高F值寡肽的功能特性研究进展

秦于思，程明，韦海涛，高兴明，范小雪，王存芳

1.齐鲁工业大学(山东省科学院) 食品科学与工程学院，山东 济南 250300；

2.青岛市畜牧兽医研究所，山东 青岛 266100；

3.山东熊猫乳品有限公司，山东 济南 251400

0 引言

高F值寡肽是指支链氨基酸(BCAA，包括亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(Ile)和缬氨酸(Val))与芳香族氨基酸(AAA，包括酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)和色氨酸(Trp))物质的量比值F大于20，且由2～9个氨基酸组成的蛋白质前体物或水解物.高F值寡肽因其独特的氨基酸组成而具有多种生理活性，可用于缓解或治疗肝病、抗疲劳、治疗苯丙酮尿症(PKU)等[1]，越来越受到医用食品界的关注.国外对高F值寡肽的研究起步较早，主要集中于蛋白酶解物的制备，以提高酶解物的寡肽含量，降低大规模生产的成本，但制备原料较国内单一，主要为玉米蛋白和酪蛋白[2-5]；国内对高F值寡肽的研究涉及不同来源的蛋白质，如水产品加工中的下脚料[6-8]、蛋清、玉米[9-11]等.制备高F值寡肽的酶解方法包括单酶分步水解和多酶复合水解，其中，单酶分步水解能最大限度地将蛋白质切成肽段或氨基酸，进一步提高蛋白质酶解的水解度，其水解产物的相对分子质量也更小[12]；而多酶复合水解可在一定程度上加快反应速率，提高水解产物质量，改善水解产物性能，并可在一定程度上降低寡肽的致敏性[13-14].近年来，有关高F值寡肽功能特性的研究已从肝病等的辅助临床治疗延伸到抗疲劳、解醉酒等，并不断探索新的应用方向[15]，因此受到食品界尤其是特殊医学用途配方食品界的青睐.本文拟对高F值寡肽的抗疲劳、解醉酒、保肝护肝、调节体内苯丙氨酸代谢等功能特性研究进展进行综述，着重介绍其在人体发挥生理活性的机理，以期为研究高F值寡肽对人体的适用性及其在医用食品行业中的应用发展提供科学依据和理论参考.

1 抗疲劳及其活性机理

运动性疲劳产生的过程是一种涉及中枢和外周因素的复杂机制，其中，5-羟色胺(5-HT)被认为是引起中枢疲劳的神经递质之一[16].运动时，大脑中5-HT浓度的增加会引起中枢疲劳，进而导致昏昏欲睡、疲劳感及中枢动力的丧失[17].游离Trp可以穿过血脑屏障并转化为5-HT，而血浆中游离Trp的跨血脑屏障转运是大脑中5-HT合成的限速步骤(如图1a))[18-19].但这种转运受到部分Trp和其他大分子中性氨基酸(包括BCAA)的影响：这些氨基酸在血脑屏障上共享一个转运体，若血浆中游离Trp与BCAA的浓度比降低，游离Trp进入大脑突触前神经元的转运会减少，这降低了突触前神经元中5-HT的浓度，减少了刺激，从而减轻了疲劳的程度(如图1b))[18-19].口服BCAA可以提高血液中BCAA的浓度，达到延缓疲劳的目的[18,20-21].高F值寡肽中高BCAA低Trp的氨基酸组成使其适应Trp-5-HT-中枢疲劳假说，且BCAA中的Leu能开启肌肉蛋白合成所需的翻译机制[22]，因此，高F值寡肽可成为良好的抗疲劳生物活性肽.

图1 中枢疲劳机制及BCAA影响中枢疲劳的示意图[18-19]

作为抗疲劳肽的一种，高F值寡肽具有良好的抗疲劳功能特性[23].张铁华等[24]研究发现，玉米高F值寡肽可调节体内代谢并具有抗疲劳作用，可将高F值寡肽应用于抗疲劳饮料的开发.李润国等[25]利用酶解压榨花生油产生的花生油粕高F值寡肽对实验小鼠进行灌胃，并进行转棒、血清尿素氮、肝糖原、肌糖原测定等抗疲劳实验，发现由花生油粕酶解得到的高F值寡肽能在一定程度上提高肌糖原和肝糖原的含量，并证明了高F值寡肽可以起到抗疲劳的作用.陶静等[6]研究发现，酶解后的带鱼高F值寡肽具有抗疲劳作用，该高F值寡肽可以延长实验小鼠的游泳时间，提高肝糖原和肌糖原的含量，降低尿素和血乳酸的浓度.

综上所述，高F值寡肽中的氨基酸能够满足人体需求，同时具有良好的抗疲劳功能特性，可将其作为抗疲劳生物活性肽应用于抗疲劳饮料等的开发.但高F值寡肽加入产品中的适口性及其是否会对产品其他成分产生影响还需进一步研究.

2 解醉酒及其活性机理

当血液中高浓度的乙醇进入大脑后，大脑会在短时间内产生兴奋，随后进入抑制状态，中枢的兴奋失控，进而引发一系列认知、运动等病理变化[26].乙醇主要在肝脏中进行氧化，其进入人体后的代谢途径较复杂，氧化及排泄过程较缓慢.乙醇脱氢酶(ADH)首先将乙醇转化为乙醛，再经乙醛脱氢酶(ALDH)转化为乙酸，经三羧酸循环后，最终被氧化为CO2和H2O.因此，增强ADH和ALDH的活性，是解醉酒制品的主要药理依据[26-27].ADH和ALDH以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)为辅酶，郑明洋[28]研究发现，高F值寡肽可以提高产生辅酶NAD+的丙氨酸(Ala)和Leu 的含量，从而加速乙醇在体内的代谢，降低血液中乙醇的浓度，促进解醉酒.另外，高F值寡肽的相对分子质量小于1000 Da，且易穿过细胞膜而发挥生理活性，这可能也是其具有解醉酒作用的原因之一[29].

陶静等[6]采用双酶分步法水解带鱼得到高F值寡肽，并用其做抗醉酒和解醉酒实验，发现该高F值寡肽的使用剂量越高，小鼠的醉酒率越低，翻正反射消失的时间越长；高剂量组小鼠的死亡率为0，解醉酒时间最短.黄程等[30]使用鲣鱼高F值寡肽对小鼠进行的抗醉酒、解醉酒实验也得出了相同的实验结果.蒋竹青[31]研究发现，玉米高F值寡肽可降低血清中谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)的酶活力，其能保护急性酒精中毒的肝脏.

综上所述，高F值寡肽具有明显的抗醉酒、解醉酒的功能特性，并且随着使用剂量的增加，抗醉酒、解醉酒效果均有明显的提升.可由此开发高F值寡肽的功能性食品(如醒酒汤等)，弥补当前市场上此类产品的空缺.

3 保肝护肝及其活性机理

肝脏是人体中以代谢为主要功能的器官.在晚期慢性肝病患者中，F值较低，K.Tajiri[32]研究发现，低F值与肝性脑病(HE)有关.BCAA的减少和AAA的增加，都发生在从慢性肝炎到肝硬化的过程中，且氨基酸的不平衡随肝病的发展变得更加明显[33-34].由于氨基酸在骨骼肌和大脑中会被转化为谷氨酰胺，因此肝硬化门体分流和营养不良的患者对BCAA的需求增加，而过度代谢的肝硬化患者如果口服摄入量不适宜，则会加剧BCAA的消耗[35].低F值作为肝病发展的一个标志，纠正这一比值对晚期肝病患者的HE具有潜在治疗意义[32].BCAA在肝外组织中代谢，骨骼肌是BCAA分解代谢的主要部位，脂肪组织中也会分解代谢BCAA，因此BCAA不会对肝脏产生代谢负担[36].研究发现，在患病早期给予BCAA制剂的肝病患者，相比给予普通营养制剂的肝病患者，其肝功能恢复时间较短，说明BCAA可以促进肝功能的恢复[37].肝硬化过程中BCAA水平会迅速下降，因此补充BCAA也是目前肝硬化患者的一种治疗方法[38-39].高F值寡肽属于一种高支链氨基酸的混合液，其诸多功能来源于高含量的BCAA,而BCAA可以通过改善胰岛素抵抗抑制肝癌的发生.在肝硬化患者的治疗中，BCAA增加了肝相关淋巴细胞的数量，恢复了中性粒细胞的吞噬功能和淋巴细胞的自然杀伤活性[40].因此，高F值寡肽在辅助治疗肝病、促进肝病患者体内F值回到正常范围等方面具有重要作用.

有研究认为，BCAA能通过抑制内脂素诱导的肝癌细胞增长阻止肝癌细胞增殖，而内脂素对肝癌细胞增殖具有促进作用，其能激活某些信号通路，诱导肝癌细胞增殖[41].N.Soranobu等[41]研究发现，BCAA在不影响正常肝细胞的情况下，可显著抑制由于内脏脂肪酸刺激而引起的肝癌细胞增殖，另外，BCAA本身也可能具有抑制肝癌细胞生长的特性.J.Lou等[42]研究发现，糖原合成酶激酶-3(GSK-3β)的磷酸化在肿瘤细胞存活、凋亡和细胞周期进展中具有关键作用.D .Christèle等[43]研究发现，GSK-3β蛋白在HepG2细胞G0/G1期诱导细胞凋亡和细胞周期阻滞，其磷酸化与肝癌的发生密切相关，BCAA可能通过抑制GSK-3β蛋白的磷酸化而抑制内脂素诱导的肝癌细胞增殖.K.Suzuki等[44]研究发现，在大鼠饲料中添加BCAA可以增加肝内淋巴细胞数量，刺激自然杀伤细胞(NK细胞)活性，且肝内淋巴细胞数量与血浆和肝脏中Val浓度呈正相关.E.Kakazu等[45-46]研究发现，Val可抑制肝癌的发生，其能通过恢复免疫系统活性而对由慢性丙型肝炎病毒(HCV)感染的肝硬化患者具有治疗潜力.I.Nakamura 等[47]研究发现，肝硬化患者服用BCAA可增加肝淋巴细胞数量，恢复中性粒细胞的吞噬活性和淋巴细胞的自然杀伤活性.以上数据表明，BCAA与多种免疫细胞的成熟和功能密切相关.口服BCAA是治疗肝硬化患者的首选方法，通过服用BCAA和限制AAA的高F值寡肽医用食品来校正F值，有助于改善此类患者的HE和负氮平衡[34].

亦有研究证实，BCAA对肝癌细胞生长的抑制作用是通过拮抗胰岛素的抗凋亡作用而增强细胞凋亡，且通过维持氮平衡和改善预后和生存率来降低肿瘤的发病率[48].总地来说，高F值寡肽对肝病的影响机制尚不明确，理论上应与BCAA对于辅助肝病治疗的机制一致，但还需进一步的研究验证.

4 调节体内苯丙氨酸代谢及其活性机理

PKU是一种染色体隐性遗传病，是因先天性氨基酸代谢错误引起的最普遍的代谢紊乱[49].正常人体内，Phe通过苯丙氨酸羟化酶(PAH)转化为Tyr，再通过参与合成肾上腺素、甲状腺素等途径完成代谢[50].对于PKU患者，由于其肝脏内PAH缺陷导致Phe不能被转化为Tyr，进而造成Phe在体内的异常蓄积[51].在中枢神经中堆积的Phe代谢产物会对大脑产生毒性作用，导致患者产生神经系统症状[50].费舍尔等提出的假神经介质学认为，BCAA和AAA经由同一载体运送进入血脑屏障，彼此间是竞争的关系[51].Phe与BCAA均由L型氨基酸转运子转运进入血脑屏障[52]，高Phe水平会使BCAA的运输产生竞争性抑制[53].

饮食治疗仍然是PKU治疗的重要方法，PKU治疗中的蛋白质需求包括通过减少天然蛋白质摄入量来限制必需氨基酸Phe的摄入，同时补充除Phe以外的氨基酸以满足人体对蛋白质的需求[54].PKU患者的饮食控制应非常严格，但Phe是人体内不能合成的一种必需氨基酸，要靠食物补给，因此需要设计一种低Phe饮食，使之在满足生理需求的前提下又不会摄取过多[51-52,55].而通过饮食增加大分子中性氨基酸(包括BCAA)的浓度，也成为治疗PKU的一种方法[56].

总之，高F值寡肽既具有低Phe含量的优势，又可保证Phe以外其他氨基酸的摄入.近年来，一种新型的低Phe乳清蛋白替代品——糖蛋白(GMP)被开发出来，其来源于乳清(天然低Phe)，并补充了Phe以外的其他必需氨基酸[54]，为使用乳清蛋白作为原料制备高F值寡肽提供了新的思路.因此，开发高F值寡肽的医药食品也将成为今后PKU食疗的发展方向之一.

5 结论与展望

本文对高F值寡肽的抗疲劳、解醉酒、保肝护肝、调节体内苯丙氨酸代谢等功能特性及其活性机理进行了综述，指出由食源性蛋白制备的高F值寡肽作为一种安全性高、具有多种生理活性的功能性成分，具有良好的抗疲劳和解醉酒功能特性，可将其作为生物活性肽应用于抗疲劳饮料、醒酒汤等功能性食品的开发中；高F值寡肽在辅助治疗肝病、促进肝病患者体内F值回到正常范围等方面具有重要作用，但对肝病的影响机制尚不明确，仍需进一步的研究验证；高F值寡肽既具有低Phe含量的优势，又可保证Phe以外其他氨基酸的摄入，开发高F值寡肽的医药食品将成为PKU食疗的发展方向之一.但在将高F值寡肽作为活性物质进行医用食品或保健食品的开发应用中，是否会改变加工产品的理化特性，当前的研究尚未提及；作为添加到食品或医用食品中的物质，其安全性也是至关重要的因素.因此，未来需对以下几个方面进行深入研究：对高F值寡肽进行体内、体外及毒理学实验，验证其在医药食品中的消化特性和适用性，开发以高F值寡肽为核心功能成分的系列特殊医学用途配方食品；对高F值寡肽的其他生物活性(如益生功能)进行深入研究，包括高F值寡肽对肠道菌群结构和吸收状况的调节作用，寻找其发挥益生作用的关键因子，并解释其益生作用机制，同时探讨其作为促生长因子在发酵制品中的应用；分析加工过程中高F值寡肽与其他食品组分的相互作用及其对食品品质特性(吸湿性、吸油性、乳化性、起泡性、还原力等)的影响，探讨高F值寡肽对产品品质及储藏特性的影响机制.综上，对高F值寡肽进行深入研究和开发应用，不仅对于蛋白质资源的高值化加工和利用具有重要意义，也会在功能性食品和特殊医学用途配方食品中具有广阔的应用前景.