水产胶原蛋白及其生物活性肽的研究进展

◎ 宋彦卓，于明晓，康春梅，黄周金

（美泰科技（青岛）股份有限公司，山东 青岛 266400）

胶原蛋白是动物结缔组织最丰富的蛋白质，主要存在于皮肤、肌肉、骨骼、韧带、牙齿和血管等部位[1]。目前已知存在29种胶原蛋白，其中I、II、III、IV、V和XI胶原蛋白较为常见[2]。胶原蛋白是由3条肽链构成的三螺旋结构，其多肽链包含由（Gly-X-Y）n构成的重复序列结构，其中X多为脯氨酸，Y多为4-羟基脯氨酸[3]。胶原蛋白能够维护细胞、组织、器官的正常生理功能和损伤修复，作为新生组织的天然结构支架，在伤口愈合的所有阶段，包括止血、炎症、增殖和重塑都发挥着重要作用[4]。本文主要从水产胶原蛋白提取方法、水产生物抗氧化肽、抗菌肽和降糖肽等角度对水产胶原蛋白及生物活性肽进行研究与综述，为水产胶原蛋白及生物活性的后期研究提供帮助和借鉴。

1 水产胶原蛋白

水产胶原蛋白主要以鱼皮、骨骼、软骨和鳞片等为原料而制备，具有生物相容性好、无动物疾病及病原体风险、生物污染物和毒素含量低等优势，近年来已引起研究学者的广泛关注。与牛或猪等哺乳动物来源的胶原蛋白相比，水产胶原蛋白的生物利用率更高，且具有低抗原性、低致敏性等特点[5]。水产胶原蛋白在氨基酸组成和生物相容性方面与传统的牛和猪胶原蛋白相似。由于鱼类来源的胶原蛋白中脯氨酸和羟脯氨酸的含量较低，与哺乳动物胶原蛋白（39～40 ℃）相比，鱼胶原蛋白具有较低的变性温度（大多数鱼种为25～30 ℃）和可变成分[6]。

1.1 鱼皮胶原蛋白

鱼皮中的胶原蛋白通常为I型胶原蛋白，其含量占总量的80%。鱼皮胶原蛋白具有高分散性、吸水性和乳化性，表现出良好的保水能力，无刺激性。研究表明，鮰鱼鱼皮和鲅鱼鱼皮酸溶胶原蛋白的变性温度分别为36.5 ℃和27.5 ℃，从罗非鱼、鲶鱼、鲳鱼和鲭鱼的皮肤中提取胶原蛋白需要较低的提取温度（略低于 13.26 ℃）[7-8]。

1.2 鱼鳞胶原蛋白

鱼鳞中获得的胶原蛋白具有典型的I型胶原蛋白的特性，包括由两条α1链和一条α2链构成的三股螺旋结构。鱼鳞胶原蛋白具有生物相容性、保湿性和可生物降解性。研究表明，自罗非鱼、鲶鱼、鲳鱼和鲭鱼的鳞片中提取胶原蛋白需要较低的提取温度（16.60～19.03 ℃）和较长的提取时间，与鱼皮相比，提取率更低[9]。鱼鳞胶原蛋白具有较好的吸水性，可用于医药领域。王茵等[10]以鱼鳞胶原蛋白与壳聚糖按比例制备止血海绵，试验证明，该海绵具有多孔三维立体结构，对皮肤无刺激性和致敏性，是创伤修复生物材料的理想来源。

2 水产胶原蛋白的提取方法

水产胶原蛋白的提取方式一般可分为酸法、酶法、碱法以及温水浸提法等。胶原蛋白纤维以三螺旋形式存在，由于稳定的分子间和分子内氢键交联结构，胶原蛋白纤维不易溶于水。一般来说，根据原料和提取方法不同，可以进行碱性或酸性预处理。稀酸或稀碱预处理可使胶原蛋白溶胀，并保持胶原蛋白结构完整。此外，在提取前需要对原材料进行软化，以保证高效提取来自机体中矿物质含量较高部分（如骨、软骨和鳞片）的胶原蛋白。LIU等[11]利用碱预处理和酸提取方法制备草鱼皮酸溶胶原蛋白（ASC）。结果显示，采用0.2 mol/L和0.5 mol/L的NaOH预处理会造成ASC的提取率明显降低，0.5 mol/L的NaOH预处理会引起ASC发生结构改变。当乙酸浓度为0.1～0.5 mol·L-1，ASC提取不完全。最优方案为在4～20 ℃条件下，0.05 ～ 0.10 mol·L-1NaOH 预处理、0.5 mol·L-1乙酸提取，所得胶原蛋白结构完整，提取效率最高。

3 水产胶原生物活性肽

生物活性肽对身体功能产生的有益影响超出了其已知的营养价值。生物活性肽具有多种生理活性，包括抗高血压、抗菌、抗血栓、免疫调节、抗氧化和矿物结合功能[12]。

3.1 抗氧化活性肽

鱼类资源丰富，易于捕获，是制备抗氧化活性肽最常用的原料来源。WU等[13]从鲑鱼皮胶原蛋白酶解产物中分离出抗氧化活性成分（＜3 000 Da），通过分子排阻色谱进一步纯化抗氧化肽，发现分离组分能够降低人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中DPPH·（73.29%±1.03%）、OH·（72.73%±3.34%）和胞内ROS水平，保护DNA免受氧化损伤。该组分的氧化自由基吸收能力（ORAC）为（2.78±0.28）mmol TE·g-1。鉴定抗氧化肽序列为Pro-Met-Arg-Gly-Gly-Gly-Tyr-His-Tyr，该肽通过ORAC测定显示具有较好的抗氧化活性（2.51±0.14） mmol TE·g-1。

3.2 降血压活性肽

近期研究发现水产胶原肽产品具有较好的降血压功效。ZHUANG等[14]评估了长期口服海蜇胶原蛋白肽（JCP）对血管性高血压大鼠（RVHs）的降压作用。结果表明，摄入JCP后，RVHs的收缩压和舒张压明显降低。但在长期口服大剂量JCP治疗期间，虽然其血浆中血管紧张素II（Ang II）浓度无显著变化，但对RVHs肾脏中Ang II浓度仍表现出明显的抑制作用，该结果提示肾脏是JCP的主要靶标部位。孙珊珊等[15]通过复合蛋白酶水解罗非鱼鱼皮，制备降压肽。采用超滤法对酶解物进行分离纯化，并分析具有较高ACE抑制活性的肽段的氨基酸序列。结果提示，相对分子质量低于2 000 Da的组分，其主要包含Gly和Pro两种氨基酸，ACE抑制活性最高（65.14±0.88%）。

3.3 抗菌肽

抗菌肽相对分子量小于10 kDa，其中疏水性氨基酸含量较高。OUYANG等[16]开发了一种壳聚糖-罗非鱼胶原肽水凝胶（CSMP），该凝胶显示出良好的抗菌活性、能够促进细胞增殖、迁移以及烧伤伤口的愈合。在连续使用CSMP处理烧伤伤口，至第7 d观察到重新上皮化以及胶原纤维的沉积，至第14 d上皮完全再生，至第21 d伤口完全愈合。此外，CSMP可以上调FGF2和VEGF的表达水平。该结果提示CSMP能够促进皮肤再生，对烧伤皮肤的愈合具有较好的应用前景。

3.4 降糖肽

降糖肽具有降血糖作用且毒副作用小，在功能食品和药品领域具有开发价值，应用前景广阔。目前，采用酶制剂水解前体蛋白释放目的活性肽片段是制备降糖肽的常用方法。SASAOKA等[17]以鲟鱼副产品（鱼皮、鳍和骨等）制备鲟鱼胶原肽。动物试验表明胶原肽可显著抑制大鼠血糖升高，DPP-VI抑制活性IC50值，为934 µmol·L-1。其降糖机制是抑制小肠对葡萄糖的吸收，抑制血液中的DPP-IV，维持血液中高的GLP-1水平，刺激胰岛素分泌[18]。EUNICE等[19]由鲑鱼鱼皮明胶经碱性蛋白酶、菠萝蛋白酶和风味酶水解制备胶原肽，并测定该胶原肽的DPP-IV的抑制活性。结果表明，当风味酶/底物比率为6%时，酶解物显示出最强的DPP-IV抑制活性（45.2%）。用截留分子量为1 kDa和2.5 kDa的膜过滤对水解物进行超滤分馏，小于1 kDa组分的DPP-IV抑制活性最高，IC50值达到1.35 mg·mL-1。通过HPLC进一步分离的F-1馏分显示对 DPP-IV 的 IC50值为 57.3 µg·mL-1，肽序列被确定 为 Gly-Pro-Ala-Glu（372.4 Da） 和 Gly-Pro-Gly-Ala（300.4 Da）。通过体外合成上述两种短肽，均具有剂量依赖性的DPP-IV抑制作用，IC50值分别为49.6 μmol·L-1和 41.9 µmol·L-1。以上结果表明，鲑鱼皮胶原肽或将成为预防Ⅱ型糖尿病的功能食品或药品的有益成分。

4 结语与展望

胶原蛋白在营养品、药妆、生物医学、生物材料和食品工业等不同领域均有广泛应用。近年来，水产胶原及活性肽因其具有作为功能性食品添加剂和治疗剂的潜在用途而备受国内外研究学者的关注。水产胶原活性肽因其具有抗氧化、抗菌和抗光老化等生物活性，已应用于皮肤健康产品的开发。然而，目前大多数的水产胶原活性肽仍处于研究阶段，需要对长期使用的安全性、生物利用度以及功效机制等进行深入研究，以成功实现商业化。