植物源性降压肽作用机制、制备与评价方式及相关研究进展

朱泽洋，李熔，袁字怡，薛勇,

（1.国家粮食产业（青稞深加工）技术创新中心，中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083；2.国家果蔬工程技术加工中心，中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083）

据《中国心血管健康与疾病报告2020》显示，我国成人高血压患者已达2.45 亿，其中超半数合并血脂异常，使得其患心血管疾病风险显著增加。高血压主要依靠药物控制、饮食调控等来治疗或缓解。植物性食物中含有丰富的功能成分且安全性较高，能否从中获取降压组分是当前食品领域研究的热点。生物活性肽又称功能性多肽，是一种相对分子质量小于6000 且具有多种生理功能的化合物。近年来，研究发现以食源性蛋白为原料制备的活性肽具有一系列健康功效，包括降压、抗氧化、降糖、抗凝、抗血栓、抗炎、降胆固醇和免疫调节等。目前在小麦、大米、大豆、大蒜、紫菜等植物性食物中均发现活性肽，越来越多的活性肽被证实具有体内外降压作用。本文综述了植物源性降压肽的降压机制、制备方法、评价方法以及最新的研究进展，以期为植物源性降压肽的研究提供参考。

1 植物源性降压肽的作用机制、制备和评价方法

1.1 植物源性降压肽的作用机制

一般情况下，植物源性降压肽是植物性蛋白在适宜的条件下经蛋白酶水解而得到小分子肽段，相对分子量一般在1 kDa 以下，通过竞争性地结合血管紧张素转化酶（ACE）来抑制ACE 活性，继而发挥降血压的作用。正常人体血压调节主要依赖肾素-血管紧张素调节系统（Renin-Angiotensin System，RAS）和激肽释放酶-激肽系统（Kallikrein-kinin system，KKS），其中ACE 在肾素-血管紧张素调节系统中具有重要影响。肾素可将血管紧张素原水解为血管紧张素Ⅰ（无活性），随后在ACE 作用下，进一步转化为血管紧张素Ⅱ（有活性），导致心肌收缩加强和随后的血压增加。因此抑制ACE 活性，能够有效降低血压的增高。此外，血管舒缓激肽具有强烈的扩张血管作用，可抑制血管舒缓激肽的分解，防止末梢血管的收缩，使得血压的升高得到抑制（图1）。因此，通过抑制ACE 活性和血管舒缓激肽的分解，植物源性活性肽能够有效地发挥降压作用。

图1 植物源性降压肽的作用机理Fig.1 Mechanism of antihypertensive peptides derived from plant

1.2 植物源性降压肽的制备方法

植物源性活性肽的制备方法通常有提取法、微生物发酵法和水解法。提取法是从植物体内直接提取天然多肽类物质的方法，分为物理提取法和化学提取法。物理提取法是不依靠化学试剂，仅通过超高压连续流细胞破碎仪对植物组织进行破碎裂解，从而提取小分子活性肽。该方法对设备要求较高，单次处理量较少，多肽的得率不高，在工业化生产中应用较少。化学提取法是采用合适的缓冲液浸泡原料，使得其蛋白质充分溶解，然后调节pH 或加入变性剂析出蛋白质或多肽，再通过分子筛层析柱纯化得到多肽。无论是物理提取法还是化学提取法，要求原材料中多肽含量丰富，但是植物中天然存在的肽类物质数量非常有限，直接提取难以满足规模化生产的需要。

微生物发酵法是利用微生物生长过程中产生的各种酶催化剂，水解原料中的蛋白质，继而产生水解多肽过程。微生物发酵法制备多肽具有工艺简单、成产效率高、成本低廉等优点，更容易实现工业化规模化生产，但是产生的多肽分离纯化较为困难。王姣琳等利用红曲霉和乳酸菌混合发酵藜麦，制备纯化ACE 抑制肽，经过条件优化后，最终降压肽的ACE 抑制率高达89.75%。目前常用于微生物发酵的菌种有枯草芽孢杆菌、乳酸菌、曲霉菌等。相比单菌发酵，复合菌含有的蛋白酶更多，对蛋白质的切割位点多，通过微生物酵解产生的多肽种类更为丰富。

水解法可分为酸水解、碱水解和酶水解。在食品领域，由于酸碱试剂的腐蚀性，通常不采用直接的酸碱水解技术。相较之下，酶水解法具有特异性强、提取率高、成本低、产品安全性高、整个过程条件温和、控制简单等特点，可以很好地满足实验和生产的需要。师景双等通过试验确定多种酶的最佳水解条件，进一步优化复合酶解条件，发现大豆蛋白浓度为8%，且各种酶在最佳酶解条件下，依次加入碱性蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶，得到的蛋白水解率最高达39.98%。酶水解法一般使用单个或多个特异性或非特异性蛋白酶，包括胃蛋白酶、碱性蛋白酶、胰蛋白酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、风味蛋白酶等。蛋白酶的活性随环境条件的不同变化很大，要达到最适宜的酶解效果，温度和pH 必须控制在最佳条件。此外，不同的反应条件如底物浓度、酶浓度、反应时间、预处理条件等均会影响蛋白质水解，进而影响多肽的得率。因此有必要结合水解底物和目标功能肽，对上述条件进行合理优化。

1.3 植物源性肽降压效果的评价方法

评价植物源性降压肽效果方法主要有体外验证、动物实验和计算机辅助验证（图2）。

图2 植物源性降压肽的评价方法Fig.2 Evaluation methods for plant-derived antihypertensive peptides

体外验证一般选用血管紧张素I 的体外类似物马尿酰-组氨酰-亮氨酸（HHL），HHL 可经ACE 水解成马尿酸（Hip）。当HHL 含量确定时，Hip 的生成量与ACE 含量呈线性相关。加入降压肽后，ACE 的活性收到抑制，导致Hip 生成量降低。因此，通过对比实验前后Hip 的产生量，可计算ACE 的活性，继而分析出降压肽的抑制活性。研究中通常用IC值来体现降压肽的抑制效果，IC数值越小表明降压肽的抑制活性越强。

动物实验一般分为两种，一种是对麻醉处理后的大鼠静脉注射六甲铵（降压药），去除肾素-血管紧张素之外的影响，然后依次注射ACE 抑制剂和血管紧张素Ⅰ。通过和对照组的比较来反应ACE 抑制肽的作用效果；另一种方法使用原发性高血压的大鼠，测量ACE 抑制肽干预前后动脉血压的变化，据此评价ACE 抑制肽的作用效果。第二种方法的给药方式可以是灌胃，也可以是静脉注射。

近年来，随着计算机技术发展，通过生物信息学和计算生物学技术评价食源性功能肽逐渐成为研究的热点。比如分子对接和人工智能技术已经逐渐应用于功能肽筛选，该类技术能够实现功能活性预测和构效关系分析，将极大提高降压肽的筛选效率。

2 植物源性降压肽的应用

食源性活性肽是ACE 抑制肽的重要来源，因其来源广泛、毒副作用小等优点受到国内外研究者的广泛关注。植物源性降压肽广泛存在于植物性蛋白质的水解产物中，其分离、纯化、鉴定和降压效果是当前研究的重点和难点。

2.1 小麦降压肽

小麦作为常见的粮食作物，在我国广泛种植。蛋白质约占小麦粉总质量的11.5%～12.5%，是其第二大组分。如何提高水解肽的得率和ACE 抑制效果，是当前研究的热点。有学者以麦胚蛋白或谷朊蛋白为原料制备多肽，发现超声辅助酶解处理可增强水解肽的ACE 抑制效果，同时酶和底物的比例、酶解时间均会影响多肽的得率和ACE 抑制活性。此外，周存山等利用中性大孔树脂对麦胚蛋白降压肽进行脱盐，发现处理后的降压肽粗提物回收率和体外降压活性均显著提高。Peng 等在制备多肽时，结合酶解位点的特征，创新性地利用绿假单胞菌蛋白酶制备小麦谷朊蛋白ACE 抑制肽，体外实验发现两种羧基端含有色氨酸的肽SAGGYIW 和APATPSFW 对ACE 有较好的抑制效果。体外实验虽证明小麦来源的降压肽对ACE 的抑制效果，但是宿主体内胃肠道环境相对复杂，尤其是胃酸和宿主蛋白酶对多肽稳定性的影响，导致体外实验的结果不能简单推及到体内。Zou 等采用自发性高血压大鼠对麦麸蛋白水解物进行评价，发现麦麸多肽对大鼠的肾素和ACE 具有明显的高抑制效果，且分子量<1 kDa 以下的多肽的抑制效果显著高于分子量>1 kDa 的多肽。可见，麦麸多肽可以通过抑制ACE 及肾素的活性实现降压功能，且小分子量多肽效果更好。综合来看，小麦中含有蛋白质种类较多，目前降压肽的研究主要围绕麦胚蛋白、谷朊蛋白、麦麸蛋白，虽然已经鉴定出一些具有明显ACE 抑制效果的多肽，但是对其作用位点和稳定性的评价较少，体内降压效果也多是聚焦在混合水解肽，单一ACE 抑制肽能否在体内发挥降血压作用尚未可知。

2.2 玉米降压肽

玉米蛋白粉是玉米湿磨法加工淀粉过程中产生的副产物之一，是制备玉米肽的原料。玉米肽具有易消化吸收的特性，已被国家食品药品监督管理局列入新资源食品清单，在医药、保健食品等领域显现出良好的应用前景。目前，玉米降压肽氨基酸序列及作用机理已逐渐被解析。有研究表明肽段的ACE 抑制活性与其氨基酸组成和一级结构有关：当肽C 末端为芳香族氨基酸（包括W、Y、F）和P 时，抑制肽的抑制活性增强；N 末端为疏水性的V、L、I 或碱性氨基酸（R、K、H）时，多肽与ACE 的亲和力较强，抑制活性最高。周明等以玉米黄粉为原料，通过体外实验发现4 种ACE 抑制肽，分别为AY、SAP、NAP、VNAP，和上述结论相符。相比小麦来源的降压肽，通过体内实验评价玉米降压肽的研究较多。研究发现，玉米多肽（AY、MI、LPP）对自发性高血压大鼠具有明显的降压效果，且其ACE 抑制活性在热处理和模拟胃肠消化后仍能保持。除玉米可食部外，玉米花丝也能制备降压肽。Li 等发现玉米花丝多肽（SKFDNLYGCR）可占据自发性高血压大鼠ACE 的底物结合通道，通过氢键与ACE 相互作用，从而抑制ACE 活性，显著降低模型大鼠的收缩压水平且存在剂量反应关系。综上，目前对于玉米降压肽的筛选不仅停留在体外实验阶段，动物实验的应用更能明确降压肽的体内作用效果，且对ACE 抑制机制的解析更能加深对降压肽的理解。考虑到玉米肽的商业应用前景，与玉米降压肽相关的人群干预可能成为未来研究的重点。

2.3 大豆降压肽

大豆是膳食中植物性蛋白的主要来源之一，其蛋白质含量丰富，约占36%～56%，是制备生物活性肽的良好原料。目前尚无大豆多肽引起不良反应的报道，其在饮食和药物中的应用价值越来越被人们所重视。Giovanna 等用胃蛋白酶水解不同豆类的蛋白质，发现大豆水解产物相比其他豆类的ACE 抑制效果更为明显，可见大豆是ACE 抑制肽的重要来源。研究发现，大豆蛋白水解产生的GVRP、IIVTP、IY、YVVF、LVF、WMY、LVLL、FF 可能在ACE 抑制过程中起主要作用，还发现短肽与ACE形成的氢键越多，其抑制活性就越强。Xu 等进一步验证大豆生物活性肽经氢键抑制ACE 的机理，发现多肽YVVF 通过氢键与ACE 的C 域受体有最大亲和力；通过体外模拟胃肠消化实验，发现大豆多肽消化后对ACE 的抑制效果不降反增，为进一步的体内实验奠定基础。Wang 等以去氧肾上腺素预收缩大鼠胸主动脉为试验对象，验证了大豆多肽QC、GPANV、PANV 的体内ACE 抑制活性，并发现其还有血管舒张作用，从而提出大豆肽的降压机制。此外，Song 等通过细胞实验，发现大豆多肽LSW 可以通过修复血管平滑肌细胞中miRNA 的表达来保护血管内皮细胞，减弱机体血管紧张素Ⅱ对血管内皮细胞的损害。综上可知，大豆中存在多种降压肽，这些降压肽的分子作用机制逐渐被解析，有助于其在功能性食品中的应用。

2.4 大米降压肽

大米是我国居民膳食中不可或缺的组成部分，其食用量占产品的80%以上。全谷物大米含6%～8%的蛋白质，氨基酸组成配比接近FAO/WHO 的推荐模式，是一种优质的植物蛋白，也是制备生物活性肽的良好原料。徐珍珍等将大米多肽与市售大豆蛋白肽、鱼胶原蛋白肽进行对比，发现大米多肽ACE 抑制IC最低，可见通过大米制备降压肽具有潜在的优势。体外实验证实大米多肽对ACE 的抑制作用，并发现小于3 kDa 时ACE 抑制率最高，达91.95%±1.63%，其中起主要作用的肽为VVFFAAAL。为了增强大米多肽的ACE 抑制效果，杨雪等在模拟胃肠消化中，使用双频顺序超声辅助处理，发现能显著提高大米多肽的ACE 抑制活性。大米多肽虽然对ACE 具有明显的抑制效果，但并不意味着能在机体内发挥降压作用。封张萍等以人脐静脉内皮细胞模型为研究对象，发现大米多肽VPFR 通过影响ACE 和ET-1 mRNA 表达量下调、ACE2 mRNA 表达量上调来抑制ACE 活性。Chen等通过动物实验发现多肽VNP、VWP 可以竞争性抑制ACE 活性，降低自发性高血压大鼠的收缩压。除了大米能够制备降压肽，米糠等加工副产物也是降压肽的重要来源。Shobako 等通过动物实验发现米糠多肽LRA 对自发性高血压大鼠的ACE 抑制性不强，但可以通过与NO 系统耦合的新途径放松肠系膜动脉，继而表现出血管舒张活性。Ogawa等通过随机、双盲、对照的临床干预实验，进一步确认了米糠降压肽LRA 能够显著降低收缩压，且未发现有严重的不良反应。目前关于大米多肽的研究相对深入，从体外实验、体内实验、临床试验均能证明大米多肽具有明显的降压效果，有助于大米多肽在功能性食品中的应用。目前关于机制方面的研究相对较少，大米多肽如何在体内发挥降压作用可能是未来研究的热点。

2.5 其他植物性食物降压肽

植物源降压肽的来源十分广泛，除了上述提到的食物种类以外，绿豆、榛子、葵花籽、高粱籽、大蒜、番茄也含有降压肽，并被证实具有良好的降压效果（表1）。在粮食作物中，杂豆往往被认为富含功能成分。李庆波等以绿豆为原料制备ACE 抑制肽，发现1～3 kDa 多肽的ACE 抑制活性最高，其中主要起作用是FLVNPDDNENL、FLVNPDDNENLRII和KDNVISEIPTEVLDL。此外，坚果富含蛋白质，也是降压肽的潜在来源之一。Liu 等发现榛子多肽ACE 抑制活性可达82.03%±2.61%，主要起作用的多肽为AVKLVL、YLVR 和TLVGR。除杂豆、坚果等传统食品原料外，植物种子也富含蛋白质。张孟凡等以葵花籽粕蛋白为原料，模拟体内消化后发现葵花籽粕ACE 抑制肽活性几乎不受胃肠蛋白酶影响，ACE 抑制率始终保持在90%以上，可以很好作用于靶组织。Wu 等从甜高粱籽中获取多肽TLS，发现其C 端的Ser 可与ACE 的S1、S2 口袋相互作用，从而抑制ACE 活性。此外，蔬菜中也存在降压肽。Moayedi 等从番茄废料中提取降压肽，发现分子量为500～800 Da 的肽段有高ACE 抑制活性。宋凯强等发现在最优条件制备下，大蒜降压肽的ACE 抑制率为83.91%±0.13%，且分子量3 kD 以下的多肽活性最佳。综上可知，植物性食物中普遍存在降压肽，对于主粮之外的植物源性降压肽的挖掘也应该得到关注。

表1 植物源性降压肽Table 1 Plant-derived antihypertensive peptides

3 结语与展望

植物源性降压肽是当前极具发展前景的食品功能因子，已经引起世界各国科学家的高度重视，不同来源降压肽的制备方法、结构解析和降压机理的研究得到快速发展。多种植物源性降压肽得到开发，起关键发挥作用的多肽和潜在分子机制也越来越清晰。部分功能降压肽已用于保健食品的开发，实现了工业化生产，为高血压的预防和控制提供了新的手段。

然而，植物源性降压肽的研究才刚起步，还有许多研究工作需要开展。比如酶水解的效率不高、酶切位点存在随机性、降压肽筛选效率低、降压肽分离纯化困难等问题限制着高活性降压肽的制备和应用。此外，诸多研究仅停留在体外实验阶段，人体的胃肠道消化环境极为复杂，体外ACE 抑制效果好的多肽能否在人体内发挥作用尚不确定，需要更多的临床数据加以支撑。随着合成生物学和生物信息学的发展，对蛋白酶的改造有助于高活性降压肽的制备。同时分子模拟技术和人工智能的技术的发展，复杂多肽的功能鉴定和构效关系研究会变得越来越容易。