乳清蛋白及其活性肽在临床营养支持治疗中的应用

李云亮，刘晓霜，徐雅宣，赵博博，阮思煜，姚筠，马海乐

（1.江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江 212013；2.镇江市钧耀芳华生物科技有限公司，江苏镇江 212013）

0 引言

临床营养支持治疗是指给不能进食或进食不足的患者提供精准营养支持，以达到纠正或预防营养不良并加速恢复健康的目的[1]。临床营养支持治疗发展至今已完成了从纠正营养不良的辅助治疗方式到提高临床疗效的主要或次要治疗方式的角色转变[2]，挽救了无数危重患者的生命。营养支持治疗分为肠内与肠外两大方式，随着研究和应用的不断发展，肠外营养支持方式弊端尽显，逐渐转变为以肠内为主、肠外为辅的治疗方式[3]。肠内营养作为生理性营养支持途径，提供给患者的营养制剂要符合患者生理状况。蛋白质是人体生命活动中必需的重要物质，有助于构成或修复人体组织[4]，其中乳清蛋白具有高生物价、高消化率、含多种活性成分等特点，在临床患者的肠内营养支持治疗中备受青睐，在全营养蛋白质组件及某些特定全营养制剂中添加量可达20%～90%[5]。

乳清蛋白是乳清中一众蛋白混合物的总称，占乳总蛋白的15%～20%，包括β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白、糖巨肽（Glycomacropeptide，GMP）、乳过氧化物酶和乳铁蛋白等[6-7]，其中前三者是肠内营养制剂中优质蛋白质、必需氨基酸与支链氨基酸的重要来源[8]。同时，乳清蛋白也是生物活性肽的前体物质，通过蛋白酶或发酵将其水解后可释放出具有不同生物活性与生理调节功能的多肽，更易被肠道直接吸收，对患者的消化负担小，还可以参与免疫、心脑血管、神经和胃肠道等系统的调节和修复[9-11]。本文拟对乳清蛋白及其活性肽的临床生理功能特性进行综述，以期为研究乳清蛋白及其活性肽在临床肠内营养支持治疗中的应用发展提供科学依据和理论参考。

1 维护和促进心脑血管健康

据WHO专家组报告，心血管疾病是全球第一大死亡原因，相关患者通常表现为血压、血糖和血脂升高，更易受到一些传染病（如新型冠状病毒2019-nCoV）感染，导致较高的死亡率[12]。乳清蛋白及其活性肽具有降血压、降血糖、降血脂的生理功能，可以维护和促进心脑血管健康。

1.1 降血压

高血压病在心血管疾病中最为常见，已经成为导致心脑血管疾病的主要风险因素[13]。Nakamura等[14]的人群研究发现定期摄入钙有助于预防和治疗非维生素D缺乏症患者的高血压。而乳清蛋白中含有高剂量和高质量的钙，每100 g乳清蛋白可提供500～800 mg钙[15]，故摄入乳清蛋白可以起到补钙降压的作用。

血管紧张素转移酶(Angiotensin Converting Enzyme，ACE)是调控血压的一个关键因素，食源性ACE抑制肽已经成为降血压功能食品的研究热点，相关机理如图1所示[16-18]。乳清蛋白酶解物多肽可通过抑制ACE活性来调节血压[19]，吴琼英与马海乐[20-21]利用乳酸菌产生的蛋白酶系将乳蛋白降解，得到含有多种营养成分并对ACE具有抑制作用的发酵乳，当乳清剂量为20 mL/kg时对原发性高血压大鼠的降血压效果最好，最大降压值为（25.50±10.20）mmHg。

图1 ACE升压代谢通路图

Ballard等[22]从乳清蛋白水解物中分离出一种新型多肽（一氧化氮肽，NOP-47），可以增加内皮细胞NO的合成，NO作为一种有效的血管扩张剂，可以发挥调节血压和改善血管内皮功能的作用。杨晶[23]的研究表明乳清蛋白进入人体后可被消化酶系水解为活性肽，调节超重肥胖高血压患者的收缩压，改善高血压患者的血管内皮功能及结构。

目前用来治疗高血压的合成ACE抑制剂服用后会产生诸如咳嗽、味觉紊乱和皮疹等副作用，如果给肾衰竭患者服用高剂量卡托普利甚至会出现蛋白尿和血液恶化等症状[24]。乳清蛋白ACE抑制肽安全、无毒副作用，但是长链的乳源性ACE抑制肽大部分难以穿过肠道上皮细胞屏障，在肠道内会被逐步消化降解失去降压活性[17]。故开发能直接吸收的短链乳源性ACE抑制肽应用于临床营养支持治疗应是未来的研究方向之一。

1.2 降血糖

餐后血糖的异常升高是心脑血管疾病的危险因素之一，研究显示[25-27]，在日常饮食中添加乳清蛋白能改善糖尿病患者的胰岛素抵抗，其体内的血浆甘油三酯与胰岛素水平均有所下降。这主要是因为乳清蛋白消化分解后产生的活性多肽，能抑制二肽酰肽酶-4的活性，诱导肠道激素释放[28]，如胆囊收缩素、YY肽、肠促胰岛素胃抑制肽和胰高血糖素样肽1[29-30]，从而促使胰岛素分泌[31]，延长胰岛素分泌多肽发挥作用的时间[32]，还可增强生热作用[25]。

乳清蛋白含有丰富的亮氨酸，能刺激胰岛素分泌、控制血糖、保护瘦体组织、减少脂肪合成，使机体产生饱腹感，减轻糖尿病患者“三多一少”的症状[13]。乳清蛋白中还含有大量半胱氨酸，半胱氨酸是体内还原型谷胱甘肽（Glutathione，GSH）的前体物质，后者是机体内抗氧化体系的关键组分，能够通过增强胰岛素敏感性和诱导胰岛β细胞释放胰岛素来维持血糖稳定，从而抑制餐后血糖的升高[33]。Blouet等[34]研究发现，乳清蛋白中富含半胱氨酸的α-乳白蛋白可以通过GSH的介导作用抑制餐后血糖上升，从而有利于餐后葡萄糖稳态。Belobrajdic等[35]观察到富含α-乳白蛋白的高乳清蛋白饮食可以降低大鼠血浆胰岛素浓度（40%）并提高胰岛素敏感性，起到减少体重增加的作用。

1.3 降血脂

高血脂症和冠心病是我国目前发病率较高的慢性病，其诱因均为血液中胆固醇浓度过高。乳清蛋白中含有7%的脂类，其中50%是磷脂，磷脂对心血管健康有潜在的保护作用，可以有效降低血液中的胆固醇浓度[15]。此外，乳清蛋白与大豆蛋白[36]等食物蛋白质经消化道进入人体后，经酶解生成的降胆固醇肽类，可通过减少极低密度脂蛋白和低密度脂蛋白的含量而起到降低血清胆固醇浓度的作用，从而预防血管发生动脉粥样硬化并保护心脑血管健康[13,37]。Nagaoka等[38]首次从β-乳球蛋白的胰蛋白酶解液中分离出一种五肽（Ile-Ile-Ala-Glu-Lys），可以降低胆固醇的胶束溶解度，并抑制胆固醇的吸收。与药物β-谷甾醇相比，该肽在大鼠体内表现出更强的降胆固醇活性，同时血浆甘油三酯水平也有降低趋势。张宇等[39]采用胰蛋白酶和中性蛋白酶双酶水解乳清蛋白后得到的活性肽可显著降低小鼠血清总胆固醇水平，降低率达36.3%，与孙丹丹[40]的酶解乳清蛋白制备降胆固醇肽的动物试验结果一致。但是目前关于乳清蛋白降胆固醇肽的研究较少，其作用机理也并未完全明确，除抑制胆固醇吸收外是否还存在其他途径，未来可就此方面开展深入研究。

2 抗氧化与抗应激

乳清蛋白发挥抗氧化的作用机理有3个：一是清除自由基，二是减少氢过氧化物，三是螯合金属离子[41]。乳清蛋白富含的半胱氨酸是体内抗氧化剂GSH合成的限制性氨基酸，起到还原剂作用，是保护细胞免受自由基和氧化应激损伤的关键分子[42-43]。补充乳清蛋白可维持细胞高GSH浓度和提高细胞抗氧化防御能力，以促进对致癌物的解毒作用[13]，并提高对HIV病毒的抑制能力[44]。此外，乳清蛋白中含有的乳铁蛋白作为转铁蛋白家族中的一员可作为抗氧化剂与铁结合[15]，并转移游离铁和其它二价金属离子，有效地抑制了铁催化的脂质氧化过程，阻断氧自由基的生成，进而降低氧化应激反应，是理想的抗氧化剂[33]。

研究表明[45]，乳清蛋白多肽在改善机体代谢紊乱、清除自由基等方面的效果比未水解的乳清蛋白更好，可能是由于肽段只有处在适当相对分子质量时，它所含有的供氢基团（某些能与自由基反应的特殊基团）才能得到最大暴露，并与自由基充分反应，发挥抗氧化作用[46]。凌玉芳等[47]的研究表明乳清蛋白经胃蛋白酶与胰蛋白酶双酶酶解后得到的抗氧化肽相对分子量主要分布在369～1 980 u。陈苏婉等[48]利用副干酪乳杆菌自身的蛋白酶系对发酵乳中的乳蛋白进行水解，得到了活性较高的抗氧化肽，从而获得高生理活性的功能性乳制品。

乳清蛋白及其活性肽能够通过其抗氧化活性，在乳腺、前列腺、胃肠道等多部位、多细胞系的肿瘤预防和炎性肠病等与机体氧化状态密切相关的疾病治疗中发挥重要作用[32,49-50]。危重症患者、围手术期患者、缺血性脑卒中患者、骨折病人等由于营养不良、感染、术后多种应激激素分泌增加等原因，机体常处于应激性的高代谢状态[51]，术前口服乳清蛋白能够减少患者因禁食带来的应激与术后血糖的应激性增高[52]，降低胰岛素水平及胰岛素抵抗指数等[53]，明显减轻患者对疼痛的敏感性、焦虑和应激反应[43,54]，同时降低并发症发生率[55]，改善治疗效果。

3 抗病毒与抑菌

乳清蛋白本身含有几种具有抗病毒、抗菌特性的活性成分，如免疫球蛋白[33,43]、乳铁蛋白[56]等。乳清蛋白富含的乳铁蛋白可通过与病毒或者病毒与细胞的结合位点相结合的方式来竞争性地抑制病毒的入侵[57]，并夺取致病菌（如革兰氏阴/阳性菌、酵母菌、丝状菌等）的铁离子致使后者死亡[32-33]。Habib等[58]的研究表明乳铁蛋白作为天然的铁螯合剂，可以与冠状病毒的多种受体结合，从而阻止它们进入宿主细胞。同时，乳铁蛋白也可以抑制病毒的复制，减少病毒繁殖，阻抑细胞受体，使病毒与受体的识别受限[43]。乳铁蛋白已被证实会阻碍裸病毒和包膜的DNA和RNA病毒，如HIV、乙型和丙型肝炎病毒、人类乳头瘤病毒和甲型流感等病毒的活动[58]。乳铁蛋白还具有调节巨噬细胞活性和刺激淋巴细胞合成的能力[59]，Welsh等[60]的研究表明口服乳铁蛋白能增强巨噬细胞对结核分枝杆菌的杀伤作用，减少免疫介导的组织损伤。

乳清蛋白经水解加工后，也可以产生抗病毒与抑菌活性肽。Demers-Mathieu等[61]从乳清蛋白胰蛋白酶水解液中获得了多个来自β-乳球蛋白的抑菌肽（一般大于8个氨基酸），对李斯特菌与金黄色葡萄球菌具有明显的抑制作用。柯德森等[62]的研究表明乳清蛋白水解后产生的抑菌肽的抗菌活性强弱与水解程度密切相关，当胰蛋白酶水解程度小于12 mg/mL氨基酸时呈正相关；水解程度大于12 mg/mL时呈负相关。此外，乳清蛋白经凝乳酶水解后可产生能与霍乱毒素、大肠杆菌毒素结合的GMP，因其具有与病毒受体十分相似的结构特性还可以吸引病毒进行黏附，从而干扰病毒与受体结合，起到抑制病毒感染的作用[32]。此外，GMP也具有益生元特性，可促进肠道有益菌（乳酸杆菌、双歧杆菌等）的增殖，有效提高人体对外界病原体的抵御能力[63]。乳清蛋白中的乳铁蛋白还可以在酸性条件下被胃蛋白酶水解释放出牛乳铁蛋白Bf18-36和乳铁蛋白肽f268-284，这两种抗菌肽对热和pH稳定且具有广谱抗菌性，可以发挥其在体内的杀菌作用[64]。以上由乳清蛋白水解形成的抗菌、抗病毒肽均由消化道蛋白酶酶解产生，具有较高的安全性和应用前景。

4 抗炎症

乳清蛋白中含有的支链氨基酸、乳铁蛋白、α-乳白蛋白等成分可抑制白细胞介素6和各种其他炎症介质的形成[65]。周婕慧等[66]在研究乳源性多肽Gln-Glu-Pro-Val-Leu的抗炎能力时发现，在100 mg/kg剂量下灌喂急性炎症小鼠30 d可以显著降低血清NO浓度，并显著提高其体内各种还原酶的酶活与机体抗氧化能力，缓解炎症引发的氧化应激状态，从而起到抗炎的功效，且多肽剂量愈多，其抗炎效果愈强。马烨[67]选用碱性蛋白酶酶解乳清蛋白得到8条具有抗炎活性的肽段，其中肽段Asp-Gln-Trp-Leu在10μg/mL和100μg/mL两个浓度水平上均表现出最强的抗炎活性，能有效抑制脂多糖诱导后的巨噬细胞中炎症因子的表达水平。

乳清蛋白抗炎症的生物活性在慢性阻塞性肺疾、肺结核、胰腺炎等疾病的临床营养治疗中发挥了重要作用。β-羟基-β甲基丁酸是亮氨酸代谢过程中的天然产物，已被证实可以增加肌肉合成、减少肌肉分解，并且具有抗炎作用[54]，临床上可以减少慢性阻塞性肺疾患者的肌肉消耗，改善肺功能[68]。富含亮氨酸的乳清蛋白可起到相同的作用，Jonker等[69]的研究表明乳清蛋白膳食可以有效地刺激以营养耗竭为特征的慢性阻塞性肺疾患者的全身蛋白质合成代谢，减少炎症。Sugawara等[70]研究发现，给患有慢性阻塞性肺疾的老年患者使用具有抗炎作用的含乳清蛋白肽的营养补充剂和运动疗法，不仅可以增加患者体重，还可以抑制全身炎症，从而提高运动耐受性和生存质量。周国超等[71]将42例重症胰腺炎伴低蛋白血症患者分为试验组与对照组，两组均增加肠内营养，其中试验组增加分离乳清蛋白，发现两组蛋白水平均有所恢复，但只有试验组各项生化指标达到正常水平。目前临床上使用的抗炎症的化学药物主要有甾体抗炎药（糖皮质激素等）和非甾体抗炎药（阿司匹林、对乙酰氨基酚等），合适的抗炎剂需要因人而异，遵循个别化原则，而乳清蛋白的抗炎症效应可作为一个补充和拓展。

5 抗肿瘤与抑癌

乳清蛋白作为一种无毒副作用的天然食品，含有的多种生物活性成分可以调节肿瘤异常代谢并抑制其生长，从而减少恶性肿瘤患者的化疗耐药性及敏感性，提高患者生存质量[72]。乳清蛋白中的乳铁蛋白可通过抑制癌细胞选择性作用的分子靶点的活性来诱导癌细胞凋亡（细胞内效应），也可以通过与铁等金属离子螯合的方式（细胞外效应）来降低遗传物质的氧化风险，减少组织细胞癌变的可能[73]。Teixeira等[74]研究发现，与酪蛋白喂养的大鼠相比，喂食α-乳清蛋白的雌性大鼠的乳腺肿瘤发展缓慢，数量减少，大小、体积、增殖指数和发生率均显著降低。曾珍等[75]对化疗期间荷瘤鼠的营养状况进行研究后发现，乳清蛋白使小鼠血液中GSH的含量增高，同时可以负反馈调节癌细胞中GSH含量，提高机体抗氧化应激的能力，延长存活时间，与Cheng等[76]的研究结果一致。谢芳[77]则在临床上研究了乳清蛋白联合肠内营养制剂对肿瘤化疗患者的营养效果，结果显示治疗后补充乳清蛋白制剂的试验组的营养指标与免疫指标均高于对照组，且不良反应的发生率更低。成倩倩[78]对乳清蛋白多肽Met-Glu-Ile-Asn的抑癌作用进行了探究，发现试验组肺癌小鼠的平均瘤体积、各类炎性细胞、细胞炎症因子IL-6等的含量均低于对照组，而血清中的免疫球蛋白lgA含量显著增高，说明乳清蛋白多肽可以加强机体的免疫应答作用。Mann等[79]的研究也同样表明活性乳清蛋白因子与药物联合使用可以提升对肿瘤细胞的杀灭作用。综上所述，乳清蛋白及其活性肽可以通过增加淋巴细胞中GSH含量而降低癌细胞中GSH含量来提高患者机体免疫力和改善机体营养状况，并通过调节炎症因子、控制肿瘤细胞分化程度来抑制肿瘤的生长。

6 结语与展望

乳清蛋白因其自身所含的多种活性成分及其活性肽可以在临床肠内营养支持上发挥重要作用，如维护心脑血管健康、抗氧化与抗应激、抗病毒与抑菌、抗炎症以及抗肿瘤与抑癌等。随着对生物活性肽研究的兴起，人们从关注多肽消化吸收的营养学特性逐渐转向对其多样化的生物学作用的研究，而乳清蛋白及其活性肽在临床营养支持治疗的应用方面拥有潜在的巨大研究价值。虽然乳清蛋白活性肽作用机理已被阐明，但其在机体内的吸收、分布、生物转化及排泄等代谢动力学的研究尚不充分，其大多数功能特性研究尚处于体外、细胞、动物试验等实验室阶段，缺乏充足的人体临床试验数据。未来科研人员可就其临床功能特性开展深入研究，并反馈于原料研发和生产，不断精进改良活性肽的制备工艺，以取得更好的临床营养支持治疗效果。综上所述，将乳清蛋白及其活性肽应用于临床营养支持治疗中，不仅可以促进乳清蛋白产品的营养功能提升，提高乳清蛋白产品的附加值，更对我国食品科学及临床营养的发展具有重要的指导意义。