食源性蛋白中免疫活性肽的研究进展

程 媛,曹 慧*,徐 斐,于劲松

(上海理工大学医疗器械与食品学院,上海 20009 3)

摘 要:食物源免疫活性肽是从食源性蛋白水解物中获得的对人体免疫系统具有调节作用的肽段,常来源于酪蛋白、乳铁蛋白、鱼贝类蛋白、小麦蛋白、大米蛋白及大豆蛋白等食源性蛋白。到目前为止,国内外的研究者已对食物源免疫活性肽的结构、作用机制做了大量研究,并将其应用于动物实验或临床研究,取得了显著效果。因而,本文对食源性免疫活性肽的结构和机理进行了综述。

关键词:食物蛋白;免疫活性肽;活性机理

免疫活性肽是一类具有促进淋巴细胞分化成熟、转移免疫信息及增强机体免疫机能等生物学功能的肽 [1]。免疫活性肽的分子质量一般较低,在生物体内的含量也较少,当其进入抗原呈递细胞后( antigen presenting cellsAPC)可与 MHCⅡ类分子结合,形成的结合物被抗原的 T细胞受体( T cell receptorTCR)识别,并呈递给 CD4 + T细胞,促使 CD4 + T细胞参与免疫应答反应,包括刺激淋巴细 胞增殖、分化 和成熟,增强巨噬细胞的吞噬功能等。早在 1918年, Jolles[2]采用胰蛋白酶对乳蛋白进行水解,得到能刺激巨噬细胞吞噬绵羊红细胞的免疫活性肽。到目前为止,科研工作者已从乳蛋白、大豆蛋白、大米蛋白、鱼贝类蛋白、胶原蛋白等蛋白酶解物中分离出多种具有免疫活性的肽段,并将其应用于动物实验和临床研究,取得了显著效果。因而本文对不同来源的食源性免疫活性肽的组成、结构及活性机理进行综述。

1 来源于乳蛋白的免疫活性肽

乳蛋白被认为是生物活性肽最重要的来源之一,目前已分离出免疫活性肽的乳蛋白主要有β -乳球蛋白、α -乳清蛋白、酪蛋白、γ -球蛋白及血清白蛋白等。乳蛋白中含有多种免疫活性肽的前体,这些前体是相应蛋白质结构中的一部分,处于无活性状态,当进入胃肠道后可被凝乳酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶等生物酶降解成具有免疫活性的小肽段。此外,牛乳中还有一些天然存在的二肽和三肽,如酪氨酸 -甘氨酸、酪氨酸 -甘氨酸 -甘氨酸等,这些小肽可直接穿过胃肠壁细胞到达外周血淋巴细胞处发挥免疫作用 [3]。尽管乳源性免疫活性肽对 T细胞和自然杀伤( natural killerNK)细胞成熟和增殖的刺激作用已被证实,但它们对免疫系统的调节机制尚未完全明了 [4]

1.1酪蛋白源免疫活性肽

酪蛋白占乳蛋白的 80%~ 82%,是一类由α-、β-、κ-和γ-酪蛋白组成的含磷复合蛋白质。 Sutas[5]研究发现,κ -酪蛋白胰蛋白酶酶解产物中的 Phe-Phe-Ser-Asp-Lys肽段在体外能够促进抗体的形成,并增强鼠和人巨噬细胞的吞噬功能。 Kawasaki[6]研究发现,κ -酪蛋白经凝乳酶降解后可产生一类含有糖链的多肽,即κ -酪蛋白糖巨肽,这类糖肽可通过抑制霍乱毒素( cholera toxinCT)与仓鼠卵巢细胞结合而发挥免疫调节作用,其机制可能是κ -酪蛋白糖巨肽末端的部分唾液酸与 CT受体发生了嵌合作用。此外,完整的κ -酪蛋白还可抑制由植物血凝素、伴刀豆球蛋白 AConA)和鼠伤寒沙门氏菌脂多糖等有丝分裂原诱导的小鼠脾淋巴细胞增殖反应 [7]。与此相反,α -酪蛋白和β -酪蛋白对此影响不大。

酪啡肽是来源于牛乳酪蛋白中具有阿片肽活性的物质。阿片肽是一类在中枢神经系统中被发现的神经激素,近几年的研究结果表明,阿片肽几乎可参与免疫应答的所有环节。活化的免疫细胞也可合成并释放阿片肽,且主要以内分泌和旁分泌的方式参与免疫调节 [8]Meisel [9]研究发现在 T淋巴细胞和人类 吞噬白细胞中都存在阿片肽受体,酪啡肽可通过与淋巴细胞表面的阿片肽受体结合发挥免疫调节作用。 Kayser[10]从酪啡肽中进一步分离出β -酪啡肽 -7,这是一种μ型阿片肽受体的配合基,其与 T淋巴细胞表面的μ型阿片肽受体结合后可以识别阿片肽活性物质。 Elitsur[11]研究了在体外β -酪啡肽对人体黏膜免疫系统固有层淋巴细胞的作用,结果显示β -酪啡肽具有显著抑制 ConA刺激固有层淋巴细胞 DNA合成的功能,此外β -酪啡肽还可通过阿片肽受体影响人 体的黏膜免疫系统。

酪蛋白水解物还可通过影响细胞因子的表达来促进免疫应答反应。 Phelan[12]的研究发现,酪蛋白水解物能够提高 ConA诱导产生白细胞介素 -2interleukin-2IL-2)的水平,从而引发 Th1应答反应。 Mao Xueying[13]研究表明,来自于牦牛奶中的酪蛋白水解物可以增加 ConA诱导脾脏细胞产生 IL-2及干扰素 -γ( interferon-γ, IFN-γ)的水平,但对 IL-4的分泌基本没有影响。 Kawahara[14]在研究酪蛋白磷酸肽( casein phosphopeptidesCPPS)对 Caco-2细胞中细胞因子的表达作用时,发现 CPPS-Ⅲ能促进肿瘤坏死因子( tumor necrosis factor-α, TNF-α)和 IL-6的表达,但对 IL-1β的表达无显著影响。 Kitts[15]3CPPS-Ⅲ添加到肠上皮细胞( INT-407)中,发现其中一种 CPP肽段可以促进 IL-6的表达,其机制可能是 CPPS-Ⅲ能够提高钙和磷酸肽的含量,这种钙增溶能力使得肠上皮细胞分泌 IL-6的水平显著提高。酪蛋白源免疫活性肽具有刺激淋巴细胞增殖、促进细胞因子表达和增强巨噬细胞活性等功能。一些学者对酪蛋白源免疫活性肽的构效关系进行了研究,发现在酪蛋白源免疫活性肽中存在一个共同结构特征,即多数肽的 N端或 C端区域是带正电荷的精氨酸残基,大量实验已经证实肽末端的正电荷区域可以与带负电的细胞因子受体结合,这可能是影响免疫活性肽刺激免疫反应的重要因素 [16]

1.2乳清蛋白源免疫活性肽

乳清蛋白是牛乳去除酪蛋白后分离出来的蛋白质。乳清蛋白中主要含有α -乳白蛋白(α -La)、β -乳球蛋白(β -Lg)及少量的牛血清白蛋白( bovine serum albuminBSA)、乳铁蛋白( lactoferrinLF)和免疫球蛋白( immunoglobulin,IgG等。

Kayser[10]研究发现,α -La经胰蛋白酶酶解后产生的三肽 Tyr-Gly-Gly能显著促进 ConA刺激人体外周血淋巴细胞( peripheral blood lymphocyte sPBL)的增殖和蛋白质合成。小鼠经饲喂含α -La酶解物后,血液单核 -巨噬细胞吞噬人衰老红细胞和绵羊红细胞的能力显著增强。 Julius[17]从绵羊初乳乳清中分离出能诱导 B淋巴细胞增殖分化的含脯氨酸九肽 Val-Glu-Ser-Tyr-Val-Pro-Leu-Phe-ProMuyauchi[18]研究发现 LF胰蛋白酶水解物也具有免疫调节作用,他们将含 1% LF水解产物的流质饲料饲喂给口服霍乱毒素的小鼠,经过连续 7 d的饲喂后发现小鼠肠道和胆汁中 IgA的含量明显高于空白组,这一结果表明乳铁蛋白水解产物可以提高肠道黏膜的免疫功能。此外, LF水解产物还可以促使脾细胞产生 IgA、促进 B淋巴细胞活性增加。

2 来源于海洋生物的免疫活性肽

海洋中含有全球近一半的物种,到目前为止在藻类、鱼类、软体动物、甲壳类和海洋副产品(包括不合格的肉类、内脏、皮、饰边和贝类)等海洋生物中发现大量新颖的生物活性肽,这些肽显示出广 泛的生物学功能,包括抗氧化、降低高血压、抑菌、调节免疫功能、防止血栓形成和降低胆固醇等。海洋生物活性肽的生物学功能主要基于其氨基酸组成、结构及理化性质,比如海洋生物活性肽分子中带正电荷的区域可以与细胞因子受体结合并激活其免疫功能,此外肽的疏水性、肽链长度和与微量元素结合等性质也是影响其生物学功能的重要因素。目前,对鳕鱼、牡蛎、海藻和贻贝类等来源的免疫活性肽研究较多。

2.1来自于鳕鱼的免疫活性肽

Hou Hu[19]从阿拉斯加鳕鱼中分离出 3种具有免疫活性的肽,其氨基酸组成分别为: Asn-Gly-Met-Thr-TyrAsn-Gly-Leu-Ala-ProTrp-Thr。当这些短肽的添加质量浓度为 20μg /mL时,相比于空白组,小鼠脾淋巴细胞的平均增殖率分别为 35.92%、 32.96%和 31.35%。此外,鳕鱼骨胰蛋白酶酶解物也被发现可以显著提高小鼠淋巴细胞的增殖率和单核巨噬细胞的吞噬能力。

2.2来自于牡蛎的免疫活性肽

Wang Yukai[20]对牡蛎水解短肽的抗肿瘤和免疫调节作用进行了研究,发现 BALB/c小鼠经饲喂 0.250.5 mg/g1 mg/g的牡蛎水解短肽后对肿瘤的抑制率分别为 6.8%、 30.6%和 48%。在采用牡蛎水解物治疗的过程中,小鼠 NK细胞的活性显著提高,淋巴细胞增殖反应明显。此外,牡蛎提取物还具有抗氧化特性及显著提高 IL-2水平的作用 [21-23]

2.3来自于海藻的免疫活性肽

海藻水解物是免疫活性肽的重要来源之一。 Morris[24]研究发现,将经胰腺酶水解后的小球藻饲喂给营养不良的 BALB/c小鼠,其先天性免疫和特异性免疫应 答均增强,他们给小鼠喂食绿色小球藻蛋白酶解物( 500 mg/kg),连续喂食 8 d后,与空白组对比小鼠淋巴细胞增加了 128%。此外,小球藻的胰腺酶水解物还具有促进骨髓细胞增殖、提高巨噬细胞吞噬能力、刺激单核巨噬细胞系统、增强细胞介导免疫、增强依赖 T淋巴细胞的抗体反应和重组迟发型超敏反应( delayed-type hypersensitivityDTH)等作用。

2.4来自于鲨鱼的免疫活性肽

Merly[25]研究发现,鲨鱼软骨提取物中Ⅱ型胶原的α -1链( ColIIα 1)是诱导 T淋巴细胞分泌细胞因子的有效成分,其活性的结构基础是肽链 C端和 N端连接的糖基 [26]。目前, ColIIα 1已被用于类风湿性关节炎的防治,其主要机理是 T淋巴细胞表面受体能够识别糖基化的Ⅱ型胶原蛋白多肽链。此外,糖基化的肽还能够直接作用于细胞因子和趋化因子,进而起到诱导先天性免疫反应的作用。

2.5来自于马哈鱼的免疫活性肽

马哈鱼 蛋白水解多肽具有显著提高天然免疫和适应免疫的功能。 Yang Ruiyue[27]研究发现马哈鱼蛋白水解多肽中的功能性氨基酸主要有 GluAspLysLeu,它们通过调节 ConA的活性来增强免疫反应,包括淋巴细胞增殖、促进分泌 Th1Th2细胞因子、调节 NK细胞活性、抑制肿瘤发生转移及增强巨噬细胞的抗原呈递效果等。

2.6来自于扇贝的免疫活性肽

扇贝多肽对免疫功能具有一定的正向调节作用。张彩梅等 [28]研究发现,小鼠腹腔注射扇贝多肽能够明显改善由药物塞米松所致的免疫低下反应,其脾脏白髓组织明显增大,外周血 T淋巴细胞数量增多,脾淋巴细胞对 ConA诱导的转化能力也明显提高,这可能是由于扇贝多肽可通过影响外周成熟免疫细胞而发挥作用。

3 来源于植物蛋白的免疫活性肽

小麦、大米、大豆中有丰富的蛋白质,对于以这些蛋白质为来源的免疫活性肽的研究现已取得了一些进展。

3.1小麦源免疫活性肽

目前,对小麦免疫活性肽研究较多的是阿片肽,主要通过采用胃蛋白酶、胰酶及胰蛋白酶水解小麦面筋蛋白获得。 Fukudome[29]对小麦面筋蛋白水解过程中释放出的阿片肽进行研究,发现这些肽可增强 K淋巴细胞的活性,进一步分离后得到氨基酸组成为 Tyr-Pro-Ile-Ser-Leu的肽段,并将其命名为面筋原外啡肽 CCornell[30]采用胃蛋白酶和胰蛋白酶水解小麦蛋白得到一种结构为 Arg-Pro-Gln-Gln-Pro-Tyr-Pro-Gln-Pro-Gln-Pro-Gln的肽段,研究证实这种肽可通过刺激人体产生γ -干扰素来促进细胞合成抗病毒蛋白,从而增强 NK细胞、巨噬细胞和 T淋巴细胞的活力,起到免疫调节作用。孔祥珍等 [31]采用豚鼠回肠离体鉴定法对小麦面筋蛋白水解物进行了研究,结果表明,由碱性蛋白酶、胃蛋白酶及胃蛋白酶和胰蛋白酶复合酶水解制备的 3种面筋蛋白短肽 Ala-Trp-Gly-HisPro-Trp-Gly-HisPro-Pro-Trp-Gly-His都具有阿片肽活性。

小麦源免疫活性肽大多具有阿片肽活性,其结构有如下特征: N末端是酪氨酸,第 2位或 3位氨基酸残基多为芳香族氨基酸 [32],当第 4位氨基酸残基是脯氨酸时可以显著增加其与神经肽 S-受体的亲和力。此外,通过对小麦源阿片肽的疏水性和等电点分析,发现肽末端是疏水性氨基酸或碱性氨基酸( ArgLysHis)的概率较高 [33]

3.2大豆源免疫活性肽

大豆蛋白具有较高的蛋白质含量和氨基酸消化率,大豆蛋白酶解物中的大豆肽具有多种生物学活性。潘翠玲等 [34]用大豆蛋白酶解物作为刺激因子,在体外对经植物凝集素诱导的 10日龄仔猪淋巴细胞进行培养,结果显示大豆蛋白酶解物能显著刺激仔猪外周血淋巴细胞的分裂增殖。 Fumio[35]研究表明,大豆肽在较低剂量下就能激活鼠腹腔巨噬细胞对绵羊红细胞的吞噬作用,并增加淋巴细胞的有丝分裂能力。 Chen Junrong[36]从大豆蛋白的胃蛋白酶酶解产物中分离出免疫活性肽,这些肽的氨基酸序列分别为 Ala-Glu-Ile-Asn-Met-Pro-Asp-TyrIle-Gln-Gln-Gly-AsnSer-Gly-Phe-Ala-ProYoshikawa[37]用胰蛋白酶水解大豆蛋白得到一种氨基酸组成为 Gln-Arg-Pro-Arg的肽段,研究发现这种肽段可以增强巨噬细胞和多核白细胞的吞噬作用。

3.3大米源免疫活性肽

大量研究表明,大米蛋白肽具有刺激肠免疫系统、诱导单核细胞增殖、改善白细胞参数、调节抑菌性及刺激淋巴细胞增殖和细胞因子释放等功能。 Takahashi[38]从大米蛋白的胰蛋白酶酶解产物中分离出八肽 Gly-Tyr-Pro-Met-Try-Pro-Leu-Arg,发现其具有引起豚鼠回肠收缩、抗吗啡和刺激巨噬细胞吞噬功能等免疫调节作用。余奕珂等 [39]采用同样的方法获得具有阿片活性的肽段 Try-Pro-Met-Try-Pro-Leu-Pro-Arg。之后,又有一些新的大米蛋白阿片活性肽被陆续发现,比如 Tyr-Pro-Met-Tyr-Pro [40]等。此外,在大米中的阿片肽中还存在一种结构,即含有 Tyr-X-Phe序列,其中 X可为一个或一个以上的氨基酸,这种结构是肽段保持阿片肽活性重要因素。

4 结 语

综上所述,免疫活性肽在人类健康和营养中发挥着重要作用,它已作为新的功能性食品来减少和调节与膳食相关的慢性疾病。此外,食品中的蛋白质易于取材、加工和生产,是制备功能食品、保健品和医药产品的良好来源。但目前看来,免疫活性肽调节机体免疫功能的机理仍不十分清楚,研究工作滞后。今后除了通过各种科学途径进一步丰富免疫活性肽数据库外,还应该加大免疫活性肽调节机体免疫功能的机理研究,只有在 了解其调节机理和进行全面的安全评价后,免疫活性肽产品才能更好的用于实践。

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Recent Progress in Food-Derived Immunoactive Peptides

CHENG Yuan, CAO Hui* , XU Fei, YU Jinsong
(School of Medical Instruments and Food Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

Abstract: Food-derived immunoactive peptides have a variety of regulatory functions in the human immune system. Theyare generally derived from casein, lactoferrin, fish and shellfish protein, wheat protein, rice protein and soybean protein. Todate, researchers have conducted a large number of studies on their structures, action mechanisms and applications in animalexperiments as well as in clinical research. Remarkable achievments have been made in this area. In this review paper, weelucidate the structures and action mechanisms of food-derived immunoactive peptides.

Key words: food protein; immunoactive peptides; action mechanism

中图分类号: TS201

文献标志码: A 文章编号:1002-6630(2015)17-0296-04

文章编号:1002-6630(2015)17-0296-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201517054

收稿日期:2013-09-29

基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2013AA102207);上海市自然科学基金项目(11ZR1424400);上海市研究生创新基金项目(JWCXSL1302)

作者简介:程媛(1988—),女,硕士研究生,研究方向为功能性配料及添加剂。E-mail:chengyuan0818@126.com

*通信作者:曹慧(1976—),女,副教授,博士,研究方向为功能性配料及添加剂。E-mail:caohuian@126.com