海洋生物中的抗氧化肽及其对氧化损伤的保护作用

1.海洋生物活性肽的来源

生物活性肽（Biological Active Peptide）是指具有优化机体代谢环境以及有益于机体健康的一类多肽。按照其来源可以分为天然存在的活性肽、蛋白酶解活性肽及化学合成的活性肽。天然存在的海洋生物活性肽主要从深海细菌、真菌、微藻以及海洋软体动物中分离，这些活性肽结构复杂多样，参与生物体的重要生命活动，具有极大的基础研究和临床应用价值，是一类很重要的新药来源。目前研究主要集中在芋螺、海绵、海葵、海藻等少数几种海洋生物中。天然海洋生物活性肽含量少、提取较难，不足以大量生产来供给所需；化学人工合成又费时费力，成本昂贵。因此，海洋生物活性肽一般由蛋白质酶解制得，通常含有3～20 个氨基酸残基。酶解前的蛋白质没有生物活性，但是通过酸、碱或者酶水解释放的多肽具有生物活性，其活性取决于氨基酸的组成和排列顺序。人们已经从海洋生物和海洋加工的副产物中提取出许多不同种类的生物活性肽。来源于海洋生物或者海洋加工副产物的生物活性肽，由于具有安全、无毒副作用且价格竞争力强等优点，在功能食品的开发中极具潜力。

2.海洋生物活性肽的功能特性

（1）抗高血压。高血压是全世界最常见的心血管疾病之一。目前商品化的抗高血压类药物大都是人工合成的，均有一定的副作用。因此，寻找安全、天然的抗高血压药物来替代合成药物成为目前抗高血压研究的迫切需求，其中降血压肽作为天然抗高血压药物潜力巨大。降血压肽是一种血管紧张素转换酶抑制剂（ACEI），可抑制血管紧张素转换酶活性，从而使血压下降。以海洋蛋白为原料制备降血压肽的研究越来越多，从带鱼、沙丁鱼、明太鱼、金枪鱼、海参、文蛤和对虾等海洋动物分离得到部分海洋降血压肽。

（2）抗氧化。自由基在机体氧化反应中产生，具有强氧化性并对人体有害。目前存在许多人工合成的抗氧化剂，如BHA、TBHQ、BHT及PG等。但人工合成的抗氧化剂对人体健康存在潜在危害，所以必须严格控制使用量。所以在食品工业中寻找安全无毒的天然抗氧化剂替代人工合成抗氧化剂显得非常重要。从各种海洋生物蛋白水解液中分离得到的多肽，具有有效的抗氧化能力。目前国内外报道已经从牡蛎、蓝贻贝、乌贼、长尾鳕、鳕鱼和竹荚鱼等海洋动物中分离得到抗氧化活性肽。这些海洋生物抗氧化活性肽能够有效地清除机体内的自由基与活性氧，或通过阻断脂质过氧化过程中的自由基链式反应来预防氧化造成的机体损伤。

从洪德堡鱿鱼分离得到的生物活性肽在亚油酸自氧化体系中的抗氧化活性要显著高于α-生育酚，已经接近BHT的水平。目前海洋多肽作为抗氧化剂的作用机制尚未明确，但是一些研究发现：组氨酸含量较高的海洋多肽，具有金属离子螯合作用；海洋多肽结构中芳香族氨基酸的酚羟基基团能够作为有效的电子供体；疏水性氨基酸在很大程度上决定抗氧化活性肽的效力，如明胶肽富含疏水性氨基酸，其疏水性增强了明胶肽的抗氧化性和乳化效果。

海洋抗氧化肽将会在保健品和药品行业，以及作为人工合成抗氧化剂替代品方面具有很大开发潜力，特别是在功能食品中添加无毒副作用的海洋抗氧化肽，将会成为食品行业一个新的研究方向。

（3）抗凝血。血流通畅是维持生命的必要条件。在生物体内同时存在着凝血机制与溶血机制，这2种机制须维持在一定的平衡状态，才能保持血液流通顺畅。肝素作为抗凝血药物已经有50多年的历史，目前主要应用于预防静脉血栓栓塞性疾病。但是以肝素为代表的大多数传统抗凝血药物均会有一些副作用，所以限制了其广泛、长期应用。从海洋蠕虫、蓝贻贝、海星、赤贝及黄鳍金枪鱼等海洋生物中分离得到了具有抗凝血活性的肽。从海洋生物中分离到的抗凝血肽没有细胞毒性，作为保健食品与药品的功能成分都具有巨大潜力。

（4）抗菌。抗菌肽是生物体内经过诱导产生的一类具有生物活性的小分子多肽，相对分子质量通常低于10×103。自1981年人类首次从昆虫中分离得到抗菌肽以来，迄今已发现或合成了超过5 000种具有抗菌作用的蛋白质与多肽。海洋生物种类众多，其中海洋无脊椎动物仅依靠先天免疫机制抵抗入侵病原体，因此内源性抗菌肽丰富，也成为开发天然抗菌肽的重要来源。目前已报道从牡蛎、蜘蛛蟹、美洲龙虾、青蟹及绿海胆等海洋无脊椎动物的血淋巴中分离出抗菌肽。近年来有关微生物对传统抗生素类物质产生抗药性的报道越来越多，因此目前急需开发新的抗菌类药物。海洋抗菌肽由于具有原料来源广泛、抑菌谱广和无毒副作用等优点，具有巨大的开发潜力。但是目前海洋抗菌肽存在分离纯化较难、提取步骤烦琐以及成本较高等问题而限制了其开发应用，因此提高生产效率、降低成本，得到稳定、安全的海洋抗菌肽将会对未来抗菌肽的发展与应用起到关键性的作用。

（5）其他。海洋抗癌多肽具有活性高和稳定性好等特点，是肿瘤医学的一个研究热点。目前研究显示从海洋动物提取的化合物中很多具有抗癌活性。从海兔体内分离得到的抗肿瘤肽对人乳腺癌及肺癌有显著疗效；从文蛤中提取出的抗癌肽能有效抑制体外培养的人卵巢癌细胞株、肺癌细胞株、宫颈癌细胞株、肝癌细胞株和鼻咽癌细胞株等的增殖。高F值寡肽是一种具有高支链氨基酸含量与低芳香族氨基酸含量组成的小肽混合物，具有减轻与消除肝性脑病症状、治疗苯丙酮尿症、抗疲劳、改善手术后和卧床病人的蛋白质营养状况、解酒等功能。目前利用海洋蛋白制备高F值寡肽的研究比较少，因此进一步开发海洋蛋白资源具有重要的现实意义。另外，海洋生物活性肽，如免疫活性肽、钙螯合肽的研究也取得了一定的进展，从海鲫鱼及明太鱼中提取出抗骨质疏松肽，即钙螯合肽，适合乳糖不耐症人群食用，也可以作为乳制品中高钙添加剂的替代品。

3.海洋胶原蛋白肽

胶原蛋白是动物结缔组织中主要的结构蛋白，也是细胞间质重要的功能蛋白。近年来，胶原蛋白与活性肽已经广泛应用于医疗、食品、生物、化妆品、皮革、饲料、影像等诸多领域。畜禽来源的动物组织是人们获得天然胶原蛋白和活性肽的主要途径，但近年来由于口蹄疫、疯牛病、禽流感等畜禽疾病的发生，使人们对陆生哺乳动物胶原蛋白及制品的安全性产生了质疑。另外，宗教信仰也限制了来源于牲畜的胶原蛋白的应用，寻找其他胶原蛋白来源越来越迫切。

海洋渔业加工过程中会产生大量的下脚料，包括骨、皮、鳞、鳍等，其重量约占原料鱼的50%。这些下脚料中含有丰富的胶原蛋白，如不进行有效处理，不仅会造成环境污染，而且会导致资源浪费。以海洋渔业加工的下脚料作为原材料，开发高附加值的海洋胶原蛋白肽，不仅可变废为宝，而且可增加海洋水产加工业的附加值。因此，目前海洋胶原蛋白肽的开发利用已经成为世界各沿海国家海洋开发的一项重要内容。

海洋胶原蛋白肽主要存在于海洋动物的结缔组织中，对机体及脏器起着支撑、保护与连接等作用，其含量和海洋动物的种类、年龄、营养状况，以及提取部位、季节等有关。海洋生物中主要有Ⅰ型与Ⅴ型胶原蛋白，其中Ⅰ型含量最多，相对分子质量约为3×105。在生物体内，海洋胶原蛋白由3条左手螺旋结构的多肽链组成，并且形成牢固的右手超螺旋结构。胶原蛋白分子间与分子内存在醛胺缩合交联、醇醛缩合交联、醛醇组氨酸交联等交联形式，形成一种超分子的高级结构——网状胶原纤维。这些交联使得胶原蛋白分子内的超螺旋结构与分子间的网状纤维结构很稳定，从而使其在动物体内实现支撑器官、保护机体的功能。

海洋胶原蛋白一级结构的氨基酸序列以Gly-X-Y周期性的排列形式为主，所以其甘氨酸的含量较高，为25%～30%，位于X、Y位置的脯氨酸与羟脯氨酸约占25%。海洋胶原蛋白还含有Zn、Cu、Ca、Fe、K、Na等无机盐。另外，海洋胶原蛋白中的色氨酸及蛋氨酸等必需氨基酸含量低，从传统营养学的角度来说海洋胶原蛋白为一种不完全蛋白质。

近年来，人们不断地发现海洋胶原蛋白肽的生理功能，如保护胃黏膜、抗溃疡、抗过敏、抗氧化、降血压、促进伤口愈合、抗衰老、增强骨强度、预防骨质疏松、降低血清中胆固醇含量、预防关节炎、调节免疫、促进角膜上皮损伤的修复和促进皮肤胶原代谢等多种生物活性功能。

（1）延缓皮肤衰老。胶原蛋白为人体皮肤真皮层的主要组成成分，它和少量弹性蛋白共同组成规则的胶原纤维网状结构，使皮肤具有一定的弹性与硬度。另外，胶原蛋白还是皮肤表皮层和表皮附属器官（毛发等）的营养供应站，为表皮输送水分。随着年龄的增长，人体自身合成胶原蛋白的能力不断降低，导致胶原蛋白流失，真皮层胶原蛋白所形成的规则网状结构渐渐发生变形、固化与粘连，甚至发生崩解，造成皮肤水分减少、变薄、失去弹性与光泽、产生皱纹等老化现象。海洋胶原蛋白肽能够为人体胶原蛋白的合成提供优质的氨基酸原料，特别是脯氨酸与羟脯氨酸等，促进胶原蛋白的合成，补充人体皮肤流失的胶原蛋白，从而实现保持皮肤水分、延缓皮肤衰老的功能。目前，以胶原蛋白作为主要原料开发的美容功能食品日益受到人们的推崇，这类食品符合现代人“从内到外”追求美丽的观念。

（2）改善骨骼健康。胶原蛋白是人体骨组织的重要组成物质。人体骨组织由1/3有机成分与2/3无机成分组成，胶原蛋白大约占骨有机成分的80%，对维持骨结构完整与生物力学特性有着非常重要的作用。骨胶原蛋白分子之间相互交联形成骨胶原纤维网状结构，骨骼中的钙质以羟基磷灰石的形式存在，并以骨胶原为黏合剂固定下来，所以骨胶原是骨骼必不可少的成分。另外，血浆中来自胶原蛋白的羟基脯氨酸是将血浆中的钙运输到骨组织的运载工具。当人体骨胶原蛋白代谢出现异常，如骨胶原合成不足或者骨胶原纤维网状结构被破坏时，钙质将无法沉积而造成骨钙流失，严重时会导致骨质疏松等疾病。人体摄入足够的胶原蛋白能促进骨骼胶原蛋白的代谢，维持骨胶原网状结构，进而降低骨钙的流失，防止骨质疏松等疾病的发生。研究表明，人体补钙应结合补充胶原蛋白，才能达到比较理想的效果，人体摄入足量的胶原蛋白有助于提高机体摄取钙质的能力，满足对钙质的正常需要。小鼠实验发现，结合了钙的胶原蛋白制剂能够明显增强小鼠骨密度，促进生长发育，具有改善骨质疏松的功能，其补钙效果要优于常规补钙剂，证明了胶原在帮助钙吸收方面的重要作用。

（3）调节血压作用。医学研究及临床观察表明，高血压的形成和ACE密切相关。ACE能将没有提升血压作用的血管紧张素Ⅰ（十肽）的羧基端水解掉2个氨基酸，使其生成具有升高血压作用的血管紧张素Ⅱ（八肽）。并且，ACE还能够使舒缓激肽从羧基端水解掉二肽，使其丧失降血压功能。抑制ACE活性的降血压药物目前得到广泛应用。然而人工合成的ACEI会引起不良反应，所以天然ACEI成为研究热点。国内外相关研究证明，海洋胶原蛋白肽对ACE活性具有较强的抑制作用，具有良好的降压功效。

（4）保护胃黏膜。消化道中胃黏膜的损伤会引起胃出血，海洋胶原蛋白肽因为具有降低胃黏膜血流量、促进血液循环及血液凝固效果，因而引起人们的关注。大量实验证明，海洋胶原蛋白肽具有保护胃黏膜的功能。海洋胶原蛋白肽预防胃溃疡的可能机制主要有促进胃黏膜细胞增殖、提高胃黏膜值，缓冲胃酸对溃疡面的刺激，促进血小板的凝聚而具有止血作用，减少其他因素对胃黏膜的直接损伤。海洋胶原蛋白肽来源广泛，价格低廉，无毒副作用，适合开发保护胃黏膜的功能食品。

（5）抗氧化活性。相关研究表明，海洋胶原蛋白肽具有抗氧化功能。对从阿拉斯加鳕鱼皮中提取的明胶进行分阶段酶解，从酶解产物中分离得到2种具有高抗氧化活性的肽，这2种肽分别含有13与16个氨基酸残基，进一步实验证明后者具有抗氧化活性。(www.xing528.com)

海洋胶原蛋白肽作为具有高度生物安全性的新型功能食品，由于其独特的生理功能与优良的加工特性，近年来渐渐成为功能食品行业研究与应用的热点。海洋胶原蛋白肽具有容易吸收的特点，其消化吸收率近100%，优于未经水解的大分子胶原蛋白。而且，海洋胶原蛋白肽还具有低致敏性、低抗原性、高热稳定性、高可溶性等特点。海洋胶原蛋白肽具有延缓衰老、美容护肤、壮骨等保健作用，特别适合儿童、妇女与中老年人食用。海洋胶原蛋白肽既可以单独作为功能食品直接食用，也可以与其他原料复配制成复方产品，如制作成酸奶、谷物蛋白棒和果冻等。目前市面上的海洋胶原蛋白肽产品在功能上主要集中在补钙、美容、强壮骨骼、提供肠内营养、调节免疫等方面。其产品形式上多样化，剂型主要有咀嚼片、口服液、粉剂、软胶囊、颗粒等。目前市场上已有许多公司生产了以海洋胶原蛋白肽为原料的功能食品，受到市场的青睐。

4.肌肽

肌肽是一种天然的水溶性二肽，以较高的浓度存在于有氧代谢最活跃而且细胞不分裂的组织，如肌肉与脑，由β-丙氨酸与L-组氨酸在肌肽合成酶的作用下合成。肌肽的含量在海洋硬骨鱼类鳗鲡亚目的肌肉中为7～25 μmol/g，在海洋哺乳类动物须鲸与齿鲸的肌肉中分别为6～13 μmol/g与10～20 μmol/g，并且一般在白肌纤维中的含量比红肌纤维中的高。肌肉与脑部中，肌肽pK值约7.1，且pH＜3.0时仍能保持完整。

肌肽有多种生物学功能：

（1）缓冲生理pH。肌肽为理想的生理pH缓冲剂，这种pH缓冲能力对游泳能力强的鱼类与鲸具有重要的意义。在捕食及逃避敌害等激烈的厌氧运动时，糖酵解反应过程中生成的ATP进一步水解生成的氢离子会使肌肉pH降低，而组氨酸二肽能够维持肌肉内部的酸碱平衡，使厌氧运动能力保持在一定水平。

（2）螯合金属离子。肌肽具有螯合金属离子的能力，形成络合物。在体内，Cu2+可以催化由H2O2引起的还原型辅酶NADH的氧化，Fe2+促进生成氧自由基，引起过氧化反应，而肌肽能有效结合这些二价金属离子，从而减少了这类反应的发生。而且肌肽与Cu2+、Zn2+、Co2+的络合物还具有类似SOD的活性。肌肽和Zn2+的络合物还具有药理学功能，如能治疗胃溃疡、减轻胃黏膜损伤、有效抑制幽门螺旋杆菌的生长繁殖、促进伤口愈合等。

（3）抗氧化功能。肌肽具有抗氧化作用。肌肽的抗氧化机制包括以下几点：① 肌肽具有缓冲生理pH的功效，降低因体系pH变化而产生的脂过氧化；② 肌肽具有螯合金属离子的作用，能抑制由金属离子，尤其是铜离子引起的脂肪氧化；③ 肌肽具有捕捉·OH、清除过氧化自由基和淬灭单线态氧的作用，可抑制由非金属引起的脂肪氧化。

（4）抗衰老功能。蛋白质变性可以由体内一种叫作糖基化的化学反应引起，对机体衰老有加速作用。人到了老年，大约有1/3蛋白质被糖基化，衰老与蛋白质上羰基的过多积累有关。肌肽能竞争性地和醛糖或者酮糖发生糖基化反应，从而保护了蛋白质与其他一些肽类；肌肽能和由丙二醛（MDA）、次氯酸产生的羰基反应，从而避免蛋白质和蛋白质或者蛋白质和DNA之间产生交联作用，也起到了保护细胞的作用（因为MDA会对细胞产生毒性），从而延缓衰老。这类反应被称作肌肽化（Carnosinylation）。

（5）调节其他代谢紊乱。肌肽还具有神经调节作用，为体内重要的神经肽，对稳定细胞膜、控制细胞动态平衡等起着重要作用。而且，肌肽还具有抗疲劳的功能。氧自由基及其引发的脂质过氧化反应可攻击细胞膜和线粒体膜等生物膜，造成能量、离子代谢紊乱，从而造成机体运动能力下降，导致运动性疲劳。乳酸是糖无氧酵解的产物，长时间剧烈运动使肌体内的乳酸过多累积，其解离出的H+使肌细胞pH降低，导致疲劳产生。而肌肽一方面能够清除氧自由基，另一方面又能够缓冲生理pH，维持细胞pH在正常生理水平，因此具有抗疲劳的能力。

5.谷胱甘肽

谷胱甘肽（Glutathione，GSH）是由谷氨酸、半胱氨酸与甘氨酸构成的含有巯基的三肽，具有抗氧化作用与整合解毒作用。半胱氨酸上的巯基是谷胱甘肽活性基团（故谷胱甘肽常简写为GSH）。谷胱甘肽有还原型（GSH）与氧化型（GSSG）2种形式，在生理条件下以GSH占绝大多数，谷胱甘肽还原酶催化两型之间的互变。在生物体中真正起活性作用的是GSH。GSH广泛存在于动植物及微生物细胞中，在酵母、小麦胚芽和动物肝脏中含量丰富。海洋鱼类、贝类含有人体所需的氨基酸，最突出的是牛磺酸、甘氨酸、谷氨酸，在人体内可以被利用合成谷胱甘肽。

谷胱甘肽生物活性的主要表现：

（1）谷胱甘肽可以清除体内的自由基，起抗氧化作用。

（2）谷胱甘肽可提高人体免疫力。谷胱甘肽在老年人体内抗衰老、维护健康、延迟细胞老化所发挥的功效比在年轻人体内更明显。

（3）谷胱甘肽还可保护血红蛋白不受自由基、H2O2等氧化，使它持续正常发挥运输氧的作用。红细胞中的血红蛋白在H2O2等氧化剂的作用下，其中的Fe2+被氧化为Fe3+，使血红蛋白转变为高铁血红蛋白，失去携带氧的能力。还原型谷胱甘肽既能够直接和H2O2等氧化剂反应，生成水与氧化型谷胱甘肽，又能将高铁血红蛋白还原为血红蛋白。人体红细胞中谷胱甘肽的含量很多，这对保护红细胞膜上蛋白质的巯基处于还原状态、防止溶血具有重要作用。

（4）谷胱甘肽能保护酶分子中巯基，有助于酶活性的发挥。谷胱甘肽还可预防乙醇侵害肝脏所导致的脂肪肝。

（5）谷胱甘肽对由于放射线、放射性药物所引起的白细胞减少等症状有很强的缓解作用。谷胱甘肽能和进入人体的重金属离子、有毒化合物或致癌物质等结合，促使它们排出体外，起到解毒作用。

6.海洋生物活性肽的应用研究

海洋生物活性肽在人类营养和健康方面有着重要的作用，在功能性新食品及药品中添加海洋生物活性肽，可预防慢性疾病。目前通过酶解海洋生物蛋白制备的降血压肽与抗氧化活性肽的研究取得了较大的进展，并已有产品上市，其他活性肽，如抗菌肽、抗凝血肽与免疫活性肽等尚未得到很好的开发。对海洋生物活性肽的研究目前多数尚处于实验阶段，须进行深入研究。一方面，虽然海洋生物活性肽作为营养食品、功能食品及药品的活性添加成分具有广阔的应用空间，但目前已分离得到的海洋生物活性肽，大多数仅通过体外实验与动物实验被证明安全无毒，但在体内活性与应用效果方面的研究较少。要进一步开发海洋生物活性肽的应用价值，须对其活性进行深入研究。另一方面，可考虑对海洋生物活性肽进行化学修饰，使海洋生物活性肽的活性更强、性能更稳定、更有利于开发利用。

虽然海洋生物活性肽的应用还有些技术问题尚待解决，但我国作为一个海洋渔业大国，海洋生物资源丰富，相信海洋生物活性肽在新型海洋功能食品、保健食品及医药行业中会有巨大的应用潜力。