海洋生物活性肽及其生物活性研究进展

1、海洋生物活性肽及其生物活性研究进展v *曾名勇*,崔海英,李八方(中国海洋大学,山东青岛266003摘 要:概述存在于海绵、海鞘等海洋低等生物和海洋鱼贝类中的生物活性肽,以及这些活性肽的抗肿瘤、抗菌、抗高血压及抗氧化等生物活性的研究进展。关键词:活性肽;抗肿瘤;抗菌;抗高血压;抗氧化中图分类号:R931.77 文献标识码:A 文章编号:1002-3461(200501-0046-06Progress in studies of marine bioactive peptides and their bioac -tivitiesZENG M ing -yong,CU I H a-i y ing

2、,LI Ba -fang(Ocean Univer sity of China ,Qingdao 266003,ChinaAbstract:Bioactive peptides in the marine or ganisms such as spong es,ascidian,fishes,shel-l fish,etc.and their bioactivities o f antineoplastic,antimicrobial,antihy pertension and antiox -idation w ere review ed in this paper.Key words:bi

3、oactive peptides;antineoplastic;antimicr obial;antihypertension;antiox idation 近年来,有关生物活性肽的研发极为活跃,目前已有多种产品问世。来自海洋生物的活性肽尽管研发历史较短,但因其具有的独特生理功能而异军突起,成为活性肽领域的研究热点。现就有关海洋生物活性肽的最新研究进展作一简要综述。1 海洋生物活性肽的种类来自海洋生物的活性肽有两大类,一类是自然存在于海洋生物中的活性肽,主要包括肽类抗生素、激素等生物体的次级代谢产物,骨骼、肌肉、免疫系统、消化系统、中枢神经系统中存在的活性肽等。另一类是海洋生物蛋白质酶解产生的

4、活性肽。由于天然存在的活性肽含量较少,提取也较困难,因此,从海洋蛋白酶解产物中寻找生物活性肽就成为人们关注的重点。1.1 自然存在于海洋生物中的活性肽目前,该类活性肽中研究较多的有鱼精蛋白、海绵多肽、海鞘多肽、海葵多肽、芋螺多肽、海藻多肽及鱼类多肽等。鱼精蛋白是存在于许多鱼类成熟精细胞中的一种碱性蛋白,相对分子质量较小,约为400010000,精氨酸占其氨基酸组成的2/3以上。海绵多肽是存在于离海绵目、外射海绵目、石海绵目、软海绵目以及硬海绵目等海绵中的环肽化合物,目前已分离得到近百种。其中有些海绵多肽的结构已经清楚,如The -o nellamides Ia -Ie 是一种环十三肽,富含丙氨

5、酸和一个封闭的N 末端;Phakelistatin I 是由(Pro -D -Thr -Phe -Ile -Phe -Ser 组成的环#46#*肽1;Fenestins A是由(L-Pr o-L-Pro-L-Leu-L-Ile组成的环肽1。海鞘多肽是存在于海鞘中的环肽,自1980年从海鞘L issoclinum p atella中发现环肽U lithiacy clamide以来,又从加利福尼亚海域及加勒比海群体海鞘T r id idenum sp.中分离出3种环肽Didemin AC,从L issoclinum属海鞘中分离出环肽Lissod-i namide48,从L issoclinum b

6、istratum属海鞘中分离得到环肽Bistratam ide A,B2。从海葵中分离得到了3类活性肽:(1存在于16种海葵中的鞘磷脂抑制性碱性多肽,平均相对分子质量在1500021000之间;(2从Metr id ium senile属海葵中分离得到的具有胆固醇抑制活性肽,平均相对分子质量在80000左右;(3从A ip tasu p allida属海葵中分离提取的多肽Aiptasio lisin A3。芋螺多肽是存在于芋螺中的有毒物质,也即芋螺毒素。目前已发现的芋螺毒素有近百种,大多为由1030个氨基酸残基组成的小肽,富含2对或3对二硫键,是迄今发现的最小核酸编码的动物神经毒素肽,也是二硫

7、键密度最高的小肽。主要有A-芋螺毒素、L-芋螺毒素、X-芋螺毒素及D-芋螺毒素等4。海藻多肽已从绿藻、蓝藻等中分离得到。据报道,绿藻水提物一种制剂,内含活性多肽成分。从培养的蓝藻中也分离出一种生理活性肽5。另外,还从海藻Py y mnesium p a-tellif er um属中提取出一种毒素肽H or-m otham in,从蓝-绿海藻属L y ng by a maj us-cula中分离得到具有细胞毒活性的环肽Majusculamide C5。其他多肽还包括从铜吻蓝鳃太阳鱼中分离得到的4种具有缓激肽活性的肽类,从大西洋鳕鱼、虹鳟、欧洲鳗鱼等鱼类的嗜铬细胞组织中提取到的一系列活性肽;从海星

8、所分泌的体液中分离纯化得到一种自主刺激因子;从印度海兔中分离得到10种细胞毒性环肽Dollabelatin118;从海洋贝类的神经元中提取到2种神经肽Pd5和Pd66。1.2海洋生物蛋白质酶解产生的活性肽来源于陆地蛋白酶解产物的活性肽已有多种,如乳蛋白活性肽、乳酪蛋白抗高血压活性肽、大豆多肽、玉米醇溶蛋白肽、抗菌肽等。但是,来源于海洋蛋白酶解产物的活性肽还很少,目前已分离得到的海洋蛋白活性肽主要有从沙丁鱼中分离得到的8、11肽,从金枪鱼中分离得到的8肽,从南极磷虾中分离得到的3肽,从鲭鱼中分离得到的鲭鱼多肽,从东方狐鲣鱼蛋白中分离得到的多肽,从虹鳟鱼皮中得到的核蛋白肽,从鳕鱼排中分离得到的相对

9、分子质量分别为30,10,5K和3K 的4种活性寡聚肽等7。本实验室近年来也已分别从罗非鱼鱼皮、牡蛎和海参的酶解物中先后分离纯化出几种具有抗A CE,抗氧化等活性的肽。2海洋生物活性肽生理活性的研究进展不论是天然存在于海洋生物中的活性肽,还是经过酶解海洋蛋白质得到的活性肽,都具有不同的生理活性,诸如易消化吸收(比氨基酸更易吸收、保护胃黏膜及抗溃疡作用、抗过敏、降血压、降胆固醇、抗衰老、抑制肿瘤细胞生长、促进伤口愈合、增强骨强度和预防骨质疏松、预防关节炎、促进角膜上皮损伤的修复和促进角膜上皮细胞的生长等。2.1抗肿瘤活性#47#性,其IC50为0.7L g#mL-12。从加利福尼亚海域及加勒比海

10、群体海鞘Tr idid enum sp.中分离出的3种环肽Dide-m in A-C,均具有体内和体外抗病毒和抗肿瘤活性,其中Didemin B的活性最强,对白血病细胞L1210的IC50为7.510-4L g#m L-1。在0.1L g#mL-1时,对乳腺癌、卵巢癌具有明显的抑制活性。从L issoclinum bistratum 属海鞘中分离得到的环肽Bistratam ides A 和B,对人体M RC5CV1成纤细胞和T24膀胱癌细胞的细胞毒性IC50在50100L g# mL-1之间8。Pettit等9从印度洋的耳状截尾海兔(Dolabella aur icular ia中先后分离到

11、18种微量的抗肿瘤活性成分,均为多肽类,命名为海兔毒素(do lastatin118。Do lastatin类化合物能抑制微管聚合,促进其解聚,干扰肿瘤细胞的有丝分裂,并对多种癌细胞有诱导凋亡作用,是一种新型的细胞生长抑制剂。其中的Do lastatin10、15正在美国进行Ñ期和Ò期临床试验,对卵巢癌和乳头状腺癌细胞有很强的抑制作用,其IC50分别为2.3 10-10和2.110-9m ol#L-1。海参(H olothur ian属无脊椎动物棘皮动物门(Echinoderm ata。新近研究表明10,海参体壁中含有多种活性多肽。如从海参上皮组织中分离获得的由亮氨酸、脯氨

12、酸、丝氨酸、精氨酸构成的五肽(其中个别氨基酸为D-构型,相对分子质量568.1,具有抗肿瘤和抗炎活性。李鹏等11从牡蛎匀浆液中分离到具有抗肿瘤作用的低分子活性肽。实验表明,此肽可以明显抑制胃腺癌和肺腺癌细胞的生长和分裂增殖,使癌细胞形态发生改变,失去原有的恶性表型,细胞周期检测出现凋亡峰。洪鹏志等12研究发现,翡翠贻贝肉蛋白酶水解物在实验剂量为320m g#kg-1体重时,对昆明小鼠移植性肿瘤S-180的抑制率达到50.6%,并且还具有增强免疫功能的活性。2.2抗菌性水生动物抗菌肽的研究主要集中于甲壳纲动物,Saito等13从鲎(L umilus p oly p he-mus体中分离得到一个7

13、9肽,与兔和牛的嗜中性白血球防御素相似;Noga等14认为美洲蓝蟹(Callinectes的血细胞具有抗菌活性;Chisholm等15研究包括龙虾和对虾在内的8种甲壳动物的血细胞溶泡上清液对数种细菌的杀菌作用,证明其含有能杀灭细菌的因子;Schnapp等16从青园蟹(Car cinus maenas的血细胞中分离得到3种具有杀菌作用的肽,它们能够选择性地作用于细菌外层细胞膜的某些组分,如带阴离子的磷脂,增大其渗透性而杀死或抑制细菌的生长;Song 等17发现罗氏沼虾(M acrobrachium r osen-ber gii受感染后会诱导产生类似杀菌肽类的物质;Destoumieux等18从养

14、殖的南美白对虾(P enaeus v anname的血细胞和血浆中分离出几种抗菌活性因子,其中3种具有抗真菌和抗细菌尤其是抗革兰阳性菌的活性。最近的研究发现,鱼类中也存在大量的抗菌肽。Oren等19从豹鳎(Paradachirus mar moratus中分离得到一种33肽的抗菌肽,具有比蜂毒素更强的抗菌活性,其作用可与其他天然的抗菌肽如蛙皮素、杀菌肽等相比;电镜观察显示其抑菌机理是溶解细菌的细胞壁。Co nlo n等从海七鳃鳗(P etr omy x on mar inus的皮肤上分离得到富含半胱氨酸和精氨酸的多肽,其氨基酸序列与老鼠的抗菌肽corticostatin R4和兔的抗菌肽cor

15、 ticosta-tin R1结构相似。Azumi等从一种海鞘H alocy amine r oretz i的血细胞中分离得到的抗菌肽H alocy amine A不仅在体外可抑制某些鱼RNA病毒的生长,也能抑制某些海水细菌的生长;Park等20从泥鳅中分离到一个21肽misg urin,具有较强的体外广谱抗菌活性,且没有明显的溶血作用,其抗菌活性是蛙皮素的26倍。Park等21发现鲶(P ar asilurus asotus受伤后上皮黏膜细胞层# 48 #分泌一种相对分子质量为2000.4的抗菌肽parasinI,具有广谱抗菌性,其抗菌活性是蛙皮素2的12100倍。Fernandes等22从

16、虹鳟鱼皮中分离得到一种具有抗菌作用的核蛋白肽,在抵御胞内或胞外病毒方面起着关键作用。该肽的抗菌作用如表1所示。表1虹鳟中核蛋白抗菌肽的抑菌和杀菌活性(以昆虫抗菌肽作为标准(L mol#L-1菌种革兰染色核蛋白抗菌肽Cecropin P1EC50M BC EC50M BCB.s ubtilis+0.15-0.3>0.3>2.4>2.4研究表明,Discoder mia kilensis Disco-der min海绵中存在的环肽Disoderm in A具有抑菌活性,在浓度为3,1.6L g#mL-1时可分别抑制枯草杆菌和奇异型杆菌(IC50在3.5 10-77.010-7mo

17、 l#L-1之间;加勒比海绵Discoder mia sp.中分离得到的环肽Poly discamide A也具有显著的抑菌活性,它对枯草杆菌的M IC为3L g#m L1。从软体动物贝类M y tilus edulis的血液中提取到2种富含阳离子与胱氨酸的抗菌小肽,其中1种含有34个氨基酸残基,命名为My tilin,结构如下:Gly-Cys-Ala-Ser-Arg-Cy s-Lys-Ala-Lys-Cys-A la-Gly-A rg-Arg-Cy s-Lys-Gly-T ry-Ala-Ser-A la-Ser-Phe-Arg-Gly-Ar g-Cy s-Ty r-Cys-Lys-Cy s-

18、Phe-Arg-Cys;另一种含3543个氨基酸残基,属于昆虫防御家族肽,与上述的My tilin的结构相似,这种富含8个胱氨酸的新肽具有广谱抗细菌、抗真菌活性23。2.3抗高血压活性采用酶工程技术,研究人员已从多种海洋生物中分离出具有抗高血压作用的活性肽。在沙丁鱼、金枪鱼、鲣鱼、小虾、螃蟹、海藻的酶解物中均发现了具有新的氨基酸序列的降压肽24。Fujita等25利用嗜热菌蛋白酶消化鲣节得到8种具有不同血管紧张素转化酶(ACE抑制活性的肽类,其中LKPNM (IC50=2.4L mo l#L-1可通过A CE水解得到ACE抑制活性提高8倍的产物LKP(IC50 =0.32L mo l#L-1。

19、通过给SH R小兔口服LKPNM,LKP及卡托普利(capto pril,发现LKPNM和captopril在口服4h后具有最强的降压效果,且效果可持续到口服之后6h。但是,在急性对照实验中,LKP在口服2h后即可表现出最大的降压效果。LKPNM, LKP及captopril的最小显效剂量分别为8, 2.25,1.25mg#kg-1。另外,虽然在体外实验中,LKPNM和KP的ACE抑制活性仅相当于卡托普利(IC50=0.022L mol#L-1的0.92%和7.73%,但是在体内实验中,它们表现出相当高的ACE抑制活性。You-Jin Jeo n等26研究了鳕鱼排酶解得到的多肽的ACE抑制活性

20、。发现ACE 抑制活性随其相对分子质量降低而显著增加,相对分子质量为3K的多肽具有最强的ACE抑制活性,其IC50值达0.08mg# mL-1。H ee-Guk Byun等27以阿拉斯加狭鳕鱼皮胶原蛋白为原料,采用三步循环膜反应器,分离得到相对分子质量为0.9 1.9K 的肽,具有ACE抑制活性。他们进一步采用凝胶过滤、离子交换色谱及反相高效液相色谱法得到2种肽,分别由Gly-Pro-Leu和Gly-Pro-Met构成,其IC50值分别为2.6,#49#17.13mg#m L-1。作者采用定向复合酶解技术,从鳕鱼皮、罗非鱼皮等的胶原蛋白中分离得到相对分子质量为1K左右的具有ACE 抑制活性的寡

21、肽,并得出序列中含有疏水性氨基酸的肽有较高活性的结论。此外,从大豆、牛奶等食物中得到的许多A CE抑制肽基本上由疏水氨基酸和芳香氨基酸残基组成,溶解性较差,苦味很强,很难应用。但是,从鳕鱼排酶解物中得到的ACE抑制肽具有很好的水溶性,且无苦味,因此,更易投入实际应用。对于牡蛎水解液中的ACE抑制肽也有很多研究。Bor denave等28将太平洋牡蛎(Crassostrea gigas用胃蛋白酶水解,检测水解物抑制A CE的能力,该水解物对ACE 活力的IC50是72mg#L-1,水解物经反相高压液相色谱分离收集到7种组分,其中组分6的IC50是5.3mg#L-1。于娅29采用酶水解法制备了对A

22、CE具有较好抑制作用的短肽,质量浓度为0.4mg#m L-1的牡蛎功能短肽的ACE抑制率为51.4%。2.4抗氧化性Iw amo to等30研究了鲭鱼肽对低密度脂蛋白(LDL氧化的抑制作用。结果表明,鲭鱼肽能够显著延长氧化反应的诱导期(由对照组的34.1min延长到实验组的59m in。另外,他们还对16名平均年龄为19岁的女性志愿者进行了体内抗氧化实验。这些志愿者在对照期内食用含酪蛋白的食物,在实验期内食用含鲭鱼肽的食物,剂量按16.9g蛋白/d,共10d。其他膳食的组成不变。然后在-10,0,+10d时提取静脉血试样测定LDL 的氧化情况。结果表明,第10d时静脉血试样LDL氧化的诱导期(

23、66.2m in比0d时静脉血试样LDL氧化的诱导期(57.9m in长,而在0d和-10d的静脉血试样LDL氧化的诱导期之间不存在差异。You-Jin Jeon等26研究了鳕鱼排酶解得到的多肽的抗氧化特性。结果表明,多肽的抗氧化活性与其相对分子质量有关,相对分子质量为5K的多肽具有显著的抗氧化活性,其抗氧化活性与A-生育酚相当。许多研究表明,大豆多肽等抗氧化肽均含有组氨酸等疏水氨基酸,这类肽的抗氧化活性主要与组氨酸的咪唑环的络合能力和脂游离基捕捉能力有关。与此相反,鳕鱼排酶解得到的多肽主要是由Asp,Glu,Gly,Ala等亲水性氨基酸组成,因此,适于做亲水性天然抗氧化剂。另外,Kim Se

24、-Kw on等报道,黄鳍舌鳎鱼皮胶原酶解得到的多肽也具有较好的抗氧化活性。许庆陵31等研究了不同酶对鲢鱼的水解作用以及酶解物对羟自由基的清除作用。采用现代生物工程技术,从栉孔扇贝中提取的海洋多肽,相对分子质量为800 1000,经药理试验表明,具有抗氧化损伤作用,能清除超氧负离子和羟自由基,延缓皮肤老化,可显著增强免疫细胞的代谢和增殖,是一种有潜力的抗氧化剂和免疫细胞调节剂32。除以上所述各种活性外,已确认的海洋活性肽的生物活性还有降胆固醇、抑制H IV-I蛋白酶等。可以相信,随着研究的不断深入,必将有更多的海洋生物活性肽被发现,更多的生物活性被揭示,海洋活性肽的应用也将不断扩大。参考文献1H

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