海洋生物活性肽研究進(jìn)展

1、海洋生物活性肽研究進(jìn)展海洋生物物種的多樣性以及所含化合物的特異性, 為海洋生物資源的開(kāi)發(fā)利用提供了許 多機(jī)遇與挑戰(zhàn)。 由于海洋存在許多極端環(huán)境, 如高壓 (深海 、 低溫 (極地、 深海 、 高溫 (海 底火山口 和高鹽等。 為了適應(yīng)這些極端的海洋生境, 海洋生物蛋白質(zhì)無(wú)論氨基酸的組成或 序列都與陸地生物蛋白有很大的不同。生物活性肽是指那些有特殊生理活性的肽類。同時(shí), 海洋生物蛋白資源無(wú)論在種類還是在數(shù)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸地蛋白資源, 并且未得到很好的開(kāi) 發(fā)。1海洋天然生物活性肽天然存在的活性肽包括肽類抗生素、激素等生物體的次級(jí)代謝產(chǎn)物以及各種組織系統(tǒng), 如骨骼、肌肉、免疫、消化、中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存

2、在的活性肽。隨著人們對(duì)海洋資源認(rèn)識(shí)水平 的提高,以及現(xiàn)代生物技術(shù)在海洋藥物研究中的應(yīng)用, RP-HPLC,2D-NMR,TOF- MS,手性色 譜 (包括 GC, HPLC等技術(shù)的發(fā)展, 使得對(duì)海洋活性肽的研究易于進(jìn)行。 目前研究的海洋活 性肽主要包括來(lái)源于海鞘、?？?、海綿、芋螺、海星、海兔、海藻、魚(yú)類、貝類等的活性肽 以及在海洋生物中廣泛分布的生物防御素。1.1海鞘多肽海鞘 (Ascidian屬于脊索動(dòng)物門,海鞘綱與尾索動(dòng)物亞門的另外兩個(gè)綱稱為被囊動(dòng)物 (Tunicate ,約有 2000種,海鞘是被囊動(dòng)物中種類最豐富、含有重要生物活性物質(zhì)最多的 一類。 自 1980年 Ireland 等從

3、海鞘中發(fā)現(xiàn)一個(gè)具有抗腫瘤活性的環(huán)肽 Ulithiacycla- mide以來(lái), 不斷有環(huán)肽從此類海洋生物中發(fā)現(xiàn)。 最令人矚目的是從加利福尼亞海域及加勒比海中群體海 鞘 Trididemnum solidum. 中分離出的 3種環(huán)肽 Didemnin AC, 它們都具有體內(nèi)和體外抗病毒 和抗腫瘤活性,其中 Didemnin B的活性最強(qiáng),對(duì)乳腺癌、卵巢癌具明顯的抑制活性。同時(shí), 它還有明顯的免疫抑制活性,體內(nèi)活性較環(huán)抱霉素 A 強(qiáng) 1000倍,有望成為新型抗腫瘤藥. 1.2海葵多肽?？?(Anemone是另一類富含生物活性物質(zhì)的海洋生物。文獻(xiàn)報(bào)道從海洋生物?？刑?取得到的溶細(xì)胞性活性肽可分為

4、3類:(1存在于 16種?？械那柿字种菩詨A性多肽, 平均相對(duì)分子質(zhì)量在 1500021000之間。 (2 從 Metridrum senile屬海葵中分離得到的具膽 固醉抑制活性肽,其平均相對(duì)分子質(zhì)量在 80000左右。 (3從 Aiptasu palli- da 屬海葵中分 離提取的、活性未知的 Aipta- siolysin A多肽。1.3海綿多肽海綿 (Sponge是最低等的多細(xì)胞動(dòng)物,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,但作為一個(gè)特殊生物群體含有極豐 富的生物活性物質(zhì)。 富含活性多肽的海綿包括離海綿目、 外射海綿目、 石海綿目、 軟海綿目、 硬海綿目。 Jaspamide 是從斐濟(jì)和幾內(nèi)亞海域離海綿目 J

5、aspis 屬海綿中分離得到的環(huán)肽。實(shí) 驗(yàn)證明該肽具有殺傷線蟲(chóng)活性和細(xì)胞毒活性, 其結(jié)構(gòu)的全合成已經(jīng)完成。 Geodiamolides A,B是從加勒比海離海綿目 Geodia sp. 屬海綿中分離得到的環(huán)肽成分。具有細(xì)胞毒活性,利用 NMR 和 X-射線晶體衍射分析已確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。 Celenamides AD 是從東太平洋硬海綿目中分離得到的具乙酞化的小肽,體外實(shí)驗(yàn)證明具有降低血色素的作用。1.4芋螺多肽芋螺 (Conus是海洋腹足綱軟體動(dòng)物,其在獵取魚(yú)、海洋蠕蟲(chóng)、軟體動(dòng)物時(shí)常分泌一系 列毒性物質(zhì),稱為芋螺毒素 (Conotoxin。經(jīng)過(guò)近 20年的研究已發(fā)現(xiàn)的芋螺毒素有近百種, 主要包

6、括 -芋螺毒素、 -芋螺毒素、 - 芋螺毒素、 -芋螺毒素。大多為由 1030個(gè)氨 基酸殘基組成的小肽, 富含 2對(duì)或 3對(duì)二硫鍵, 是迄今發(fā)現(xiàn)的最小核酸編碼的動(dòng)物神經(jīng)毒素 肽,也是二硫鍵密度最高的小肽。其活性與蛇毒、 蝎毒等動(dòng)物神經(jīng)毒素相似,可引起動(dòng)物出 現(xiàn)驚厥、顫抖及麻痹等癥狀。1.5海星多肽從燙灼或自主運(yùn)動(dòng)的一種海星所分泌的體液中分離純化到一種自主刺激因子。 凝膠電泳 分析表明該肽的相對(duì)分子質(zhì)量為 1200, HPLC檢測(cè)為單峰組分。具有刺激細(xì)胞運(yùn)動(dòng)并使之產(chǎn) 生應(yīng)激反應(yīng)的功能。1.6海兔多肽從印度海兔 (Dolabella auricularia中分離到 10種細(xì)胞毒性環(huán)肽 Dollab

7、ilatin 110。其 中 Dollabilatinl0對(duì) B16黑色素瘤治療劑量?jī)H為 1.1g mL-1,是目前已知活性最強(qiáng)的抗腫 瘤化合物之一。1.7海藻多肽海藻 (Alga種類繁多,其中含有的生物活性物質(zhì)也多種多樣。從培養(yǎng)的藍(lán)藻中分離出一 種具有魚(yú)毒性、抗菌、殺細(xì)胞活性的生物活性肽,已具備大規(guī)模生產(chǎn)能力。 Hor- mothamin 是從海藻 Prymnesium patellife- rum中提取的毒素肽, 具有溶細(xì)胞、細(xì)胞毒和神經(jīng)毒等活性, 其作用機(jī)制主要是影響腦垂體細(xì)胞靜止期的鈣離子通道、提高電壓敏感性鈣離子通道的釋 放, 促進(jìn)腦內(nèi)激素如催乳素的分泌增加而產(chǎn)生作用。 從海藻 Ly

8、ngb- ya majuscula中分離到一 具有細(xì)胞毒活性的環(huán)肽 majusculamide C,它對(duì) X5536骨髓瘤細(xì)胞的抑制效果達(dá)到 35%。 1.8魚(yú)類多肽魚(yú)類是人們最早食用的海洋生物之一, 其體內(nèi)含有豐富的蛋白質(zhì)成分, 營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相當(dāng)高。 但從其中開(kāi)發(fā)具有藥用價(jià)值的活性物質(zhì)的研究卻較少。 曾有報(bào)道從銅吻藍(lán)鰓太陽(yáng)魚(yú)中分離并 鑒定出 4種具緩激肽活性的肽類, 對(duì)魚(yú)腸組織細(xì)胞具有強(qiáng)烈的刺激作用。 還有研究從大西洋 鱈魚(yú)(Gadus morhua 、虹蹲 (Ondorhyridus mykis、歐洲鰻鱺 (An- guilla anguilla等魚(yú)類的嗜 鉻細(xì)胞組織中提取到一系列的生物活性肽

9、及其類似物, 并利用免疫組織化學(xué)方法研究其在細(xì) 胞組織中的作用, 發(fā)現(xiàn)此類肽與腎上腺素受體具有一定的親合性, 可能具有控制兒茶酚類物 質(zhì)釋放的作用。1.9貝類多欣從海洋貝類的神經(jīng)元中提取到 2種神經(jīng)肽 Pd5和 Pd6, 它們具有促進(jìn)神經(jīng)元產(chǎn)生的活性。 利用 HPLC 方法純化并對(duì)其氨基酸序列進(jìn)行了分析?，F(xiàn)已完成其結(jié)構(gòu)的全合成。1.10生物防御素生物防御素 (Defensin是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一組新型抗菌活性肽。它們通常都是由 35 50個(gè)氨基酸殘基組成, 且分子內(nèi)富含二硫鍵。 由于其具有牢固的分子骨架、 廣泛的分布以及生 物活性功能, 因而對(duì)它們的研究已成為當(dāng)前國(guó)際學(xué)術(shù)界中一個(gè)引人關(guān)注的研究熱點(diǎn)

10、。 各類抗 菌防御素不但在結(jié)構(gòu)上具有相應(yīng)的保守序列和相似的緊密空間構(gòu)型, 在功能上也都有相似的 共性如抗菌、抗病毒能力和細(xì)胞毒性作用等。無(wú)論 -、 -防御素對(duì)革蘭陽(yáng)性和陰性細(xì)菌都 具有殺傷作用。 相對(duì)而言,它們對(duì)革蘭陽(yáng)性細(xì)菌, 顯示了更強(qiáng)的殺傷能力, 而植物防御素被 認(rèn)為是真菌生長(zhǎng)的有效抑制劑。許多 -防御素如 NPI 2, HNPI 3等已被驗(yàn)證了對(duì)病毒 的殺傷作用。各類防御素除具有上述抗菌和抗病毒功效外,對(duì)自身細(xì)胞似乎也有侵害作用, 如已有實(shí)驗(yàn)表明多形核細(xì)胞可釋放某種細(xì)胞侵害因子, 該因子的產(chǎn)生和作用似乎與多形核細(xì) 胞胞內(nèi)防御素的含量成正比關(guān)系。 此外某些防御素還能殺死腫瘤細(xì)胞、 淋巴細(xì)胞

11、、 嗜中性粒 細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等。 其殺傷能力呈現(xiàn)濃度和時(shí)間依賴性, 通常最適濃度為 25l00g mL-1, 作用 6h 達(dá)到最大效力。大量的研究資料表明,防御素與其他類型抗菌肽作用機(jī)制相似,它們主要是通過(guò)在細(xì) 胞膜上形成通道, 引起細(xì)胞離子通道性的失衡和胞內(nèi)物質(zhì)的泄漏、 進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞活動(dòng)的異常。 防御素在細(xì)胞膜上的通道形成過(guò)程與膜的磷脂組成成分和所處的溫度環(huán)境等因素有關(guān)。然 而,一旦防御素在膜上形成了通道,上述因素便不會(huì)對(duì)其通道的活動(dòng)構(gòu)成本質(zhì)的影響。 生物防御素的抗菌、 抗病毒及其殺傷腫瘤細(xì)胞的多重功能效應(yīng)無(wú)疑正展示著它們對(duì)物種 生存、 抵御侵害以及提高人的生活質(zhì)量等實(shí)際應(yīng)用中的顯要身價(jià)。

12、另一誘人的前景是, 這些 防御素由于分子小并具有穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn), 又為當(dāng)今研制多肽新藥提供了理想的分子 設(shè)計(jì)骨架和模板。2 海洋酶解生物活性肽天然存在的活性肽大部分或含量微少,或提取難,不足以大量生產(chǎn)供給所需;化學(xué)人工 合成又費(fèi)時(shí)費(fèi)力, 成本昂貴; 因此, 人們更多地把目光投向開(kāi)發(fā)蛋白酶解產(chǎn)物這條途徑上來(lái)。 2.1 水解營(yíng)養(yǎng)蛋白生產(chǎn)生物活性肽的理論基礎(chǔ)過(guò)去, 人們一直未對(duì)利用貯藏蛋白, 如花生、 大豆、 小麥等種子蛋白等和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)蛋白 如乳蛋白水解制備生物活性肽給予應(yīng)有的重視, 但是現(xiàn)在科學(xué)家逐漸注意到:在營(yíng)養(yǎng)蛋白的 多肽鏈內(nèi)部可能普遍存在著功能區(qū),選擇適當(dāng)?shù)牡鞍酌杆?這些多肽有可能被

13、釋放出來(lái), 從而制備各種各樣的生物活性肽。從生物進(jìn)化上看, 營(yíng)養(yǎng)和貯藏蛋白應(yīng)該是從功能蛋白進(jìn)化而來(lái)的, 因?yàn)樵嫉纳锸遣?可能合成大量此類蛋白的。 當(dāng)生物進(jìn)化到需要為后代發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)時(shí), 它不可能憑空制造出 一種營(yíng)養(yǎng)蛋白,最好的方法就是通過(guò)若干功能區(qū) (結(jié)構(gòu)域 ,Domain DNA “組裝” 出營(yíng)養(yǎng)或 貯藏蛋白基因。 所以, 在不同的營(yíng)養(yǎng)和貯藏蛋白的多肽中可能廣泛存在著不同的功能區(qū), 選 擇適當(dāng)?shù)牡鞍酌妇涂蓪⑵溽尫懦鰜?lái), 還原其功能特性, 通過(guò)這種方法可以獲得相當(dāng)廣泛的生 物活性短肽。從免疫學(xué)看,盡管不同的生物都具有功能上非常相似的蛋白質(zhì),但是由于其非功能區(qū)存在著較大氨基酸差異, 所以不能

14、互相使用, 因?yàn)樯镎峭ㄟ^(guò)免疫系統(tǒng)識(shí)別自身蛋白和外 來(lái)蛋白的這些非功能區(qū)的差異來(lái)清除異己和保持自身穩(wěn)定性的。 如果我們把注意力放在這些 具有不同生理功能的生物活性短肽上,則我們可能有效地避免免疫排斥反應(yīng)的困擾。例如, 乳轉(zhuǎn)鐵蛋白用于注射可能會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng), 但如果用其水解所得到的短肽, 就可能安全 地用于注射。再如實(shí)驗(yàn)證明免疫活性肽和白細(xì)胞介素相似,可以激活 T 細(xì)胞和巨噬細(xì)胞, 從而增強(qiáng)機(jī)體免疫力,雖然它來(lái)源于動(dòng)物蛋白,但研究表明它可能安全地用于醫(yī)藥。從生物多樣性來(lái)看,生物的各種功能大多來(lái)自蛋白質(zhì)的多樣性。這是由于 20種氨基酸 在排列成不同長(zhǎng)度的多肽鏈時(shí), 具有天文數(shù)字的多樣性。 所

15、以 20個(gè)氨基酸殘基組成的多肽, 其序列多樣性足可以勝任所有生物的所有功能。 也就是說(shuō), 理論上所有的生物功能肽都可能 以短肽的形式找到。由于生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)蛋白和貯藏蛋白需求量很大,基因表達(dá)率自然很高。因此,這些蛋白 在自然界蘊(yùn)藏量極大。 通過(guò)蛋白酶水解這些蛋白所獲得的生物活性肽具有很多優(yōu)點(diǎn):原料廉 價(jià),成本低,安全性好,不需要很高級(jí)的實(shí)驗(yàn)條件和很貴重的儀器設(shè)備,便于工業(yè)化生產(chǎn)。 大量文獻(xiàn)表明, 該研究領(lǐng)域發(fā)展很快, 已經(jīng)受到了各國(guó)科學(xué)家和政府的高度重視, 在短短的 幾年里就有眾多的生物活性肽被辨認(rèn)出來(lái)并進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 有些生物活性肽已經(jīng)作為保健 食品和藥 物實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn), 并取得巨大的 經(jīng)

16、濟(jì)效益 ,如酪蛋白磷酸肽 (Casein phosphopeptides,CPPs 和類嗎啡因子等。綜上所述,生物活性已展示了非常好的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 前景。2.2海洋蛋白源是開(kāi)發(fā)生物活性肽的重要資源之一種類繁多的海洋蛋白氨基酸序列中,潛在著許多具有生物活性的氨基酸序列,用特異 的蛋白酶水解, 就釋放出有活性的肽段。 生物活性肽是世界上藥物及保健品研究的熱點(diǎn), 目 前通過(guò)蛋白酶解生產(chǎn)的活性肽主要來(lái)源于陸地的蛋白源, 如牛乳酯蛋白、 大豆蛋白、 玉米醇 溶蛋白等。 而來(lái)自海洋蛋白源酶解的活性肽非常少, 但這決不意味著海洋蛋白源的蛋白質(zhì)氨 基酸鏈中沒(méi)有潛在的活性肽序列, 而主要是由于沒(méi)有進(jìn)行很好的研究開(kāi)

17、發(fā)。 海洋生物資源的 優(yōu)化利用和高值化是未來(lái) 15年我國(guó)海洋高技術(shù)發(fā)展的重要研究?jī)?nèi)容之一。2.3酶工程技術(shù)應(yīng)用于海洋蛋白酶解活性肽的研究將陸地微生物發(fā)酵工程和酶工程技術(shù)應(yīng)用于海洋蛋白資源的綜合利用研究,以海洋生 物蛋白資源為原料, 通過(guò)生物酶解、 提取、加工,可生產(chǎn)許多酶解陸地蛋白源和化學(xué)合成所 無(wú)法生產(chǎn)的產(chǎn)品和材料,研制出系列天然、高效、新穎的生物活性肽。首先,應(yīng)大力加強(qiáng)用于海洋蛋白源酶解的專用蛋白酶制劑的開(kāi)發(fā)。目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行工業(yè) 化生產(chǎn)的蛋白酶制劑大多是用于酶解陸地或淡水的蛋白源, 由于陸地生態(tài)環(huán)境、 淡水生態(tài)環(huán) 境與海洋生態(tài)環(huán)境具有很大的差異, 海洋生物為了適應(yīng)所處的特殊的生態(tài)環(huán)境, 其氨

18、基酸的 組成和序列肯定與源于陸地及淡水生物的蛋白源具有很大的差別。 目前進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的蛋白 酶制劑可能無(wú)法高效用于海洋蛋白源的酶解。 因此, 應(yīng)從海洋生物體內(nèi)、 海水及海洋污泥中 分離、 純化可高效酶解不同海洋蛋白源的高產(chǎn)蛋白酶的菌株, 對(duì)其產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)、 酶學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究,并對(duì)其產(chǎn)酶特性進(jìn)行優(yōu)化。其次,要加強(qiáng)酶工程技術(shù)研究。通過(guò)酶工程技術(shù)現(xiàn)已從海洋低值魚(yú)蝦中分離出多種具 有抗高血壓活性的活性肽。其氨基酸序列如下:C8肽(沙丁魚(yú)為 Leu-Lys-Val-Gly- Val-Lys-Gln-Tyr; C11肽(沙丁魚(yú)為 Try- Lys-SerPhe-Lys-Ile-Lys-Gly-Tyr-Pro

19、-Val- Met , C8肽(金槍魚(yú)為 Pro-Thr-His-Ile-Lys- Trp-Gly-Asp; C,肽(南極磷蝦為 Leu-Lys- Tyr,但這項(xiàng) 工作只是開(kāi)始,仍有很多工作要做。2.4利用海洋低值魚(yú)類及水產(chǎn)品度棄蛋白源進(jìn)行酶解活性肽的高值化開(kāi)發(fā)向海洋索取食物、功能蛋白和特殊活性物質(zhì),已成為世界各沿海國(guó)家海洋開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)重 要內(nèi)容。如對(duì)低值魚(yú)及水產(chǎn)加工廢棄物進(jìn)行水解、 提取等深加工, 制成水解魚(yú)蛋白,用作食 品添加劑,蛋白強(qiáng)化劑,或用作研制藥物和功能食品的原料,已在世界各國(guó)展開(kāi)。對(duì)漁獲物非食用部分的利用更能體現(xiàn)出科學(xué)技術(shù)如何提高產(chǎn)品的附加值。 非食用部分包 括低值小雜魚(yú)及水產(chǎn)品加

20、工廢棄物,它們一般占漁獲物的 28%。如何開(kāi)發(fā)這些量大質(zhì)低的 漁獲物, 一直困擾著水產(chǎn)加工業(yè)。 我國(guó)現(xiàn)在主要利用低值漁獲物生產(chǎn)魚(yú)粉, 用于水產(chǎn)養(yǎng)殖和 陸地畜禽養(yǎng)殖,但由于加工技術(shù)落后,不但產(chǎn)品得率和附加值低,而且嚴(yán)重污染近海水域。 水產(chǎn)品加工廢棄物許多被直接丟棄而未被利用, 對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。 有的水產(chǎn)品加工廢棄 物蛋白質(zhì)含量很高, 采用生物技術(shù)方法將其部分轉(zhuǎn)換成優(yōu)質(zhì)魚(yú)濃縮蛋白和活性肽, 將具有良 好的開(kāi)發(fā)前景。3海洋生物活性肽的吸收現(xiàn)代生物代謝研究發(fā)現(xiàn):人類攝取的蛋白質(zhì)經(jīng)消化道多種酶水解后,不象以前認(rèn)為的 那樣僅以氨基酸的形式吸收,更多的是以低肽的形式直接吸收。從營(yíng)養(yǎng)角度評(píng)價(jià), 二肽、三

21、肽等低肽被人體消化吸收的效率要比同一組成的氨基酸高, 因此可作為食品添加物。 這些低 肽的滲透壓較氨基酸低,而且在人體小腸部位的通透性也比氨基酸高,因此可提高吸收率。 此外, 低肽的風(fēng)味一般要優(yōu)于單個(gè)氨基酸, 也不易產(chǎn)生過(guò)敏。 其中某些低肽不僅能提供人體 生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 且同時(shí)具有重要的生理功能, 如促進(jìn)礦物質(zhì)吸收肽、 防治肝性腦 病肽,易消化吸收肽、抗菌肽、嗎啡片肽、類嗎啡拮抗肽、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制肽、抑制 膽固醇作用肽、 機(jī)體防御功能肽等。 上述功能是原蛋白質(zhì)或組成氨基酸所不具備的, 且許多 活性肽的組成氨基酸并不一定是必需氨基酸, 對(duì)其營(yíng)養(yǎng)性影響不大。 這就為更充分地利用蛋 白質(zhì)資源,特別是那些原本認(rèn)為生物效價(jià)不高的蛋白質(zhì)資源提供了新的機(jī)遇。4海洋生物活性肚在養(yǎng)殖業(yè)中的作用活性肽除在保健食品及新藥開(kāi)發(fā)中有廣闊的應(yīng)用前景外,