海洋贝类蛋白源生物活性肽及肽组学的研究进展

于志鹏，武思佳，赵文竹，励建荣，*，刘静波

（1.渤海大学食品科学与工程学院，辽宁锦州121013）；2.吉林大学营养与功能食品研究室，吉林长春130062）

海洋贝类蛋白源生物活性肽及肽组学的研究进展

于志鹏1，武思佳1，赵文竹1，励建荣1，*，刘静波2，*

（1.渤海大学食品科学与工程学院，辽宁锦州121013）；2.吉林大学营养与功能食品研究室，吉林长春130062）

海洋贝类作为一种原料大宗广泛易得的优质蛋白质资源，是生物活性肽开发的理想原料。本文对海洋贝类蛋白资源生物活性肽的概念、国内外研究进展进行了综述，并重点介绍了肽组学在活性肽结构鉴定中的应用，同时对贝类蛋白资源生物活性肽面临的机遇与挑战进行了分析，旨在为开发海洋贝类蛋白资源及其活性肽提供思路。

贝类，肽组学，蛋白质，活性肽，结构

海洋占地球表面积的71%，动物界中28个主要动物门中有26个生活在水中，蕴藏着大量具有多种生物活性的动物资源。随着传统陆地生物资源的匮乏，海洋生物资源的高值化和可持续开发成为研究的重点。贝类广泛存在于各类水体内，其肉质鲜嫩且营养丰富。海洋贝类蕴含了大量的蛋白质和多肽等活性物质，是海洋蛋白资源综合利用的重要原料之一[1-3]。我国是世界最大的贝类养殖国，年产量占世界贝类总产量的60%以上。据统计2012年我国贝类总产量（包括海水贝类产品和淡水贝类产品）达到1318万吨，占当年水产品总量的22.3%，因此贝类在中国渔业经济中占有十分重要的地位。我国的主要经济贝类有60余种，包括皱纹盘鲍（Haliotis gigantean）、虾夷扇贝（Patinopecten yessoensis）、紫贻贝（Mytiluedulis）、近江牡蛎（Crassostrea rivularis）、波纹巴非蛤（Paphia undmate）、文蛤（Meretrix meretrix）、杂色蛤仔（Ruditapes varigeata）等[4]。我国贝类海水产品产量由2005年的1008.14万吨增加到2012年的1264.78万吨，产品量逐年上升，然而高新技术产品的开发相对缓慢。

目前海洋贝类高附加值利用主要集中在生物酶解或提取功能成分，对于扇贝、牡蛎和文蛤等低值贝类资源中的生物活性成分的开发较少[3，5]。贝类作为优质蛋白质资源，不仅是人均消费量较多的重要蛋白质，而且原料大宗广泛易得，因此贝类蛋白源生物活性肽的开发前景十分广阔，也蕴藏着巨大的商机，将成为未来研究的焦点。贝类生物活性肽的研究逐渐增多，但鲜有关于其研究进展的综述。因此，本文就海洋贝类中生物活性肽的研究进展及面临的机遇与挑战进行综述，旨在为海洋贝类蛋白资源的高值转化提供参考。

1 生物活性肽的概念与发展现状

生物活性肽又称为功能肽，是指对生物体的生命活动有益或具有生理作用的肽类化合物，是蛋白质中20种天然氨基酸残基以不同组成和排列方式构成的从二肽到复杂的线性或环形的各种肽类的总称[6-7]。以前，通常将含氨基酸残基数小于10的肽叫寡肽（oligopeptide），10～100个氨基酸残基的肽称为多肽（polypeptide），实际上肽和蛋白质之间并没有严格的区分。根据现今的命名法则，寡肽为组成少于15个氨基酸残基的肽，多肽含约15～50个氨基酸残基，超过50个氨基酸残基的肽衍生物则常定义为“蛋白质”。一般所说的生物活性肽包括现今命名法中的寡肽和多肽，而且生物活性肽依据功能还可细分为生理活性肽和食品感官肽。生理活性肽是指能够调节生命活动或是具有某种生理活性作用的肽，而食品感官肽指具有调节食品品质、感官和口味的肽[6，8]。

生物活性肽的研究及产业化主要集中在美国、日本和荷兰等国，产品原料多来源于乳制品，生物活性肽的研究目前集中在ACE抑制肽、抗氧化肽、降血糖肽、呈味肽和免疫调节肽的制备、纯化和结构鉴定等方面[9-12]。随着组学技术（蛋白质组学、肽组学和营养组学）的快速发展，也推动了生物活性肽的快速发展，尤其在高效纯化和结构表征的研究[13]。目前已经商业化的生物活性肽的功能性食品见表1，水产蛋白资源活性肽尚不多。我国目前对生物活性肽的研究主要集中在实验室研究阶段，基础研究成果的转化逐渐受到重视。

表1 生物活性肽功能食品[14]Table 1 The functional food of bioactive peptides[14]

2 贝类蛋白资源生物活性肽的国内外研究进展

在过去的几十年里，生物活性肽的研究经历了长足的发展，水产蛋白资源生物活性肽也随着技术的成功应用而有所发展。然而占水产品较大比例的贝类资源蛋白活性肽的开发起步较晚。牡蛎、扇贝和文蛤作为我国重要海洋贝类资源，除营养丰富、味道鲜美外，其蛋白源生物活性肽具有多种生理活性和食品感官活性，贝类蛋白资源生物活性肽的高值化利用将会大力推动水产品加工业的迅速发展。

我国目前对贝类蛋白资源生物活性肽的开发主要集中在牡蛎、扇贝和文蛤等重要贝类资源的利用。贝类资源生物活性肽的生产制备主要通过两种途径获得：从贝类体中直接提取天然存在的生物活性肽；通过生物酶对贝类蛋白质进行降解从而获得具有一定生理活性的肽段。从贝类体中直接提取天然活性肽的方法涉及的技术操作复杂，而且提取中用到的有机溶剂的残存会带来不安全因素，同时由于体内天然活性肽的含量极低，难以工业化。目前酶解贝类蛋白资源制备生物活性肽主要利用生物酶解法，关注的焦点主要在酶解制备和体外活性的筛选上（表2）。我国目前对于贝类活性肽的研究处于起步阶段，还未对酶解制备活性肽的纯化和结构表征进行深入研究。国外已有报道指出贝类蛋白酶解产物中存在降血压活性肽并阐明了活性肽的结构，包括牡蛎蛋白活性肽LF（IC50=126 μmol/L）和Asp-Leu-Thr-Asp-Tyr[15]，色蛤蛋白生物活性肽VEV（IC50=8.7 μmol/L），珍珠贝生物活性肽LVE（IC50=14.2 μmol/L），淡水蛤VKP（IC50=2.6 μmol/L）[1-3]。研究发现栉孔扇贝中的天然活性肽Leu-Ala-Asn-Ala-Lys、Pro-Ser-Leu-Val-Gly-Arg-Pro-Pro-Val-GlyLys-Leu-Thr-Leu和Val-Lys-Val-Leu-Leu-Glu-His-Pro-Val-Leu除具有抗氧化活性外还具有免疫调节活性[16]。

贝类活性肽的抗氧化和呈味方面的研究起步较早[39-41]，目前研究手段和技术也较为成熟和系统[24]，而且市场上已有大量的抗氧化肽和呈味肽相关产品。通过对比国内外对贝类蛋白资源开发生物活性肽的研究水平，发现目前我国在贝类资源生物活性肽的开发手段相对国外仍有较大差距，主要体现在活性肽的多维纯化和结构表征方面。目前已普遍采用多维色谱技术结合生物质谱技术进行活性肽的高效纯化和结构鉴定[42-44]，这些技术是目前活性肽纯化和鉴定所采用的传统手段，这些技术已广泛应用在蛋清蛋白、乳蛋白和玉米蛋白等食源性生物活性肽的研究与开发中，并通过一系列生物活性检测手段明确特定结构活性肽的对应生物活性，见图1。

利用传统方法开展贝类活性肽的研究，研究内容主要涉及不同贝类蛋白原料中原蛋白的氨基酸全序列分析、生物蛋白酶的筛选、酶解条件的优化、酶解产物的分离纯化以及生物活性测定等内容，而这些技术在目前其他食源性活性肽研究中已非常成熟，对于贝类活性肽的前期研究具有重大的参考价值。然而贝类蛋白源活性肽的后续研究中必将会面临当前食源性活性肽深入研究所面临的困境，即纯化中高活性肽段的丢失以及纯化和结构表征周期长等问题。

表2 贝类蛋白源生物活性肽Table 2 Bioactive peptides of shellfish proteins

图1 传统方法在活性肽研究中的应用[45]Fig.1 Application of some biological activities of peptides used with traditional methods[45]

3 肽组学在活性肽研究中的应用

肽组学是研究低分子量蛋白质和活性肽及其变化规律的科学，主要涉及活性肽及其前体蛋白的结构鉴定、特定功能活性肽的水解最优化、活性肽结构及活性的预测以及定量构效关系等，是近些年快速发展的一种可大规模表征活性肽的技术[45-48]。肽组学研究对象分为两类：一类为体内自身存在的活性肽；另一类为体内蛋白质经特殊水解酶酶解产物。因此，肽组学在水产蛋白源活性肽的研究中既可以阐明天然存在的活性肽，又可以表征酶解作用后产生的活性肽结构。肽组学在活性肽的结构表征研究中，主要通过串联质谱技术快速高效鉴定新的活性肽的序列和结构，并借鉴肽数据库进行检索和构效关系预测[45，49-51]。肽组学这一新技术在解决活性肽的高效结构表征领域的应用，有望能够突破目前存在的瓶颈问题。借助肽组学快速、高效的特点，将肽组学技术应用于活性肽活性组分的结构表征是活性肽的未来研究发展方向之一，国际上已有多个数据库用于肽组学研究，如BIOPEP（http：//www.uwm.edu.pl/biochemia/）和PepBank（http：//pepbank.mgh.harvard.edu/）等。目前，肽组学在活性肽研究中已有运用[49-50，52]，并阐明了一些活性肽的结构，如VPP、RY、PYVRYL、NIPPLTQTPV等，研究中主要通过数据库中蛋白酶对原蛋白进行模拟水解获得肽序列，而后通过构效关系软件对获得的肽序列进行生物活性预测与分析，最后进行化学合成技术合成高活性肽序列并进行活性验证。虽然肽组学在贝类活性肽研究的应用尚未见报道，这些成功的案例为肽组学在贝类乃至水产蛋白源活性肽结构表征中的运用提供了参考。

4 机遇与挑战

水产动物蛋白源活性肽的研究逐渐成为研究的焦点，海洋贝类生物活性肽凭借其原料易得、价格低廉而营养高等诸多优势被人们看好。尽管海洋贝类生物活性肽的研究逐渐深入，但有关生物活性肽的吸收转运和安全评价等方面研究较少，认识还不深入。生物活性肽产品的开发亟需解决两个问题：一是吸收转运，生物活性肽发挥其功能的作用机制需要深入的研究，研究发现生物活性肽并不能直接被胃肠道吸收进入血液循环，其功能的发挥可能直接由肠腔或小肠壁上的受体介导的；二是安全性，在评价这些对人体有益的功能食品时，必须密切关注其副作用，这些副作用（细胞毒性和变态反应）有的是活性肽本身自带的，有的是活性肽食品加工过程中不可避免的副产物所引起的，因此在关注食源性生物活性肽的功能性的同时，更要注重活性肽的安全性评价以及食品生产过程中的质量控制。这两个问题的解决则需要通过对贝类蛋白资源活性肽进行多维纯化和结构鉴定，获得高纯度结构明确的生物活性肽序列。肽组学技术以及计算机模拟技术的蓬勃发展并在食品领域的成功运用，为该问题的解决提供了有效的解决途径。

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Research progress on the study of bioactive peptides from shellfish proteins and peptidomics

YU Zhi-peng1，WU Si-jia1，ZHAO Wen-zhu1，LI Jian-rong1，*，LIU Jing-bo2，*
（1.College of Chemistry，Chemical Engineering and Food Safety，Bohai University，Jinzhou 121013，China；2.Lab of Nutrition and Functional Food，Jilin University，Changchun 130062，China）

Marine shellfish as a widely accessible protein resource consumed worldwide shows significant promise as potential resource of food-derived peptides.The current work addresses the concept and research process of biological active peptide from marine shellfish proteins.Moreover，important challenges and the most realistic options in the utilization of peptidomics were evaluated，aimed to development of marine shellfish protein resources and their bioactive peptides.

shellfish；peptidomics；protein；bioactive peptide；structure

TS201

A

1002-0306（2015）22-0384-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.22.071

2015－03－19

于志鹏（1984-），男，博士，讲师，研究方向：蛋白质及活性肽的功能研究与产品开发，E-mail：yuzhipeng20086@sina.com。

*通讯作者：励建荣（1964-），男，博士，教授，研究方向：水产品加工，E-mail：lijr6491@163.com。

刘静波（1962-），女，博士，教授，研究方向：营养与功能食品，E-mail：ljb168@sohu.com。

国家科技支撑课题“食源性功能肽生物制备技术研究”（2012BAD00B03）。