食源血管紧张素转化酶抑制肽研究进展

王琳琳，陈立，李建科

（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安 710119）

高血压是常见的心血管疾病，严重危害人类健康。发病人群年龄分布广泛，据世界卫生组织报道，全球1/3的成年人患有高血压[1]。我国第五次高血压调查显示：中国成人高血压患病率为23.2%，患病人数达2.45 亿[2]。患病率随年龄增加而升高，男性高于女性[3]。肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin system，RAS）在高血压疾病的形成及发展中扮演着关键性的角色[4-5]。RAS 是升压系统，肾素使血管紧张素原释放出血管紧张素Ι（Ang Ι），在ACE 作用下转化为血管紧张素II（Ang II），使血管强烈收缩，血管压力增大，与肾小球细胞上的AT1 受体相互作用而驱动醛固酮的合成和分泌，刺激去甲肾上腺素释放和Na+重吸收，使血压升高。缓激肽在激肽原酶的作用下产生舒缓激肽（BK），进而释放血管舒张因子，对抗Ang II，使血压下降[6]。ACE 能够降解BK 使其失活，从而使机体血压升高。RAS 和激肽释放酶-激肽系统（kallikrein-kinin system，KKS）在血压调节中相互拮抗，只有平衡协调才能维持正常血压。高血压为常见病，患者人数众多且需终身服药。

ACE 抑制肽又称为降压肽，是一类能够抑制血管紧张素转化酶活性的多肽。目前化学合成的ACE 抑制剂类药物临床效果并不理想，且有一定的副作用。食源性蛋白获得的ACE 抑制肽可以降低血压，而且更加安全，近年来已有较多研究人员在食品原料中提取出ACE 抑制肽，通过体外体内试验证明其具有抑制活性，进一步研究能够推进临床应用，造福高血压患者。目前只有少数发酵来源的ACE 抑制肽商业化使用。ACE 抑制肽没有固定结构，通过不同来源ACE 抑制肽的制备可以进一步探究肽的结构与活性之间的关系，促进降压肽的开发并取代化学合成抑制剂。鉴于此，本研究分析了ACE 抑制肽的降压机制和构效关系，总结了ACE 抑制肽的制备方法及来源，探讨了其未来的研究方向，旨在助力食源ACE抑制肽的研究与开发，助力高血压等重大心血管疾病的预防和特殊人群的健康改善。

1 ACE 抑制肽降压机理

ACE 在人体血压调节系统中发挥着重要的作用，ACE 抑制肽可以通过抑制ACE 活性，使Ang II 浓度降低，从而起到降血压的作用。ACE 抑制肽是对ACE 活性区域亲和力较强的竞争性抑制剂，对ACE 的亲和力比Ang Ι 和舒缓激肽要强，而且不易从ACE 结合区释放，从而阻碍Ang II 的生成和缓激肽的水解，起到降血压的作用。当前最有效的降血压药物是琉甲丙脯氣酸（商品名卡托普利），它是一种非肽类血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI），主要作用于RAS，虽然临床降压效果好，但是药效时间不长，停药后血压易反弹，并伴有咳嗽、味觉功能紊乱、皮疫及肾功能损害等副作用[7]。食源性ACE 抑制肽具有天然、安全、无副作用的优点，因此在医药、食品等领域备受青睐。

2 ACE抑制肽的构效关系

ACE 是一种二肽基羧基肽酶，根据分子量大小可分为体细胞ACE（sACE）和睾丸ACE（tACE）。sACE 由两个同源结构域组成，每个同源结构域均含有Zn2+结合模体HEXXH（H 代表组氨酸、E 代表谷氨酸，X 代表任意氨基酸残基）催化活性位点，只有C 端结构域在调节血压方面起作用，tACE 结构与sACE 相似[8]。不同抑制肽的结构会导致不同的ACE 抑制类型，可分为竞争性抑制和非竞争性抑制。竞争性抑制机理为ACE 抑制肽C 端氨基酸能与Ang 和缓激肽进行竞争，同底物争夺ACE 结合位点，从而起到降压作用。大多数ACE 抑制肽属于竞争性抑制，ACE 抑制肽的C 端氨基酸是与ACE 活性部位结合的关键，当抑制肽的C 端氨基酸为疏水性氨基酸时，其ACE 抑制活性较高[9]。非竞争性抑制剂可直接与ACE 作用位点相结合，形成酶-抑制剂复合物，从而导致ACE 结构改变，抑制其活性。ACE 抑制肽的活性与其自身结构有关，C 端3 个氨基酸的序列为Phe-Glu-Pro 时，ACE 抑制活性最强。ACE 抑制剂的抑制活性还与立体构象及氨基酸的疏水性有关。但是这些结论没有全面考虑肽的构象、与其他物质的相互作用等影响因素，许多ACE 抑制肽并不符合这些研究结果，因此，抑制肽ACE 与之间确切的构效关系模型至今仍未建立。

3 ACE 抑制肽的制备方法

食源性抑制肽的制备过程条件温和，制备原料来源广泛，因此可通过酶解、发酵或重组基因工程菌株等技术从动植物中制备ACE 抑制肽。

3.1 酶解法

酶解法是制备ACE 抑制肽最常用的方法，主要是通过蛋白酶水解原料蛋白质获得具有ACE 抑制活性的片段。这种方法具有专一性强、效率高、反应条件温和、反应进程易控制和产品安全性高等优点。缺点是需要对蛋白质原料进行筛选，鉴别具有降血压活性的多肽结构；而且会形成苦味肽，影响水解产物的应用。制备ACE 抑制肽需要采用合适的酶，目前常用的蛋白酶主要有植物蛋白酶（如木瓜蛋白酶等）、动物蛋白酶（如胰蛋白酶、胃蛋白酶等）、商业酶（如碱性蛋白酶、中性蛋白酶等）。酶解法主要包括单一酶解法和复合酶解法，制备ACE 抑制肽采用复合酶解法居多。Zhang 等[10]采用碱性蛋白酶和铜绿假单胞菌蛋白酶酶解小麦面筋，通过纯化鉴定出两个在羧基端含色氨酸的降压肽：SAGGYIW 和APATPSFW，IC50值分别为0.002、0.036 mg/mL。Lee 等[11]分别采用碱性蛋白酶和木瓜蛋白酶水解牛肉肌原纤维蛋白，发现通过碱性蛋白酶（AK3K）消化获得的<3 kg/mol 肽显示出最高的ACE 抑制活性（74.29%）。体内试验表明该抑制肽对大鼠自发性高血压具有明显的降压效果，经分析鉴定表明其具有Leu-Ile-Val-Gly-Ile-Ile-Arg-Cys-Val 序列。

3.2 发酵法

发酵法是利用微生物体内酶解反应释放多肽片段，然后从发酵液中提取具有ACE 抑制活性的多肽。发酵法具有蛋白水解活性强、无需分离纯化、成本低等优点，但反应进程不易控制。发酵法可通过改变发酵条件获得高ACE 抑制活性的多肽，发酵菌种多采用乳酸菌。Sathya 等[12]采用嗜酸乳杆菌（MTCC 10307）、植物乳杆菌（NCDC 379）、干酪乳杆菌（NCDC 017）、保加利亚乳杆菌（NCDC 253）、副干酪乳杆菌亚种（NCDC 022）、鼠李糖乳杆菌（MTCC 8712）和瑞士乳杆菌（NCDC 192）七种不同的乳酸菌发酵山羊奶，结果在NCDC 379 发酵的牛奶中观察到最高的ACE 抑制活性，分子量为1.4 kg/mol。李响等[13]选择5 株乳酸菌、3 株霉菌和1 株枯草芽孢杆菌为出发菌种发酵大豆分离蛋白，结果发现乳酸菌中具有强ACE抑制活性的菌株为保加利亚乳杆菌，ACE 抑制率和肽含量分别为57.93%和3.27 mg/mL。

3.3 DNA 重组法

DNA 重组法是利用基因工程手段发酵制备ACE 抑制肽，将高ACE 抑制肽抑制活性的基因转移至表达载体，使多肽基因以串联多聚体形式表达获得大量的ACE抑制肽。这种方法具有产量高、成本低等优点，但目前还没有实现工业化生产。臧祥玉[14]采用基因工程法结合高密度发酵技术制备多种ACE 抑制肽和抗氧化肽的复合肽产品，构建基因工程菌多聚体BPP-1 使其正确表达。BPP-1 经体外模拟消化后，其酶解寡肽显示了极强的ACE 抑制活性（IC50=0.004 mg/mL），体内检测发现其具有较强的降血压效应。

4 ACE 抑制肽的来源

食物中富含蛋白质，通过分解可获得许多具有生理功能的生物活性肽。目前从乳源、植物源、动物源、海洋生物源、发酵来源等多种途径制备出ACE 抑制肽，随着研究的深入有望开发出功能性食品。

4.1 乳源ACE 抑制肽

乳制品富含蛋白质，是ACE 抑制肽的重要来源之一。乳源ACE 抑制肽是当前研究最广泛和最深入的活性肽。酪蛋白和乳清蛋白含有多种生物活性序列，通过酶解条件优化可以制备多种ACE 抑制肽。在制备过程中酶解条件和肽的分子量是重要的影响因素。近年来许多学者陆续在乳源食品中获得ACE 抑制肽。Guo 等[15]用藻酸钠固定的瑞士乳杆菌LB 10 蛋白酶水解乳清蛋白，并对跨Caco-2 细胞单层转运的能力进行了测试，得到ACE 抑制肽二肽和三肽KA、EN、DIS、EVD、LF、AIV 和VFK，其IC50值分别为1.24±0.01、1.43±0.04、1.59±0.27、1.32±0.05、1.60±0.39、2.66±0.02、1.76±0.09 mmol/L。Jiang 等[16]使用AS1.398中性蛋白酶水解牛奶酪蛋白，获得新型的ACE 抑制肽RYPSYG 和DERF。Chen 等[17]采用复合酶水解羊乳酪蛋白，获得高活性的ACE 抑制肽组分。马莹[18]采用胃蛋白酶和胰蛋白酶双酶水解乳清蛋白制备ACE 抑制肽，经过纯化筛选发现只有LIVTQTMK 有ACE 抑制活性，其IC50值为248.1 μg/mL。目前乳源ACE 抑制肽的研究处在临床研究和少量应用阶段。Crippa 等[19]通过随机、双盲安慰剂对照试验研究了半脂奶酪Grana Padano 产生的ACE抑制肽对30 名轻中度高血压患者的降压作用，结果表明与Grana Padano 奶酪进行膳食整合的所有患者血压均显著降低，24 h（相对于安慰剂）收缩压平均下降3.5 mmHg，舒张压下降2.4 mmHg。目前已有许多包含乳源降压肽的保健品投入应用，例如Calpis[20]、Evolu[21]发酵乳（包含VPP和IPP）、Festivo 奶酪[22]（包含RPKHPI、RPKHPIK、RPKHPIKHQ）。

4.2 植物源ACE 抑制肽

植物来源的ACE 抑制肽无毒副作用，且表现出良好的降血压效果。植物源食品是ACE 抑制肽的重要来源，但如何从种类繁多的植物中获得高ACE 抑制活性并具有开发价值的降压肽仍需继续研究。周剑敏等[23]用Alcalase碱性蛋白酶水解高粱碱溶蛋白，获得ACE 抑制肽活性达到75.98%，在体外经胃肠道消化酶酶解后依然保持良好的抑制活性。王珂[24]采用超声预处理辅助酶解玉米胚芽蛋白，发现梯度稀释补料酶膜耦合模式获得的多肽比等浓度补料酶膜耦合模式IC50值低11.70%，动物实验结果表明该抑制肽降压效果显著。赵元晖等[25]对海地瓜蛋白水解物进行分离纯化，得到强活性ACE 抑制肽MEGAQEAQGD，其IC50值为15.9 μmol/L，动物实验结果表明该抑制肽对大鼠自发性高血压具有明显的降压效果。Cao 等[26]利用胰蛋白酶对龙须菜进行酶解，对酶解产物进行分离纯化后得到四肽QVEY，其IC50值为474.56 μmol/L。

4.3 发酵来源ACE 抑制肽

发酵制备ACE 抑制肽是一种绿色加工技术，发酵条件温和，过程可控，中间产物少。发酵制备ACE 抑制肽需要分离筛选高效安全的生产菌株，并对培养条件进行优化以提高ACE 抑制肽产率，然后进行分离纯化获得高ACE 抑制活性的多肽。日本学者在发酵乳制品制备ACE抑制肽方面的研究较为深入。1995 年Nakamura 等[27]以L.helveticus CP790 和Saccharomyces cerevisiae 混合发酵制得酸乳Calpis，长期喂予原发性高血压大鼠（SHR）后发现其能够抑制血压上升，并首次从酸奶中分离纯化得到两条ACE 抑制肽；Yamamoto 等[28]研究发现用L.helveticus CP790 发酵的酸奶产品，经过动物试验发现其具有极强降血压作用，并证实了这种抑制血压上升的肽是由L.helveticus CP790 的胞外蛋白酶水解生成的。Chen 等[29]以植物乳杆菌L69 发酵羊乳酪蛋白，利用响应面法优化发酵条件，通过超滤纯化得到的发酵产物对ACE 抑制活性达91.62%。体内试验发现发酵的山羊奶能够在胃肠道中成功存活，并保持较高的抑制活性。Xia 等[30]从植物乳杆菌发酵产生的乳清蛋白中纯化出IC50值为1.26 mg/mL 的ACE 抑制肽，经过动物试验发现其具有很强的降压作用，通过液相色谱-串联质谱分析表明其具有Gly-Ala 的氨基酸序列。Chen 等[31]以纳豆芽孢杆菌发酵菲律宾蛤仔获得ACE 抑制肽，将发酵产物纯化分离，得到具有高ACE 抑制活性的新型肽（IC50为8.16 μmol/L），并鉴定出其氨基酸序列为Val-Ile-Ser-Asp-Glu-Asp-Gly-Val-Thr-His（VISDEDGVTH），体外体内实验表明该肽具有显著的降压作用，可作为降压功能性食品的有益成分。

4.4 动物源ACE 抑制肽

动物的组织器官富含蛋白质，研究人员从中提取出具有ACE 抑制活性的多肽。动物源ACE 抑制肽和植物源ACE 抑制肽的制备方式类似，主要通过酶解方式获得，但是有研究表明动植物蛋白经体外消化后蛋白肽的ACE 活性抑制率不同[32]。从动物源食品中获得的ACE 抑制肽仍需在体外和体内进一步验证。邓惠玲等[33]以猪血为原料制备血红蛋白，用胃蛋白酶进行酶解得到ACE 抑制肽GGLP。Mirdhayati 等[34]酶解卡康山羊肉，得到具有Phe-Gln-Pro-Ser 序列的新型肽（IC50值为27.0 μmol/L），发现该肽在体内和体外均能有效抑制ACE。

海洋生物蛋白是食源性ACE 抑制肽的重要原料来源。海洋生物及其加工副产物中含有丰富的生物蛋白，可以制备ACE 抑制肽，进行高值化利用。ACE 抑制肽的制备多采用酶解法，单一酶类获取的多肽多数活性不高，一般使用复合酶进行酶解，酶解产物需要进一步分离纯化，以获得高活性的海洋多肽。华鑫等[35]利用复合蛋白酶对刺参体壁进行酶解制备ACE 抑制肽，经动物实验表明它对雄性SHR 有良好的降压效果。Ghassem 等[36]对鲤鱼肌原纤维蛋白用蛋白酶K 和嗜热菌蛋白酶进行水解，发现嗜热菌蛋白酶的水解产物ACE 抑制活性最大，纯化的水解产物中分离出两个强抑制肽VPAAPPK 和NGTWFEPP。

5 展望

高血压作为世界范围内最常见的重大慢性病之一，是心血管疾病的“无声杀手”。食源性ACE 抑制肽可以有效预防缓解高血压，并且制备原料广泛，可以从食物加工边角料和废弃物中获取，具有良好的再利用价值。目前的食源ACE 抑制肽研究多集中在制备和结构分析上，鲜少涉及到降压机制。代谢组学、蛋白质组学和全基因组学技术的兴起有助于我们更深入地研究食源ACE 抑制肽在体内的降压机制，为人类健康发展提供有效依据。同时，目前临床应用的ACE 抑制肽较少，需要进一步研究其临床功效、在人体内的生物利用度和组织亲和力等。相信这些问题在不久的将来都会得到解决，并实现工业化生产。

随着ACE 抑制肽在世界范围内的广泛关注，动植物源ACE 抑制肽资源丰富但作用机制不清，研发富含ACE抑制肽的功能性食品将成为未来食品科学领域和食品加工行业的重点和难点。