生物活性肽的功能和应用研究进展

何帮林， 赵秀娟， 王洪荣

（扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009）

目前，我国用于饲料生产中的具有抗生素类添加剂（中草药除外）全部禁用。因此，寻找能代替抗生素功能的物质，以缓解在全面禁抗后畜牧养殖过程中出现的一系列动物健康问题迫在眉睫。研究发现，将大分子蛋白处理后可获得一类易消化吸收且具有多种生物功能的生物活性肽（Shen和Matsui，2019），并且机体可以完全利用活性肽直接参与体内蛋白的合成（蒋小丰，2014）。活性肽的吸收速度远高于氨基酸，这就避免了两种物质在吸收上存在竞争关系（Wei等，2020）。不仅如此，活性肽在体内还可以与矿物质及金属离子结合，形成螯合物（高嵩等，2017），提高体内矿物质和金属离子的吸收。这些活性肽由于包含不同的氨基酸谱而呈现出了一系列的功能特性（Alashi等，2013）。研究表明，活性肽具有抗氧化、降低胆固醇、抗菌、降血压、调节免疫活性等众多活性功能（Singh等，2014）。因此了解活性肽对机体健康的生理功能、吸收机制对畜牧生产实践具有重要意义。

1 生物活性肽的加工工艺

生物活性肽存在于富含蛋白质的原料中，但其只能在特定的条件下表现出活性。在饲喂高蛋白物质时靠机体自身的酶降解出来的活性肽的含量往往很低，这需要在体外将这些高蛋白的物质进行进一步的加工提纯，制成机体可以直接利用的活性肽产品，以使其功能作用最大化。目前活性肽的体外制备主要有发酵、酶解等方法。

1.1 发酵 目前，活性肽生产的有效方式是通过发酵进行。在乳制品的发酵中，蛋白质水解会产生具有类似于阿片物质的生物活性肽，这对机体的健康会产生直接影响。目前国内外的微生物研究中均发现，很多微生物都具有将蛋白水解释放出生物活性肽的功能。发酵生产活性肽除了在乳制品上以外，也可利用大豆、大米以及小麦为原料得到。Hatis等（2014）发现，乳酸菌培养物可以水解大豆蛋白来产生具有活性的大豆活性肽。微生物发酵的优点是能够更好地去除原料中的抗营养因子和一些蛋白抗原成分，并且在发酵过程中加入酵母菌、米曲霉、乳酸菌等菌株，还可产生某些发酵香味，可以提高动物的采食量以及改善动物胃肠道的微生物环境。

1.2 酶解 酶解是生产活性肽最快、最安全以及操控性最好的手段。利用蛋白酶水解制备活性肽在豆类植物上已有众多研究成果，如碱性蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶和嗜热赖氨酸等，这些都被用于从蛋白中生产生物活性肽。研究发现，活性肽的制备不仅与酶种类有关还与酶/底物之间的关系、蛋白质的预处理、水解时间和酶组合等加工变化有关，这对生成的肽以及其生物活性起着重要作用。在这方面，Rui等（2012）在用碱性蛋白酶/风味酶组合水解前经过15 min煮沸大豆蛋白后，蛋白水解度（DH）显著增加。

2 生物活性肽的功能

2.1 生物活性肽的降胆固醇功能 生物活性肽在对高血脂尤其是高胆固醇血症的预防和治疗中表现出了巨大的应用潜力。研究表明，大豆蛋白可以降低机体血液中的胆固醇水平。大豆蛋白水解物具有更强的降低血清胆固醇作用，这表明大豆肽可能存在特异性降低胆固醇的成分（Potter，1995）。除了大豆，牛奶产生的活性肽也是降低胆固醇的另一个重要来源。Nagaoka等（1999）对牛奶酶解后的水解物分离出了低胆固醇肽，并鉴定名为IIAEK，在大鼠试验中表现出比β-谷甾醇更显著的降低胆固醇的作用。此外在采用木瓜蛋白酶对猪肉蛋白进行水解后，水解物对高胆固醇大鼠具有降低的作用（Aoki和Ueda，2013）。

2.2 生物活性肽的抗氧化功能 具有抗氧化功能的活性肽分子质量在500～1800 Da。Starzyńska-Janiszewska等（2019）在使用藜麦作为发酵底物的研究中发现，水解后藜麦的抗氧化活性增强。Peng等（2009）在使用蛋白酶对乳清蛋白进行水解后发现，乳清蛋白具有明显减少自由基的能力。Bougatef等（2010）在使用多种体外抗氧化剂的试验中，报告了不同蛋白水解物的抗氧化活性，如小鼠肝脏匀浆中脂质过氧化抑制以及β-胡萝卜素漂白试验。Saidi等（2014）利用自由基消除测定、羟基自由基清除测定、亚铁离子螯合活性和亚油酸自氧化的抑制，评估了金枪鱼水解肌肉肽组分的抗氧化特性。以上研究表明某些生物活性肽具有抗氧化功能。

2.3 生物活性肽的免疫调节功能 以各种蛋白质为来源的活性肽基本上具有免疫调节作用。未处理的蛋白质在胃肠道消化中会自然释放出一部分，这部分会对下游免疫反应以及细胞功能进行调节。用牛奶酶解出的活性肽被证明可以调节抗体的产生，此外，乳铁蛋白经过胃蛋白酶水解后显著增加了小鼠脾脏细胞中的免疫球蛋白（Ig）。不仅如此，乳铁蛋白酶解物还在脾脏中产生大量对T细胞具有依赖性抗原的抗体，从而对免疫系统产生积极的影响。除了对脾脏具有免疫调节功能，也会提高肠道中免疫球蛋白A（IgA）的含量，这表明活性肽在增强黏膜免疫方面同样存在益处。除牛奶外，具有免疫调节功能的活性肽同样也存在于其他蛋白质中，例如鸡蛋以及大豆蛋白。研究发现利用卵清为原料制成的蛋白肽可以增强巨噬细胞活性来发挥免疫调节作用（Tezuka和Yoshikawa，1995），而禽蛋类中存在的黏蛋白肽也有增强巨噬细胞活性以及诱导细胞因子分泌而起到免疫调节的作用（Holen等，2001）。鉴于活性肽具有的诸多生理功能，这就使其可以作为天然原料用于食品及饲料加工工业的开发，根据上述，本文总结了常见的活性肽制备来源及功能（表1）。

表1 常见生物活性肽的来源及功能

3 生物活性肽在胃肠道中的吸收

3.1 被动吸收 在饲喂活性肽后，将会暴露在胃肠道的多种酶和化学环境中。此后它们将通过各种吸收机制穿过上皮细胞进入肝静脉循环中，在这一过程中活性肽就很有可能在肝脏细胞中被代谢。由于肠道具有巨大的表面积，这就使得在不需要转运蛋白的情况下可以大量的吸收活性物质（Helander和Fa..ndriks，2014）。活性肽由于具有亲脂性，这是能够穿过肠细胞亲脂双层膜的重要原因。Schwochert等（2015）发现，通过添加亲脂性氨基酸残基来修饰环形肽可以增加活性肽的被动运输能力。此外，活性肽的转运还可以通过紧密连接在细胞间隙中被吸收，但是这种途径的吸收效率是有限的。

3.2 主动吸收 活性肽吸收还可以通过跨膜转运蛋白进行吸收，肠道中的肽转运蛋白主要介导寡肽（二肽、三肽和氨基酸）吸收。如肽转运蛋白1（PepT1）和肽转运蛋白2（PepT2），它们位于小肠刷状缘上皮的顶端。转运蛋白同样存在于肠细胞的顶膜中，称为外排转运蛋白，例如，ABCB1或P-gp是一种主动转运蛋白，主要位于肠腔膜细胞的顶膜，但也会在肝脏细胞以及肾脏细胞中表达。P-gp可以利用ATP来消除细胞内的药物以及一些外来生物活性分子（Varma等，2003）。除了以上两种转运方式以外，活性肽在体内还可以通过囊泡的形式通过上皮细胞进行吸收。

4 生物活性肽在动物生产上的应用

4.1 单胃动物 活性肽在单胃动物上的应用比在其他方面更广泛。研究表明，在哺乳仔猪日粮中添加4%的活性肽可以有效地提高仔猪的生长性能以及免疫器官的活性指数（汪官保，2007）。此外，在断奶仔猪日粮中添加大米活性肽，结果显示，可以降低料重比以及显著增强抗氧化能力和免疫功能（李新国等，2014）。Wu等（2012）发现，天蚕素可以降低仔猪感染大肠杆菌的可能性，并增加肠道内乳酸杆菌的含量。而Chu等（2016）肉鸡日粮中添加活性肽对肉鸡的抗病毒能力具有良好的增强作用。此外，在以玉米和豆粕为基础日粮的肉鸡饲养中添加2.55%的活性肽可以增加日增重以及雏鸡的营养摄入量（Opheim等，2016），同样饲喂5%的大西洋鲑鱼蛋白水解产物的肉鸡比饲喂含有4%鱼粉的肉鸡表现出更好的生长性能（Frikha等，2014）。Abdollahi等（2018）的研究也发现，饲喂大豆活性肽对肉鸡增重和饲料转化率有着显著的提高作用。

4.2 水产动物 增长速率是作为水产养殖中一个特别重要的经济参数，添加生物活性肽作为生长激素的替代品来保证养殖中的高增长率显得极为重要。周兴旺等（2011）发现抗菌肽S807会提高水产动物产量以及降低其发病率。而李清等（2004）在对鲤鱼肉质的影响中发现，活性肽会提高鲤鱼肌肉中各种营养物质的含量。此外，Aksnes等（2006）将鱼类蛋白活性肽添加至饲料进行饲喂时发现，其可以增加水产动物的生长性能以及增加血浆和肝脏中IGF-I基因mRNA的表达。由于鱼类的采食量较小，因此添加量以及添加活性肽中的游离氨基酸水平也存在着限制，因为高水平的游离氨基酸会抑制幼鱼胰腺的成熟，从而影响鱼体消化模式的形成。值得一提的是，当摄入含高水平生物活性肽饲料时，可能会使体内肽转运机制饱和，从而影响鱼体的发育。

4.3 反刍动物 在反刍动物的日粮中添加生物活性肽可以起到改善营养物质吸收，提高瘤胃发酵功能和减少甲烷等有害气体排放等作用。Tao等（2021）进行体外模拟瘤胃发酵的试验中发现，添加活性肽可提高蛋白质的吸收且不会对瘤胃降解纤维素和产生VFA造成不利影响。豆粕作为反刍动物养殖中最为常见的蛋白质原料之一，在经过酶解制成大豆肽后饲喂泌乳奶牛可以增加泌乳量以及提高犊牛的生长速度 （Radivojevic等，2011）。此外，抗菌肽作为天然存在于机体内的一种生物活性肽，除了由于其对病原菌具有高效的杀菌活性外，Cheema等（2011）还发现，在日粮中添加活性肽对反刍动物瘤胃菌群具有调节改善作用，这对需要高能量高蛋白水平的乳制品生产系统显得尤为重要。

5 生物活性肽应用的前景

生物活性肽是一种用途广泛，可调节动物机体功能的活性物质，其可以保护机体免遭多种疾病以及被感染的困扰。由于其营养功能使其成为替代众多添加剂的重要选择。活性肽的研究已经广泛在体外（分子和细胞水平）或体内（通过动物试验）中进行。到目前为止，已经进行了很多在胃肠道中关于活性肽行为的研究，但活性肽在肠道上皮细胞区域仍可能存在生物耐药性，为了确保活性肽可以完全的被门静脉循环吸收，这就需要通过进一步的体内试验来确认活性肽片段的生物利用度。此外，还可以通过荧光活性物质来准确确定生物靶点，尤其是在细胞组织上进行更加有效。这个方法有助于评估活性肽在生命中的轨迹及其在机体生理转化中的作用。

目前，生物活性肽的制备、生产以及如何添加到畜禽饲料中还需要进一步的深入研究。而生物活性肽的结构、生物利用率、生物活性和毒性等评价方法是至关重要的。活性肽存在着众多挑战的同时也在这个领域中迸发出巨大的希望。这需要进一步的研究活性肽-受体相互作用的特征，为未来开发新型饲料添加剂探索结构活性关系提供依据。