降尿酸功效。Lin等[42]在MC3T3- E1成骨细胞模型上,发现鸡软骨功能肽可促进其增殖、分化及抗凋亡损伤,在保护骨健康方面具有较强的潜力。基于乙醇诱导的LO2肝细胞损伤模型,Ren等[43]发现河蚬肽可通过减少活性氧簇水平和提升线粒体膜电位起到保护肝细胞免受损伤作用。此外,针对衰老相关的慢性退行性疾病阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD),研究多基于Aβ淀粉蛋白沉积这一典型病理特征,体外细胞研究常采用体外孵育Aβ42蛋白诱导其分子聚集的细胞模型以筛选活性物质,但该模型无法模拟细胞内Aβ42蛋白寡聚的毒性过程。为解决此问题,笔者团队通过基因工程方法将Aβ42蛋白序列中第22位谷氨酸(E)替换为甘氨酸(G),模拟与人类AD发病机理高度相似的细胞内Aβ42蛋白自发聚集的现象,用于抗Aβ蛋白聚集活性肽的评价与筛选。基于该HEK- 293 E22G转基因细胞模型,发现核桃源蛋白肽和鸡软骨蛋白肽可有效抑制胞内Aβ42蛋白异常聚集,其中核桃肽在小鼠APP/PS1双转基因模型上活性显著,可显著减少模型小鼠脑组织中Aβ淀粉蛋白沉积,提升模型小鼠的学习记忆能力。另外,基于肿瘤微环境的特点,笔者团队通过肿瘤细胞与免疫细胞共培养体系,构建了MC38- N4/OT1多细胞共培养模型。该模型作为可高通量筛选免疫调节活性物质的可视化评价,兼具应用范围广、实验结果可视化、高通量筛选等特点。相比于传统的二维细胞模型,类器官培养的体外三维培养技术,具有人源性、近生理性、培养周期短与传代稳定等优势,可应用于活性成分的功能评价和筛选[16-17,44]。Hou等[45]基于人肝脏类器官模型论证了肌肽、鹅肌肽降尿酸作用。此外,Liu等[46]采用离体肠组织构建了一种新型的细菌和益生菌黏附体外模型,基于该模型研究发现,核桃肽可有效促进益生菌(鼠李糖乳杆菌LRa05)的黏附和定殖[47]。

目前,笔者团队采用多种永生化细胞系(如人源LO2、HK- 2等)建立了二维培养的细胞模型用于探究功能性肽的生物活性,此类模型所需试剂耗少且实验周期短,易于获得无限的细胞数并具有较高的可重复性等优势,但遗憾的是,此类模型尚无法模拟组织中细胞与细胞间相互作用及人体三维组织中的复杂性及异质性。类器官技术具有更接近人体生理细胞信息流,可更加接近正常机体的细胞组成和行为,可实现体外长期培养,为功能性肽高通量筛选提供重要工具。利用细胞或微生物作为功能评价模型时,需充分考虑肽的作用靶标及与体内生物相关等问题,选择合适的活性评价模型。

1.2.3 动物评价法

低等模式动物的遗传性状通常相对保守,具有某些与其他高等生命类似的生物学特征和代谢通路,该保守性状可用于研究细胞分裂、细胞凋亡、发育、代谢通路等各种生物学过程。线虫、果蝇和斑马鱼等低等模式动物具有短的生命周期、繁殖能力强、低成本以及易于进行基因操作等优点,其基因组序列、生理特征和发育过程已被详细地描述和分析,多用于探究许多基础生物学问题的机制[48],但其未必适应于食源性肽的营养功效评价。而高等模式动物(小鼠、食蟹猴、猕猴等)生理和病理特征更接近人类,因此更适用于模拟人类疾病和评估食源性肽的功能特性。笔者团队利用APP/PS1双转基因小鼠模型研究核桃源蛋白肽改善学习记忆效果,发现核桃肽可通过降低脑内Aβ淀粉样蛋白斑块、调节肠道微生物菌群多样性和血清代谢物组成,改善APP/PS1小鼠的学习记忆损伤。根据食源性功能肽多靶点的特点,笔者团队构建了多个营养代谢评价动物模型,如营养素消化吸收评价小鼠模型、营养素调控线粒体能量代谢评价小鼠模型、营养素调控嘌呤代谢功能评价小鼠模型、营养素调控蛋白代谢功能评价食蟹猴模型和免疫调节评价小鼠模型等,可用于研究食源性肽体内外消化吸收、代谢途径、营养功效机制等。首先,笔者团队基于肠道菌群在AD治疗中的重要作用,通过粪便移植的方式,证实肠道菌群与Aβ淀粉斑块形成的相关性,突破传统靶向神经递质导致神经毒性的痛点,提出调制星形胶质细胞可塑性的新策略[49],该项研究功能特性的靶点清晰、作用机理明确,可为食源性肽的改善学习记忆功效评价提供新型快速模型。其次,针对目前降尿酸肽研究所采用的体外化学、细胞及化学药物诱导的动物评价模型,不能真实模拟机体嘌呤代谢过程,笔者团队采用CRISPR/Cas9基因敲除技术,构建自发高尿酸的稳定Uox基因敲除小鼠模型[50],该模型可全面表征高尿酸病理特征,模拟嘌呤代谢紊乱过程,从而可用于评价降尿酸活性肽作用机理。此外,笔者团队还构建了线粒体能量代谢障碍的slc25a46转基因敲除小鼠模型,用于活性肽的功能评价,该小鼠模型具有显著表型优势(包括寿命短、体型小、行动缓慢、线粒体功能障碍、氧化应激损伤、表型稳定、重复性高及成模时间短等优势)[51],尤其适用于食源性肽在改善线粒体功能障碍方面的研究。另外一类最接近人类的理想模式动物是非人灵长类动物(如猕猴、食蟹猴等),其基因组和生理机制与人类高度相似[52]。相较于其他动物品种,非人灵长类动物的生理和病理机制更加接近人类,它们在食源性肽的营养功效及机制研究中的结果更加可靠,在临床前研究中具有不可替代的作用。其中,幼儿、孕期及老年等处在特殊生命周期的食蟹猴对于评估食源性肽的营养功效、安全性及功效性方面尤为适用。Amakye[53]基于自发性营养不良食蟹猴模型考察大豆肽改善营养不良的作用,研究发现大豆肽组(每日补充9 g大豆肽的营养不良食蟹猴)比大豆蛋白组的体重和BMI增幅更大。

1.2.4 临床评价法

食源性功能肽的临床研究主要集中在改善营养状况、降高血压等方面,并且食源性肽临床研究数量超过在非人灵长类动物模型上开展的相关研究。Amakye[53]通过干预处于化疗期高危营养不良脑癌患者的探索性人群试验,发现补充大豆肽可有效缓解患者的肌肉蛋白分解和体重下降,改善机体营养不良体征。Nakamura等[54]开展的一项随机、双盲、安慰剂对照试验显示,酪蛋白来源的三肽IPP和VPP可有效改善高血压受试者的中心收缩压和臂- 踝脉搏波传导速度。此外,Kimura等[55]通过一项双盲随机对照试验,考察酪蛋白肽(TMP)改善老年人认知功能障碍和神经活动障碍的作用,发现摄入TMP可暂时抑制参与执行功能的特定脑区的互补性神经活动及默认模式网络活动,以改善认知神经活动。

尽管小鼠和非人灵长类动物模型均可用于食源性功能肽活性评价,但其并未被广泛应用于食源性功能肽的筛选。这是因为该研究过程所需的多肽样品量大,而高纯度食源性肽的制备难度大、成本高,难以满足实验要求,无法实现大规模、高通量活性评价和功能筛选。此外,目前用于食源性肽的高等动物模型仍多为医学生物领域的模型,而肽独特的分子结构特征使其生物活性的作用途径、靶点和功效方面与药物存在巨大差异。因此,医学生物领域中动物模型的评价指标和体系并不完全适用于食源性肽的功能评价。上述因素限制了小鼠和非人灵长类动物模型在食源性功能肽研究中的应用。

食源性功能肽的评价涉及多个维度,如化学、分子- 细胞、低等- 高等模式动物等(图2)。评价方法实验原理、适用范围各不相同,所得结果也存在差异。虽然当前食源性功能肽研究领域中多利用体外化学、生物学的常用方法进行功效评价研究,并少量开展以高等动物为主的临床前研究和人的临床研究,但由于食源性功能肽的结构多样性、体内过程复杂所带来的分析复杂性、作用靶点多样性,使其在功能特性评估方面极具挑战。因此,建立适用于食源性功能肽的功能评价体系,对其“构- 效”关系研究及未来食源性功能肽的研发具有重要意义。

2 食源性肽的分子构效关系

2.1 分子构效关系的分析方法

当前,食源性功能肽分子构效关系的研究和分析,主要有两种方式(图3)。一种是基于蛋白水解、分离纯化、结构鉴定和生物活性评价,建立的“自上而下”的肽结构与活性之间关系的方法,该方法优点是实验数据准确可靠,其缺点是工作量大、时间长,成本高;另一种则是基于计算机辅助分子建模的方法,通过“自下而上”的方式分析肽构效关系并加以验证。该方法可通过计算机模拟来预测肽分子的结构和生物活性相关性,并快速地筛选出具有潜在生物活性的肽分子,该优点是快速、高效、成本低,但其需对计算机建模技术有一定的掌握,同时预测结果需通过实验验证才能确保其准确性。以食源性降尿酸肽为例,Li等[56]基于氧嗪酸钾诱导的高尿酸血症大鼠模型来评估鲣鱼蛋白酶解物降尿酸作用,研究发现该酶解物具有显著的降尿酸活性,并从中分离纯化鉴定出两条肽(亲水肽PGACSN和疏水肽WML),通过分析肽与XO催化位点的结合情况,发现疏水肽WML更容易进入XO的活性位点。He等[57]通过体外XO抑制活性实验,发现含有芳香族氨基酸(如Trp、Phe)的肽具有更高的降尿酸活性,其中Phe- His二肽的XO抑制活性最高(IC50=25.7 mmol/L)。黎青勇[58]基于配体与受体存在的“钥匙与锁”之间的关系,利用计算机分子对接技术,进行空间契合度和能量匹配计算获得抑制XO活性的多肽;此外,通过对400种二肽和8 000种三肽进行Autodock Vina评分预测,发现含有Trp氨基酸残基、芳香族氨基酸(如Trp、Tyr和Phe)处于N端的多肽在抑制XO活性方面具有较强的潜力。然而,亦有研究发现,采用分子对接的Vina评分与肽分子活性之间并不一定存在直接相关性[59],因而需要建立分子结构与功能关系的多维度模型来探究多肽的构效关系。定量构效关系(quantitative structure-activity relationship,QSAR)是一种借助分子的理化性质参数或结构参数,以数学和统计学手段定量研究有机小分子与生物大分子相互作用、有机小分子在生物体内吸收、分布、代谢、排泄等生理相关性质的方法[60],已被广泛用于药物设计、材料科学和化学领域。在食源性抗氧化肽的研究中,QSAR方法被用来分析肽分子的结构特征和其功能特性之间的关系,可降低食源性肽的筛选成本和时间,同时也为研究人员提供更深入地了解食源性肽的作用机制和结构特征的机会,有助于设计更加有效的功能性肽。

然而,小肽的营养功能属性取决于组成分子的结构特征,在传统概念中,对于肽分子结构特征的描述多基于官能团的分类(如肽基)。但上述分类方法未能解答为何具备结构相似官能团的营养活性物质却表现出较大营养功能差异。笔者团队基于分子轨道特性(如分子骨架结构、分子共轭体系、杂化轨道方式、孤对电子分布等),将功能特性物质分子中的核心原子归于不同类型的s/p杂化态,将复杂的结构问题归一到简单的指标进行表征[61-62],可在本质上系统地解释小肽活性物质属性,从崭新的视角表征小肽结构并阐释其构效关系。对于特定的小肽分子,其形成氢键的能力取决于原子杂化轨道的类型及其电荷分布。例如,由于孤对电子的离域化和电子密度的降低,参与其他轨道的共轭使得孤对电子难以形成氢键。因此,为了描述分子在分子内形成氢键的潜力,笔者团队构建了一个新的孤对电子指数(lone-pair electron index,LPE指数),该指数可以量化小肽的键合能力。基于LPE指数,笔者团队解析了食物中含半胱氨酸(Cys)肽类化合物分子轨道特性,发现Cys与该酶活性中心的Thr1077、Ala1079和Ser1080等形成氢键作用,使得该肽段可与XO相互作用形成结构稳定的嵌合体,进而具有较高的XO抑制活性。笔者团队另一项研究计算了20种最常见氨基酸的LPE指数,疏水性氨基酸Phe、Trp、Leu、Ile、Val、Met、Ala和Pro的LPE指数值分别为0.58、0.67、0.78、0.78、0.88、0.99、1.17和0.88;亲水性氨基酸His、Gln、Asp、Cys、Ser、Arg和Asn的LPE指数值分别为1.19、1.2、1.2、1.29、1.29、1.33和1.33(图4)[61]。显然,疏水性氨基酸的LPE指数值低于亲水性氨基酸,这与实验测量结果一致。因此,氨基酸的亲水性和疏水性可通过LPE指数表征或预测,基于杂化轨道在表征氢键方面的良好性能,笔者团队进一步提出利用轨道指纹来全面表征分子的性质,并使用该指纹来预测分子之间的相互作用,见图5[61]。轨道指纹不仅包括分子杂化轨道信息,还包括原子邻接矩阵所代表的分子结构,因而轨道指纹比LPE指数更能全面地表征分子的性质。笔者团队进一步通过神经网络分析构建了分子相互作用(PMI)预测模型,该模型成功预测了1 344对测试样本,其中965对分子发生相互作用,该模型的准确率为84.62%。为了进一步验证该PMI模型,研究收集酶- 底物反应系统的外部数据集,结果提示该轨道指纹可用于表征分子结构以阐释分子相互作用的新概念[61]。

食源性蛋白经胃肠道酶消化降解为不同序列的小肽,为探究被机体细胞代谢吸收的小肽序列特征及其胞内与亚细胞器共定位情况,笔者团队基于前期研究基础,借助UniProt等数据库获取不同来源动植物蛋白的序列信息,使用分子模拟软件(GROMACS、Amber等)模拟不同动植物蛋白在胃、肠中消化的过程,并在模拟运算中考虑不同pH值、酶种类及浓度、时间等影响因素,通过模拟计算得到不同来源的蛋白质消化后产生的小肽序列,进一步使用k-means、层次聚类等聚类分析算法,将具有相似氨基酸序列和物化性质的小肽进行聚类分析。根据不同小肽的氨基酸序列和物化性质,借助TargetP、WoLF PSORT等生物信息学工具,可预测潜在功能特性小肽与细胞亚细胞器(如溶酶体、细胞质等)共定位情况,而预测结果为设计针对性更强的功能特性小肽提供了良好的模型基础(图6)。最后,笔者团队提出可对聚类分析和共定位预测结果进行实验验证:采用细胞培养等方法,验证小肽是否能够被细胞摄取,并靶向到特定的亚细胞器中。同时,通过质谱等技术,可验证聚类分析的结果是否准确。

尽管研究中利用体外化学、生物法、动物模型等测定的食源性功能肽的构效评价,耗时长且高度依赖于仪器的先进性和实验人员技术的稳定性,但基于计算机建模分析的食源性功能肽的“构- 效”关系研究,亦需要建立在前期大量实验过程中累积的实验数据基础上。此外,计算机建模分析方法仍存在食源性肽在某一活性的样本量小、描述符不够全面与准确以及数学建模方法不够科学等问题。因此,在未来的研究中仍需灵活使用两类建立“结构- 功效”之间关系的方法,用于分析食源性功能肽分子结构与活性之间的内在联系和变化规律。

2.2 分子构效机制

笔者团队利用分子杂化轨道理论表征食源性蛋白肽的结构特征,从一个崭新的视角科学阐释其结构特征,解析了具有相同或类似官能团结构的活性物质分子其营养功能存在差异的物质基础,具体体现在阐明食源性肽在转运吸收方面的构效机制。

1)肽分子结构属性(肽链氨基酸组成、一级序列、空间构型等)对其转运吸收效率的影响(图7)。例如,肽链长度对转运吸收效率有显著影响,短肽一级序列氨基酸残基数目小于4时,更易于以全肽链形式转运至胞内;肽链延长时,可因分子内作用力而出现高级结构,影响跨膜吸收特性。从肽链氨基酸组成来看,芳香族氨基酸残基对多肽生物活性(XO抑制活性、提升氧化还原酶活性等)发挥至关重要的作用,尤其Trp残基位于肽链的C端时表现出更强的生物活性。当细胞内环境pH向酸性偏移时,诱发肽结构由无规卷曲转变为α-螺旋结构,导致其从溶酶体逃逸,保护肽链不被溶酶体的水解酶降解,从而维持肽链在胞浆内发挥生物学功能[43, 63-64]。

2)肽物理化学特性(亲水性、疏水性、电荷特性等)对其转运吸收效率的影响。基于不同分子大小、亲疏水性和电荷特性等特性,传统认为小分子量肽,具有较好的吸收特性,笔者团队通过分析小肽在单细胞、亚细胞器水平上的共定位分布情况,发现七肽(WDQWCIW)比四肽(WDQW)具有更好的吸收特性及抗Aβ42蛋白聚集功效,提示小肽分子体内代谢途径具有结构依赖的特异性[17]。这也表明:肽与转运蛋白结合位点多为疏水性氨基酸,当亲水性肽链的C端含疏水性氨基酸时,该肽链更容易与转运蛋白结合,并可诱导结合位点形成疏水性结合口袋,通过氢键结合质子偶联体,完成跨膜转运。因此,强亲水性肽易被SLC转运蛋白转运吸收,跨越肠道代谢屏障,发挥营养功能;而强疏水性肽因亲脂性提高,使其与细胞膜表面小窝胆固醇和鞘脂分子间的亲和力增强,以小窝转胞吞方式被吸收,跨越大脑功能保护屏障。通过解析肽与转运体间的特异性结合与转运的关系,阐明相同序列肽被不同转运体吸收转运的差异规律,可解析不同序列肽在同一转运体的吸收效率、结合位点(与细胞膜受体)与转运速率的相关性[17]。

食源性功能肽独特的分子结构与其活性之间存在密切关系,但由于食源性肽的序列和功能多样化,食源性肽分子结构与活性之间的内在规律仍待进一步完善。

3 食源性肽的吸收代谢机制

蛋白质作为生命体的物质基础,其营养健康作用依赖于蛋白序列中存在的不同结构特征的肽分子,而非单一特殊序列肽片段。蛋白酶解混合物中存在各种不同结构和功能(如信号转导、跨膜、定位、激活胞内酶体系及其他生理调节活性)的肽分子,摄入机体后,通过互补和协同机制共同发生作用(图8)。肽混合物潜在存在多维协同吸收、代谢机制。

3.1 细胞黏附先导肽

细胞黏附先导肽是指一类能够促进细胞与细胞外基质之间黏附的小分子肽段。1984年,Erkki等首次报道仅有三个氨基酸序列的RGD(Arg-Gly-Asp)肽,细胞外基质中很多糖蛋白如粘连蛋白、纤维蛋白原、胶原蛋白、骨桥蛋白均为高度保守的RGD序列,此类肽能与细胞表面整合素受体相连,从而介导细胞与基质之间的黏附[65]。研究表明:RGD肽中“极性带正电荷- 不带电荷- 极性带负电荷”的氨基酸序列是其形成细胞黏附的关键结构,更换RGD中氨基酸均可引起黏附能力的变化,但仍存在一定的黏附效应[66]。大豆肽中也可能存在类似于RGD肽的“极性带正电荷- 不带电荷- 极性带负电荷”的三肽motif,该肽段能够促进肽在细胞膜表面的聚集,并提高膜表面的局部肽浓度,从而提高肽进入细胞的概率。

3.2 促细胞吸收肽

肽分子结构影响其吸收方式,大部分二肽及三肽由转运体PepT1转运吸收,而寡肽则大多通过质膜异位或胞吞、胞饮等方式进入细胞,其中质膜异位作为一种协助扩散方式,其吸收过程不需要ATP参与,对于能量代谢不足的细胞是最为经济的肽吸收手段[67]。另外,细胞穿膜肽可通过质膜异位进入细胞,主要由阳离子穿膜肽和两亲性穿膜肽组成;阳离子穿膜肽的氨基酸残基主要由精氨酸(Arg)和赖氨酸(Lys)组成,而两亲性穿膜肽则主要由赖氨酸(Lys)组成,其中还包括亲水性和疏水性的其他氨基酸残基[68],此类细胞穿膜肽可在细胞膜上形成异位孔洞,不仅其自身可进入胞质,亦可使其他肽通过孔洞进入胞内,提升肽的吸收效率[69]。

3.3 转运肽

转运肽是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号,通常由20～80个氨基酸残基组成,是细胞蛋白质定位的重要信号。转运肽序列中含有较多的带正电荷的碱性氨基酸(特别是Arg和Lys),而不含或仅含少量带负电荷的酸性氨基酸,如天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)。此外,转运肽中也含有较多的羟基氨基酸丝氨酸(Ser),易于形成两性α-螺旋结构,有利于转运肽穿过细胞膜,转运肽的这种特征性的结构有利于穿过线粒体的双层膜。转运肽的序列特异性较高,不同的转运肽之间没有同源性,说明转运肽的序列与识别的特异性有关,而与二级或高级结构无太大关系[70-71]。

3.4 调节代谢功能肽

细胞代谢及调节非常重要,参与各种细胞的生长与增殖过程。细胞干重超过50%为蛋白质,因而细胞需要大量氨基酸用于蛋白质的合成以产生新的细胞。必需氨基酸须从食物蛋白中获得,当其经胃肠道酶消化后,以游离氨基酸或肽的形式被机体吸收,其中2/3的蛋白分解片段以肽形式被机体吸收[66]。细胞自身的需求促使细胞主动从细胞外(肽、蛋白质)获得氨基酸,尤其当细胞外环境中游离氨基酸的含量降低时。研究发现,肽分子可经细胞非选择性内吞途径进入胞内,为细胞增殖提供重要的氨基酸来源。雷帕霉素复合物1(mTORC1)信号通路感应营养物质变化,以维持细胞正常代谢和内环境稳态。作为细胞内感应氨基酸含量、决定氨基酸分配利用的协调者,研究发现,Sertrins2、CASTOR1和SAMTOR能感知细胞内亮氨酸(Leu)、精氨酸(Arg)和蛋氨酸(Met)的含量。此外,当细胞中存在足够量的可用氨基酸时(可由外源性肽分子进入胞内溶酶体降解产生),可激活mTORC1而促使细胞翻译蛋白质。然而,当胞内可用氨基酸水平降低时,可改变mTORC1活性状态从而增加对于外界氨基酸或肽或蛋白质的摄取[72]。研究人员发现,直接补充外源性肽序列中的非必需氨基酸(如Asn、Asp、Ser)可增强细胞抵抗由线粒体电子传输链抑制引起的细胞增殖减少。维持胞内氧化还原稳态对于几乎所有代谢过程都是不可或缺的,但并非增殖细胞中的营养物质都用于合成代谢。研究发现,线粒体中丝氨酸(Ser)的分解代谢对于支持NADPH的产生和氧化还原平衡至关重要,而谷氨酰胺(Gln)可维持细胞内谷胱甘肽含量以进行氧化还原的调节[73-74]。

肽的吸收代谢是一系列复杂而又精密的过程,其吸收代谢规律则是研究肽精准营养调控的重要基础。然而,机体摄取的蛋白质经降解后产生的肽混合物中包含各种不同结构和功能(信号转导、跨膜、定位、激活胞内酶体系及其他生理调节活性)的肽分子,但它们之间的协同作用模式尚缺乏深入认识,亟须开展系统性的肽营养学研究。

4 结论与展望

食源性肽是一类氨基酸组成不同、排列不同、空间结构纷繁的庞大群体,这些特性赋予其复杂的“结构- 性质- 功效”关系。食源性功能肽的研究已从传统的分离、鉴定、制备及功能评价分析,转为更为精细的肽分子结构与功效关系研究。然而,鉴于目前食源性功能肽所常用功能评价体系较为单一,从体外到体内等多维度探讨食源性功能肽“构- 效”关系的研究还十分局限,后续研究可借助多学科交叉技术,构建更为合理、科学的功能评价体系,并融入更多的临床和人群实验为其功能特性和安全性提供更为有力的证据。同时,明晰食源性功能肽的分子构效关系和吸收代谢机制可为建立更加科学有效的肽制备技术和加工工艺提供依据,以实现最大限度保持其原有的结构和生物学活性,助力食源性功能肽的工业化生产、市场开发和利用。

然而,食源性功能肽的研究尚存在很多未解决的基础性科学问题,主要聚焦在5个方面。1)肽的结构与其跨细胞膜之间的规律研究;2)肽进入细胞后的分布、代谢的时空动态规律研究;3)蛋白酶解混合物中,多样化序列结构的肽分子是否协同合作完成其营养调控过程研究;4)植物蛋白肽与动物蛋白肽的结构特征与营养功能基础差异研究;5)不同生命周期(婴幼儿期、围孕期和老年期)植物蛋白肽与动物蛋白肽的营养代谢差异研究。虽然植物蛋白的营养效价与动物蛋白无法比拟,动植物蛋白经限制性酶解可获得小分子肽,蛋白质大分子变成小分子肽后,是否可通过多元复配植物蛋白肽,部分替代乳源蛋白肽的营养功能?假若可阐明植物蛋白肽在机体消化吸收、营养代谢特性具有重要的理论价值,并实现利用多元植物蛋白肽复配,在氨基酸组成、结构序列上获得可高度模拟乳源蛋白肽的多元复配植物肽组合物,可缓解我国奶源和奶蛋白不足的重大社会经济困境。对处在特定生命周期的婴幼儿、孕妇和老年人都需要额外补充食源性优质蛋白质,其中婴幼儿和孕妇多摄入乳蛋白,老年人多摄入植物蛋白;重要的是,对于非生理状态下的婴幼儿、孕妇、成年人和老年人,通过肽提供营养的效果优于整蛋白的营养功效。一方面,可探讨植物蛋白肽替代动物蛋白肽的代谢基础,让可接受植物蛋白肽替代方案的潜在人群获得可观的健康效益;另一方面,由于植物蛋白质占用较少的自然资源和较少的环境危害,当公共健康着眼于利用植物源的蛋白和肽,将积极推动植物蛋白的利用和深加工产业的发展,提高经济附加值,又践行了绿色、环保、低碳经济的可持续发展观。在今后的研究中应进一步实现对食源性功能肽在关键科学问题的重大突破,抢占肽营养产业这一世界科研热点新领域。

参考文献:

[1] MÜLLERF, ESCOBAR L, XU F, et al. A prebiotically plausible scenario of an RNA- peptide world[J]. Nature, 2022, 605(7909): 279-284.

[2] WANG L, WANG N X, ZHANG W P, et al. Therapeutic peptides: current applications and future directions[J]. Signal Transduction and Targeted Therapy, 2022, 7(1):1-27.

[3] KEE Z Z, KODJI X, BRAIN S D. The role of calcitonin gene related peptide (CGRP) in neurogenic vasodilation and its cardioprotective effects [J]. Frontiers in Physiology,2018, 19(9): 1249.

[4] LERCH T F, SHIMASAKI S, WOODRUFF T K, et al. Structural and biophysical coupling of heparin and activin binding to follistatin isoform functions [J]. Journal of BiologicalChemistry, 2007, 282(21): 15930-15939.

[5] BOUCHER J, KLEINRIDDERS A, KAHN C R. Insulin receptor signaling in normal and insulin-resistant states [J]. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2014, 6(1): a009191.

[6] LU M, FLANAGAN J U, LANGLEY R J, et al. Targeting growth hormone function: strategies and therapeutic applications[J].Signal Transduction and Targeted Therapy,2019, 4(1): 1-11.

[7] BERENS P D, VILLANUEVA M, NADER S, et al. Isolated prolactin deficiency: a possible culprit in lactation failure[J]. AACE Clinical Case Reports, 2018, 4(6): e509-e512.

[8] ASFERG C L, NIELSEN S J, ANDERSEN U B, et al. Relative atrial natriuretic peptide deficiency and inadequate renin and angiotensin II suppression in obese hypertensive men[J]. Hypertension, 2013, 62(1): 147-153.

[9] XU D, LU W Y. Defensins: a double-edged sword in host immunity [J]. Frontiers in Immunology, 2020, 11: 764.

[10] KUPCOVAI, DANISOVIC L, GRGAC I, et al. Anxiety anddepression: what do we know of neuropeptides? [J]. Behavioral Sciences, 2022, 12(8): 262.

[11] FESENKOI A, ARAPIDI G P, SKRIPNIKOV A Y, et al.Specific pools of endogenous peptides are present in gametophore, protonema, and protoplast cells of the moss Physcomitrella patens[J]. BMC Plant Biology, 2015, 15: 87.

[12] FEI Y J, KANAI Y, NUSSBERGER S, et al. Expression cloning of a mammalian proton-coupled oligopeptide transporter[J]. Nature, 1994, 368(6471): 563-566.

[13] EIDEN L E, GUNDLACH A L, GRINEVICH V, et al. Regulatory peptides and systems biology: a new era of translational and reverse-translational neuroendocrinology[J]. Journal of Neuroendocrinology, 2020, 32(5): e12844.

[14] AMAKYE W K, HOU C L, XIE L P, et al. Bioactive anti-aging agents and the identification of new anti-oxidant soybean peptides[J]. Food Bioscience, 2021, 42: 101194.

[15] LIU Y Q, STRAPPE P, SHANG W T, et al. Functional peptides derived from rice bran proteins[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2019, 59(2): 349-356.

[16] WANG M, AMAKYE W K, GUO L, et al. Walnut-derivedpeptide PW5 ameliorates cognitive impairmentsand alters gut microbiota in APP/PS1 transgenic mice[J]. Molecular Nutrition &Food Research, 2019, 63(18):201900326.

[17] LIU Y, LIN X L, LI Q Y, et al. Identification of two novel peptides with antioxidant activity and their potential in inhibiting amyloid-β aggregation in vitro[J]. Food &Function, 2019, 10(2): 1191-1202.

[18] LI Q Y, SHI C C, WANG M, et al. Tryptophan residue enhances in vitrowalnut protein-derived peptides exerting xanthine oxidase inhibition and antioxidant activities[J]. Journal of Functional Foods, 2019, 53: 276-285.

[19] LI Q Y, KANG X Y, SHI C C, et al. Moderation of hyperuricemiain rats viaconsuming walnut protein hydroly-satediet and identification of new antihyperuricemic peptides[J]. Food &Function, 2018, 9(1): 107-116.

[20] MAJID A,PRIYADARSHINI C G P. Millet derived bioactive peptides: a review on their functional properties and health benefits[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2020, 60(19): 3342-3351.

[21] TRINIDAD-CALDERN P A, ACOSTA-CRUZ E, RIVERO-MASANTE M N, et al. Maize bioactive peptides: from structure to human health [J]. Journal of Cereal Science, 2021, 100: 103232.

[22] SHI A M, LIU H Z, LIU L, et al. Isolation, purification and molecular mechanism of a peanut protein-derivedACE-inhibitory peptide[J]. PLoS One, 2014, 9(10):e111188.

[23] ZHENG L, SU G W, REN J Y, et al. Isolation and characterization of an oxygen radical absorbance activity peptide from defatted peanut meal hydrolysate and its antioxidant properties[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, 60(21): 5431-5437.

[24] ZHENG Z Q, YANG X X, LIU J, et al. Effects of wheat peptide supplementation on anti-fatigue and immunoregulation during incremental swimming exercise in rats[J]. RSC Advances, 2017, 7(69): 43345-43355.

[25] YOUL J, ZHAO M M, REGENSTEIN J M, et al. Puri-ficationand identification of antioxidative peptides from loach (Misgurnus anguillicaudatus) protein hydrolysate by consecutive chromatography and electrospray ionization-massspectrometry[J]. Food Research International,2010, 43(4): 1167-1173.

[26] QUIRS A, CHICHN R, RECIO I, et al. The use of high hydrostatic pressure to promote the proteolysis and release of bioactive peptides from ovalbumin [J]. Food Chemistry, 2007, 104(4): 1734-1739.

[27] MA B, GUO Y X, FU X, et al. Identification and antimicrobial mechanisms of a novel peptide derived from egg white ovotransferrin hydrolysates [J]. LWT-Food Science and Technology, 2020, 131: 109720.

[28] SAMPATH KUMAR N S, NAZEER R A, JAIGANESH R. Purification and identification of antioxidant peptides from the skin protein hydrolysate of two marine fishes, horse mackerel (Magalaspis cordyla) and croaker (Otolithes ruber)[J]. Amino Acids, 2012, 42(5): 1641-1649.

[29] ZHANG K, LI J W, HOU H, et al. Purification and characterization of a novel calcium-biding decapeptide from Pacific cod (Gadus macrocephalus) bone: molecular properties and calcium chelating modes[J]. Journal of Functional Foods, 2019, 52: 670-679.

[30] 任娇艳. 草鱼蛋白源抗疲劳生物活性肽的制备、分离及鉴定技术研究[D]. 广州:华南理工大学, 2008.

REN J Y. Preparation, isolation and identification of anti-fatigue bioactive peptides derived from Grass carpprotein [D]. Guangzhou: South China University of Techno-logy,2008.

[31] YUAN E D, NIE S Y, QI C L, et al. Effect of Scomberomorus niphoniuspeptide on the characteristics of resveratrol[J]. Food &Function, 2021, 12(22): 11449-11459.

[32] AMAKYE W K, YANG L, YAO M J, et al. Skipjack (Katsuwonus pelamis) elastin hydrolysate-derived peptides attenuate UVA irradiation-induced cell damage in human HaCaT keratinocytes[J]. Food Frontiers, 2021, 2(2): 184-194.

[33] ZHI T X, LI X Y, SADIQ F A, et al. Novel antioxidant peptides from protein hydrolysates of scallop (Argopecten irradians) mantle using enzymatic and microbial methods:preparation, purification, identification and characterization[J].LWT-Food Science and Techno-logy,2022, 164: 113636.

[34] RAVESCHOT C, CUDENNEC B, COUTTE F, et al. Production of bioactive peptides by Lactobacillusspecies: from gene to application[J]. Frontiers in Micro-biology,2018, 9: 2354.

[35] SUNY J, CHANG R, LI Q Y, et al. Isolation and characterization of an antibacterial peptide from protein hydrolysates of Spirulina platensis[J]. European Food Research and Technology, 2016, 242(5): 685-692.

[36] 刘静, 王军, 姚建铭, 等. 枯草芽孢杆菌JA抗菌物特性的研究及抗菌肽的分离纯化[J]. 微生物学报, 2004, 44(4): 511-514.

LIU J, WANG J, YAO J M, et al. Properties of the crude extract of Bacillus subtilisand purification of antimicrobial peptides[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2004, 44(4): 511-514.

[37] SATOK. Metabolic fate and bioavailability of food-derivedpeptides: are normal peptides passed through the intestinal layer to exert biological effects via proposed mechanisms?[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2022, 70(5): 1461-1466.

[38] RANAMUKHAARACHCHI S A, PEIRIS R H, MORESOLI C. Fluorescence spectroscopy and principal component analysis of soy protein hydrolysate fractions and the potential to assess their antioxidant capacity characteristics[J]. Food Chemistry, 2017, 217: 469-475.

[39] ROMODINL A. Chemiluminescence detection in the study of free-radical reactions. part 1[J]. Acta Naturae,2021, 13(3): 90-100.

[40] WANG M, SUN X Y, LUO W, et al. Characterization and analysis of antioxidant activity of walnut-derived pentapeptide PW5 via nuclear magnetic resonance spectroscopy[J]. Food Chemistry, 2021, 339: 128047.

[41] HOU C L, LIU D, WANG M, et al. Novel xanthine oxidase-based cell model using HK- 2 cell for screening antihyperuricemicfunctional compounds[J]. Free Radical Biology and Medicine, 2019, 136: 135-145.

[42] LINX L, YANG L, WANG M, et al. Preparation, puri-ficationand identification of cadmium-induced osteoporosis-protective peptides from chicken sternal cartilage[J]. Journal of Functional Foods, 2018, 51: 130-141.

[43] REN J Y, SHA W Q, SHANG S M, et al. Hepatoprotective peptides purified from Corbicula fluminea and its effect against ethanol-induced LO2 cells injury[J]. InternationalJournal of Food Science &Technology, 2021, 56(1): 352-361.

[44] LIN X L, YAO M J, LU J H, et al. Identification of novel oligopeptides from the simulated digestion of sea cucumber(Stichopus japonicus) to alleviate Aβ aggregation progression[J]. Journal of Functional Foods, 2019, 60: 103412.

[45] HOU C L, SHA W Q, XU Z Z, et al. Culture and establishmentof self-renewing human liver 3D organoids with high uric acid for screening antihyperuricemic functional compounds[J]. Food Chemistry, 2022, 374: 131634.

[46] LIUG Y, CHU M, XU P, et al. Effects of Ilisha elongata proteins on proliferation and adhesion of Lactobacillus plantarum[J]. Food Chemistry: X, 2022, 13: 100206.

[47] 储梦. 不同食源性蛋白对益生菌生长特性及肠道黏附的影响[D]. 扬州:扬州大学, 2022.

CHU M. Effects of different foodborne proteins on growth characteristics and intestinal adhesion of probio-tics [D].Yangzhou: Yangzhou University, 2022.

[48] MUDD N, LICEAGA A M.Caenorhabditis elegansas an in vivo model for food bioactives: a review[J]. Current Research in Food Science, 2022, 5: 845-856.

[49] WANG M, CAO J N, GONG C C, et al. Exploring the microbiota-Alzheimer’s disease linkage using short-term antibiotic treatment followed by fecal microbiota transplantation[J]. Brain, Behavior, and Immunity, 2021, 96: 227-238.

[50] XU Z Z, SHA W Q, HOU C L, et al. Comparison of 3 hyperuricemia mouse models and evaluation of food-derivedanti-hyperuricemia compound with spontaneous hyperuricemiamouse model[J]. Biochemical and BiophysicalResearch Communications, 2022, 630: 41-49.

[51] GAOL, WANG M, LIAO L F, et al. A Slc25a46 mouse model simulating age-associated motor deficit, redox imbalance, and mitochondria dysfunction[J]. The Journals of Gerontology: Series A, 2021, 76(3): 440-447.

[52] WANG S X, WANG C Y, KUO H K, et al. A novel RBD-protein/peptide vaccine elicits broadly neutralizing antibodies and protects mice and macaques against SARS- CoV- 2[J]. Emerging Microbes &Infections, 2022, 11(1):2724-2734.

[53] AMAKYE W K.生物活性大豆肽对改善急性营养不良状况的营养特性研究[D]. 广州:华南理工大学, 2021.

AMAKYE W K. Nutritional characteristics of bioactive soybean peptides for the attenuation of acute malnutrition status [D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2021.

[54] NAKAMURA T, MIZUTANI J, OHKI K, et al. Casein hydrolysate containing Val-Pro-Pro and Ile-Pro-Pro improvescentral blood pressure and arterial stiffness in hypertensivesubjects: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial[J]. Atherosclerosis, 2011, 219(1): 298-303.

[55] KIMURAK, SAITO N, NAKAMURA H, et al. The effect of casein hydrolysate intake on cerebral neural regu-lationduring cognitive tasks in the elderly[J]. Experimental Gerontology, 2022, 165: 111853.

[56] LI Y J, KANG X Y, LI Q Y, et al. Anti-hyperuricemic peptides derived from bonito hydrolysates based on in vivohyperuricemic model and in vitro xanthine oxidase inhibitoryactivity[J]. Peptides, 2018, 107: 45-53.

[57] HE W W, SU G W, SUN D X, et al. In vivoanti-hyperuricemic and xanthine oxidase inhibitory properties of tuna protein hydrolysates and its isolated fractions [J]. Food Chemistry, 2019, 272: 453-461.

[58] 黎青勇. 核桃源降尿酸肽靶向抑制黄嘌呤氧化酶活性的构效机制研究[D]. 广州:华南理工大学, 2018.

LI Q Y. Study on the structure-activity mechanism of targeting inhibition of xanthine oxidase by uric acid-loweringpeptides derived from walnut [D]. Guangzhou:SouthChina University of Technology, 2018.

[59] NONGONIERMAA B, MOONEY C, SHIELDS D C, et al.In silicoapproaches to predict the potential of milk protein-derived peptides as dipeptidyl peptidase IV (DPP- IV) inhibitors[J]. Peptides, 2014, 57: 43-51.

[60] ROYK, AMBURE P, KAR S. How precise are our quantitative structure-activity relationship derived predictions for new query chemicals?[J]. ACS Omega, 2018, 3(9): 11392-11406.

[61] GONGC C, HOU C L, YAO M J, et al. New discoveriesin hybrid orbitals to characterize molecules and predictbiomolecular interactions[J]. Journal of Chemical Informationand Modeling, 2020, 60(1): 17-21.

[62] ZHONGJ, REN J Y. Structural characterization of functional peptides by extending the hybrid orbital theory[J]. eFood, 2022, 3(4): e27.

[63] DAI Y F, HOU C L, CAO J N, et al. Interaction betweencurcumin and a peptide and their protective effects againsthepatic steatosis in mice[J]. Food Bioscience, 2021, 39: 100817.

[64] 任娇艳, 刘鹏, 赖婷, 等. 一种新型的玉米蛋白源促乙醇代谢多肽的制备方法: CN104313092B[P]. 2017-10-20.

REN J Y, LIU P, LAI T, et al. Preparation method of a novel ethanol metabolism-promoting polypeptide derived from corn protein: CN104313092B[P]. 2017- 10- 20.JP

[65] PIERSCHBACHER M D, RUOSLAHTI E. Variants of the cell recognition site of fibronectin that retain attachment-promoting activity[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1984, 81(19): 5985-5988.

[66] PYTELAR, PIERSCHBACHER M D, GINSBERG M H,et al. Platelet membrane glycoprotein IIb/IIIa: member of a family of Arg-Gly-Asp—specific adhesion receptors[J]. Science, 1986, 231(4745): 1559-1562.

[67] GUETTOU F, QUISTGAARD E M, RABA M, et al. Selectivity mechanism of a bacterial homolog of the humandrug-peptide transporters PepT1 and PepT2[J]. NatureStructural &Molecular Biology, 2014, 21(8): 728-731.

[68] LINDGRENM, HLLBRINK M, PROCHIANTZ A, et al.Cell-penetrating peptides[J]. Trends in Pharmaco-logicalSciences, 2000, 21(3): 99-103.

[69] DI PISA M, CHASSAING G, SWIECICKI J M. When cationic cell-penetrating peptides meet hydrocarbons to enhance in-cell cargo delivery[J]. Journal of Peptide Science, 2015, 21(5): 356-369.

[70] JAINA, CHUGH A. Mitochondrial transit peptide exhibitscell penetration ability and efficiently delivers macromolecules to mitochondria[J]. FEBS Letters, 2016, 590(17): 2896-2905.

[71] DICEJ F. Peptide sequences that target cytosolic proteinsfor lysosomal proteolysis[J]. Trends in BiochemicalSciences, 1990, 15(8): 305-309.

[72] PALM W, PARK Y, WRIGHT K, et al. The utilization of extracellular proteins as nutrients is suppressed by mTORC1[J]. Cell, 2015, 162(2): 259-270.

[73] TAN H W S, SIM A Y L, LONG Y C. Glutamine metabolismregulates autophagy-dependent mTORC1 reactivationduring amino acid starvation[J]. Nature Communications,2017, 8(1): 1-10.

[74] TEDESCHIP M, MARKERT E K, GOUNDER M, et al.Contribution of serine, folate and glycine metabolism to the ATP, NADPH and purine requirements of cancer cells[J]. Cell Death &Disease, 2013, 4(10): e877.

Research Progress on Evaluation Method of Functional Characteristics of Food-Derived Peptides, Molecular Structure-Activity Relationship and Absorption and Metabolism Mechanism

REN Jiaoyan, WANG Min, HOU Chuanli, XU Yongzhao, ZHAO Zikuan

(School of Food Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

Abstract: Peptides were compounds with intermediate molecular structures between amino acids and proteins, having numerous nutritional properties including easy absorption, low osmotic pressure, low immunogenicity, and high tissue permeability. They were also important chemical messengers for tissue and cells capable of regulating cellular metabolism. Food-derived peptides were an important nutritional bases prepared from food protein using either a restriction enzymatic hydrolysis or biological fermentation, possessing both good nutritional value and exerting various physiological modulatory activities. However, the transport and absorption of food-derived functional peptides, as well as the spatial and temporal dynamic distribution in intracellular subcellular organelles and its functional effect on the regulation of nutrient metabolism, have yet to be studied. Moreover, the mode of action of the synergy between different structural and functional peptide molecules (such as transmembrane peptides, signal peptides, transport peptides, etc.) remained unclear, thereby restricting the basic research and rapid industrial development of food-derived peptides. Herein, the multi-dimensional peptide function evaluation methods in chemical, in vitrobiological, lower/higher model animals, and clinical dimensions as well as the molecular structure-activity relationships of food-derived peptides were systematically introduced. The molecular conformational rules of food-derived peptides were described from the “top-down” and “bottom-up” approaches, and a “structure-effect” characterization theory based on molecular hybridization orbitals had been developed. Furthermore, the structure-activity relationship of peptide molecules with different molecular and structural features (such as primary amino acid sequence, spatial configuration, arrangement of the peptide bonds in the main chain, diversity of side chain functional groups, and α-carbon chirality, among others, etc.) in the process of transport and absorption had also been reviewed. The regulative law of body metabolism by food-derived peptides in complex systems of nutrition research field and the scientific underpinnings of peptide absorption and metabolism, and its ramifications for regulating precision nutrition, have also been examined. The functional properties of food-derived peptides, the “structure-activity” relationship, and the absorption and metabolism mechanism were all described in detail in order to provide some scientific guidance and reference for the future research on food-derived peptides.

Keywords: food-derived peptides; functional activity; evaluation model; structure-activity relationship; absorption and metabolism

专家论坛专栏

编者按:活性肽的资源丰富、来源广泛、种类繁多,具有调节免疫、抗氧化、增强食品风味等功能。食品原料是开发活性肽的天然资源宝库,本期栏目特邀专家围绕食源性活性肽功能特性的评价方法和分子构效关系、食用菌多肽的功能特性和综合利用等方面内容进行阐述,以期为食品中生物活性肽的研究与开发提供有益借鉴。

(栏目策划: 李 宁)

第一作者: 任娇艳,女,教授,博士,主要从事健康食品与精准营养方面的研究。

中图分类号: TS202.1

文献标志码: A

doi:10.12301/spxb202300142

文章编号:2095-6002(2023)02-0007-16

引用格式:任娇艳,王敏,侯传丽,等.食源性肽的功能特性评价方法、分子构效关系及吸收代谢机制[J]. 食品科学技术学报,2023,41(2):7-22.

REN Jiaoyan, WANG Min, HOU Chuanli, et al. Research progress on evaluation method of functional characteristics of food-derived peptides, molecularstructure-activity relationship and absorption and metabolism mechanism[J]. Journal of Food Science and Technology, 2023,41(2):7-22.

收稿日期: 2023-03-01

基金项目: 广东省自然科学基金卓越青年团队项目(2023B1515040029);2022年度新疆维吾尔自治区重大科技专项(2022A02004- 4);广东省国际合作项目(2022A0505050012);“一带一路”创新人才交流外国专家项目(DL2022163004L);广东省自然科学基金资助项目(2022A1515011411)。

Foundation: Guangdong Provincial Natural Science Foundation for Outstanding Youth Team Project (2023B1515040029); Major Science and Technology Projects of Xinjiang Uygur Autonomous Region in 2022 (2022A02004- 4); Guangdong Province International Science and Technology Cooperation Project (2022A0505050012); The Belt and Road Foreign Expert Innovation and Talent Exchange Project (DL2022163004L); Natural Science Foundation of Guangdong Province (2022A1515011411).

(责任编辑:李 宁)