基于抗氧化和ACE抑制活性的山羊乳源活性肽功能和作用机制研究

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近年来,以糖尿病与高血压为代表的多种慢性代谢性疾病已经达到严重流行程度,全球患有II型糖尿病和高血压的人数分别有3.5亿和12.8亿,且发病率继续呈现增加趋势。大量研究表明,氧化损伤与糖尿病和多种慢性代谢疾病的发生发展密切相关,同时研究发现血管紧张素转换酶(ACE)是控制血压的关键调控因素。针对市面上已有的治疗药物有副作用的缺点,探索研究更加安全的慢性代谢病防治途径具有十分重要的意义。羊奶是营养丰富的食品,含有大量的必需营养素。近年来,羊奶制品中的多种生物活性肽,如ACE抑制肽,抗氧化肽,抗菌肽,免疫调节肽等成为研究热点,可以对人体生理和代谢产生影响。本研究以抗氧化和ACE抑制活性为主要靶标,用生物化学检测、细胞培养模型,结合新一代测序技术,在前人研究的基础上进一步筛选具有预防胰岛素抵抗与ACE抑制活性的山羊乳源肽,并对其可能机理进行研究,为功能食品研究和慢性代谢并预防提供新的思路和研究基础。主要研究内容和结果如下:(1)利用乳源活性肽数据库与文献数据库筛选出五种抗氧化肽:QEVLGPVRGPFP、YFYPQL、VYPF、YVPEPF、VLPVPQK与两种ACE抑制肽SLPQ、PYVRYL,进而合成这7种活性肽用于下一步研究。PEP-FOLD预测分析肽的3D立体结构,Discovery Studio进行分子对接分析。结果显示:抗氧化肽VYPF,YVPEPF和VLPVPQK均可与Keap1的kelch结构域相关晶体6TYM对接形成稳定复合物,SLPQ和PYVRYL可与ACE-复合物的晶体结构1O8a对接形成形成稳定的复合物结构,提示VYPF,YVPEPF和VLPVPQK拥有更好的抗氧化活性,SLPQ和PYVRYL拥有较强的ACE抑制活性。此外ORAC,ABTS和羟自由基清除实验中,均选择有明显清除效果的最小浓度进行分析,结果显示,与对照组相比,添加0.005 m M的YFYPQL和VYPF可以有效清除过氧化氢自由基;0.01 m M浓度下,YFYPQL,YVPEPF可以有效清除ABTS自由基,0.2 m M浓度下,YFYPQL和VYPF能有效清除羟自由基,提示YFYPQL、VYPF、YVPEPF具有体外抗氧化性。体外活性检测结果显示SLPQ的IC50=10.79±1.04μg/m L,PYVRYL的IC50=400.60±30.40μg/m L,表明SLPQ具有更好的ACE抑制活性。(2)通过Hep G2细胞培养模型,深入研究乳源抗氧化肽的作用效果及其可能机理。首先,通过MTT实验筛选可用于后续细胞实验的活性肽添加浓度,结果表明,当QEPVLGPVRGPFP、YFYPQL、VYPF、YVPEPF和VLPVPQK的添加浓度分别在0~250μM、0~62.5μM、0~1000μM、0~62.5μM和0~250μM浓度时,均不影响Hep G2细胞的活力(P>0.05);在造模条件为24 h 2%血清饥饿后,0.2m M棕榈酸联合30 m M葡萄糖共同处理细胞48 h,可以显著增加细胞ROS的含量(P<0.05),降低葡萄糖的摄取(P<0.05),表明细胞模型构建成功;在此研究基础上,分别用不同浓度QEPVLGPVRGPFP(0、15.63μM、31.25μM、62.5μM)、YFYPQL(0、15.63μM、31.25μM、62.5μM)、VYPF(0、15.63μM、31.25μM、62.5μM)、VLPVPQK(0、62.5μM、125μM、250μM)预处理24 h,再在高糖高脂条件下继续处理48 h后测定细胞葡萄糖摄取和ROS含量,结果发现,与对照组相比,添加15.63μM QEPVLGPVRGPFP,YFYPQL或VYPF,62.5μM VLPVPQK可显著降低葡萄糖摄取(P<0.05),而添加15.63μM QEPVLGPVRGPFP或VYPF,31.25μM YFYPQL,62.5μM VLPVPQK可显著降低ROS含量(P<0.05);最后,通过转录组测序深入探究添加VLPVPQK(62.5μM)对缓解肝细胞胰岛素抵抗的可能机理。结果表明,空白组与模型组相比筛选到9012个表达基因(FDR<0.05,并且FC>1.5或<-1.5),其中4442个基因表达下调,4570个基因表达上调;抗氧化肽预防组与高脂高糖模型组相比,筛选到69个差异基因,其中包含22个下调基因与47个上调基因。将这些基因进行GO与KEGG富集分析,发现该抗氧化肽主要通过抑制Notch通路,参与糖代谢以及胆固醇代谢通路来预防糖尿病的发生。研究结果提示,抗氧化肽VLPVPQK可能是通过提高DLK1,降低HEY1表达来抑制Notch信号通路,通过提高基因HKDC1的表达促进糖酵解,通过提高LCAT基因的表达改善胆固醇代谢,从而预防由高糖高脂引发的胰岛素抵抗发生,相关研究有待进一步深入。(3)通过EA.hy926细胞培养研究乳源ACE抑制肽的作用效果及其可能机理。先通过MTT筛选可用于后续细胞实验的活性肽作用浓度,结果表明,当SLPQ,PYVRYL添加浓度低于200μg/m L时,均不影响EA.hy926细胞的活力(P>0.05)。在此研究基础上,分别添加不同浓度SLPQ(0、50μg/m L、100μg/m L和200μg/m L)、PYVRYL(0、50μg/m L、100μg/m L和200μg/m L)处理12 h或24 h,结果显示:与相应时间对照组相比,处理12 h,200μg/m L SLPQ和100μg/m L PYVRYL均可以显著增加内皮细胞的NO产生(P<0.05),而处理24 h后,不同浓度SLPQ和PYVRYL对细胞NO生成均无显著影响(P>0.05),这可能与两种肽的体外稳定性有关。此外,与对照组相比,添加200μg/m L SLPQ可以显著提高ACE2基因和e NOS蛋白的表达(P<0.05),表明SLPQ处理可通过提高e NOS蛋白的表达量促进细胞NO的生成,进而促进血管内皮舒张而降低血压。为探究其作用的分子机理,对SLPQ干预(200μg/m L处理12 h)前后细胞的全基因组基因表达进行了研究。分析结果显示,与对照组相比,SLPQ处理组显著影响了细胞的全基因组表达谱,其中568个基因表现出显著差异(FDR<0.05,并且FC>1.5或<-1.5),其中322个基因表达下调,246个基因表达上调。将这些差异基因进行GO与KEGG富集分析,发现ACE抑制肽主要通过参与炎症反应来保护内皮细胞免受损伤。研究结果提示,SLPQ可能是通过降低CCL2,ICAM1和MAP2K3的表达,参与调控TNF信号通路、MAPK信号通路和IL-17信号通路改善炎症应激。
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