发明内容
本发明的目的在于提供一种具有肝细胞氧化损伤保护作用的天然寡肽,该寡肽分子量小,容易穿过屏障,靠近缺电子基团,肽序列中的芳香族氨基酸残基Phe的芳环可以促进对氧化金属离子的螯合作用,抗氧化活性强;能够掩盖Akt磷酸化位点Ser473,抑制Akt的活性,激活FOXO3a的转录活性,从而促进谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px和超氧化物歧化酶SOD的表达。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为:
一种辣木籽寡肽,其氨基酸序列为Ser-Phe,分子量为252.17Da。肽的抗氧化活性与其氨基酸的组成及排列顺序、疏水性、空间体积大小及酸碱性等有关。辣木籽蛋白含有较丰富的具有供质子或供电子能力的氨基酸,包括Tyr、Met、Cys,较丰富的疏水性氨基酸包括Leu、Pro、Phe、Val以及丰富的酸性氨基酸Glu。因此,对辣木籽蛋白进行水解可以制备得到具有强抗氧化活性的辣木籽肽。一般来说,低分子量、疏水性和芳香氨基酸的多肽具有较高的抗氧化活性。含2-10个氨基酸的短肽具有较强的自由基清除活性,能有效抑制脂质过氧化,可以穿过膜屏蔽并在组织水平上发挥多种生物活性,分子质量越小越容易穿过屏障,靠近缺电子基团,增强肽的活性;较大分子质量的多肽与自由基反应时存在空间位阻,导致多肽的抗氧化活性下降。肽序列中芳香族氨基酸残基Phe的芳环可以促进对氧化金属离子的螯合作用,对该寡肽的抗氧化活性的贡献较大。
作为优选,辣木籽寡肽具有肝细胞氧化损伤保护作用。
作为优选,辣木籽寡肽能够提高超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性。细胞受到氧化损伤时,细胞内的活性氧会大量增加,过量的活性氧(ROS)会引发体内氧化应激反应,造成蛋白质交联、脂肪氧化、DNA和RNA损坏等,在生物体中,有酶和非酶的抗氧化系统来保护自己免受活性氧损伤。超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)是人体天然的抗氧化酶,可将氧自由基最终转化为水进入人体,本发明提供的天然寡肽通过提高抗氧化酶的活性促进将氧自由基转化为水,对细胞氧化损伤进行保护。
作为优选,辣木籽寡肽对DPPH自由基的半数有效浓度为0.79mg/mL,对ABTS自由基的半数有效浓度为0.32mg/mL。DPPH自由基是一种很稳定的自由基,用于评估抗氧化物捕捉自由基的能力,本发明提供的寡肽对DPPH自由基的半数有效浓度较低,有着较强的捕捉自由基的能力,抗氧化活性强。而ABTS自由基在水及醇溶剂中具有良好的溶解性,用于评价水溶性及脂溶性天然产物的抗氧化活性,主要是测定抗氧化剂保持氧化还原状态的能力,本发明提供的寡肽对ABTS自由基的半数有效浓度较低,保持氧化还原状态的能力强,有较高的抗氧化活性。
本发明还提供一种上述辣木籽寡肽的制备方法,该方法能够减弱氨肽酶对由C端疏水性氨基酸形成的肽键的水解活性和/或羧肽酶对由芳香族形成的羧基末端的水解活性,增加氨基酸序列为Ser-Phe的寡肽的收率。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为:
具有肝细胞氧化损伤保护作用的寡肽的制备方法,包括以下步骤:
a、辣木籽蛋白质的提取;
b、辣木籽蛋白水解;
c、超滤;
d、阴离子交换色谱法;
e、凝胶过滤层析;
f、反相高效液相色谱法;
g、氨基酸序列及其分子质量的测定;
其中,辣木籽蛋白水解采用风味蛋白酶进行酶解。目前抗氧化肽的提取主要有酶解法和发酵法,酶促反应具有高效性和安全性,蛋白质经过酶解后都可得到抗氧化肽,风味蛋白酶对辣木籽蛋白的水解度较高,能够获得分子量较小,抗氧化活性强的短肽;酶解过程中产生了大量相对分子质量相近的肽段,且酶解物系蛋白质、肽和氨基酸的混合体系,本发明提供的寡肽分子量较小,单一的分离方法不能满足分离纯化的要求,因此,本发明对蛋白水解物超滤后,再通过阴离子交换色谱法、凝胶过滤层析、反相高效液相色谱法,得到11个二、三肽,对11个小肽进行分析后,得到目标寡肽。
作为优选,上述辣木籽蛋白质的提取步骤包括:首先将粉碎的辣木籽与乙酸乙酯混合2-3天;自然干燥后,与pH在87-8.9,浓度为1.5mol/L Tris-HCL按质量体积比为1:37-39的比例在41-43℃下混合,90-110min后离心取上清;加入4.2-4.3mol/L硫酸铵,24-26℃下沉淀蛋白质,蛋白质析出后用透析袋透析脱盐。辣木籽富含油脂,通常与蛋白质构成复合体,因此对辣木籽蛋白进行脱脂处理,释放其中的油脂,所得蛋白质品质高,本发操作简单,反应条件温和,提取率高,不会使蛋白质发生不可逆的变性,从而避免蛋白质溶解度的降低及酶解后的生物活性肽失活。
更为优选,辣木籽与乙酸乙酯的质量体积比为1:5.5-6.5(g/mL)。
作为优选,上述风味蛋白酶用葡萄糖乙酸酯进行修饰。风味蛋白酶包含了内切肽酶与外切肽酶两种活性,因此对蛋白质有较高的水解活性。内切酶作用肽链内的肽键,其产物为胨、高肽、低肽;外切酶则从肽链的氨基或羧基一端开始,作用后的产物为单个氨基酸。风味蛋白酶中的外切肽酶为从肽链的N端水解多肽的氨肽酶和/或从C端水解多肽的羧肽酶,羧肽酶A是水解由芳香族和中性脂肪族氨基酸形成的羧基末端,如酪氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸等。氨肽酶对疏水性氨基酸有极强的专一性,不仅肽键的N端氨基酸的疏水性会增加氨肽酶的作用效果而且肽键的C端氨基酸的疏水性也会增加氨肽酶的作用效果。本发明提供的天然寡肽的氨基酸序列为Ser-Phe,Phe为芳香族氨基酸和疏水性氨基酸,与Ser形成的肽键容易外切肽酶被水解,用葡萄糖乙酸酯对风味蛋白酶进行处理,葡萄糖乙酸酯能够与组氨酸残基上的咪唑环结合,并且能与氨基形成酰胺键,使氨肽酶和/或羧肽酶的侧链基团发生改变,从而改变了氨肽酶和/或羧肽酶的特性,减弱了氨肽酶对由羧基端疏水性氨基酸形成的肽键的水解活性和/或羧肽酶对由芳香族形成的羧基末端的水解活性,增加氨基酸序列为Ser-Phe的寡肽的收率。更为优选,风味蛋白酶用葡萄糖乙酸酯进行修饰的方法为:将含有风味蛋白酶的磷酸盐缓冲液中加入葡萄糖乙酸酯溶液,充分混合后,室温下放置18-24h,透析处理去除溶剂,冻干。进一步优选,修饰方法为:取22-24mg风味蛋白酶在3-5mLpH6-8的磷酸盐缓冲液中溶解,加入3-4mL 30-40mmol/L葡萄糖乙酸酯溶液,充分混合后,室温下放置18-24h,透析处理去除溶剂,冻干。
作为优选,上述步骤b至步骤f所得物质进行冻干处理。多肽稳定性较差,多肽发生的一系列化学反应如脱酰胺、β-消除、水解等都需要水参与,水还可以作为其它反应剂的流动相,另外,水含量降低可使多肽的变性温度升高。因此,冻干可提高多肽的稳定性。
本发明还提供上述辣木籽寡肽在制备用于预防和/或治疗糖尿病和/或心脏病药物中的用途。当细胞受到氧化损伤时,细胞内的活性氧会大量增加,过量的活性氧超过细胞有效的抗氧化应答能力时,会导致体内氧化与抗氧化作用失衡从而引发体内氧化应激反应,造成蛋白质交联、脂肪氧化、DNA和RNA损坏等,从而引发一系列疾病,如心脏病,糖尿病。因此,本发明提供的天然来源的具有细胞氧化损伤保护作用的寡肽安全无毒副作用,对研究治疗心脏病、糖尿病的药物具有重要意义。
本发明的有益效果为:
1)本发明通过对辣木籽蛋白水解物进行分离纯化得到氨基酸序列为Ser-Phe,分子量为252.17Da的天然寡肽,该寡肽能够提高超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性,降低氧化应激细胞内丙二醛的含量,对细胞氧化损伤具有保护作用;
2)本发明通过对天然寡肽进行修饰,增加寡肽和稳定性和生物活性,掩盖Akt磷酸化位点Ser473掩盖住,抑制Akt的活性,促进细胞谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px,超氧化物歧化酶SOD的表达;
3)本发明通过对风味蛋白酶进行修饰,改变了风味蛋白酶中氨肽酶和/或羧肽酶的特性,减弱了氨肽酶对由C端疏水性氨基酸形成的肽键的水解活性和/或羧肽酶对由芳香族形成的羧基末端的水解活性,增加氨基酸序列为Ser-Phe的寡肽的收率。
具体实施方式
除非另外说明,本文所提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献都以整体援引的方式并入本文中,如同将其全文进行阐述。
除非另外定义,本文所使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域普通技术人员通常所理解的相同含义。在相抵触的情况下,则以本说明书中的定义为准。
当以范围、优选范围或一系列上限优选值和下限优选值给出数量、浓度或其他数值或参数时,应理解其具体公开了由任何较大的范围限制或优选值和任何较小的范围限制或优选值的任何一对数值所形成的所有范围,而无论这些范围是否分别被公开。例如,当描述“1至5”的范围时,所描述的范围应解释为包括“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等范围。
除非另有说明,在本文描述数值范围之处,所述的范围意图包括范围端值和范围内的所有整数和分数。
另外,在本发明的要素或组分之前的词语“一”和“一种”意图表示对于该要素或组分的出现(即发生)次数没有限制性。因此,“一”或“一种”应理解为包括一种或至少一种,除非明确表示数量为单数,否则单数形式的所述要素或组分也包括复数的情况。
本发明的实施方案,包括在发明内容部分中所述本发明的实施方案以及本文下述的任何其他的实施方案,均可任意地进行组合。
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述:
实施例1:
一种具有肝细胞氧化损伤保护作用的天然寡肽的制备方法,包括:
1)辣木籽蛋白水解物的制备:首先将粉碎的辣木籽与乙酸乙酯按质量体积比为1:6的比例混合2天;将辣木籽在空气中自然干燥,将干燥后的辣木籽与pH8.8,1.5mol/L的Tris-HCL按质量体积比为1:38的比例在42℃下混合,100min后离心,取上清;在上清液中加入4.25mol/L硫酸铵,25℃下沉淀蛋白质,析出的辣木籽蛋白质用透析袋透析脱盐,然后冻干;制备质量体积比为5%的辣木籽蛋白悬浮液,取100mL蛋白悬浮液,然后调节pH至6.7,加入修饰后的风味蛋白酶,总加酶量为5%,50℃下酶解300min。
2)分离纯化:
超滤:对酶解后的产物采用截留分子量3.5kDa的超滤膜进行超滤处理,收集分子量<3.5kDa的超滤酶解物FM3,。
阴离子交换色谱法:取5mL 60mg/L的FM3溶液,用0.22μm的微孔滤膜过滤后,上样到阴离子交换色谱柱QFF(1.6×80cm)上分离纯化,分别用0.1M NaCl Tris-HCl缓冲液、0.25M NaCl Tris-HCl缓冲液、0.5M NaCl Tris-HCl缓冲液进行梯度洗脱,流速为2.0mL/min,收集器每个试管收集的馏出体积为6mL,检测波长为280nm,最后在色谱峰上收集到F-I,F-II,F-III三个组分,进行冻干处理。
凝胶过滤层析:取1mL 5mg/mL的F-I溶液,上样到Sephadex G15柱(3.6×150cm)上分离纯化,用超纯水洗脱,流速为0.6mL/min,收集器每个试管收集的馏出体积为1.8mL,检测波长为280nm,最后在色谱峰上收集到F-I-I,F-I-II,F-I-III三个组分,进行冻干处理。
反相高效液相色谱法:取10μL 1mg/mL的F-I-I溶液,上样到4.6×250mm Zorbax300SB-C18柱上分离纯化,流动相为A相-B相,A相为含0.05-0.07%三氟乙酸的超纯水,B相为含0.04-0.06%三氟乙酸的甲醇,洗脱程序为:在0-2min内采用的流动相中B的体积百分比为0-2%;在2-4min内采用的流动相中B的体积百分比为2-30%;在4-27min内采用的流动相中B的体积百分比为30-60%,在27-30min内采用的流动相中B的体积百分比为60-100%,30-35min内采用的流动相中B的体积百分比为95%,流速为1mL/min,检测波长为280nm。反相高效液相色谱结果见图1,最后在色谱峰上收集到11个组分(LM1-LM11),进行冻干处理,称重,测定各个组分。
氨基酸序列及其分子质量的测定:采用494蛋白质序列测序系统测定LM1至LM11的N端氨基酸序列,埃德曼降解按照测序系统提供的标准程序性进行。采用电喷雾串联质谱法(ESI-Q-TOF)对LM1-LM11的分子量进行精确测定,电离是在毛细管电压为3500V的阳性模式下进行的。氮气在雾化过程中保持在40强度,在350℃下的蒸发过程中保持9L/min。以质心控制模式分析质子数/电荷数的比值。测得LM9组分的基酸序列为Ser-Phe的寡肽,并测得其分子量为252.17Da。序列为Ser-Phe的寡肽的得率计算公式为:
得率(%)=目标产物冻干粉的质量(g)/蛋白质冻干粉的质量(g)
测得目标寡肽的得率为1.72%。
实施例2:
风味蛋白酶使用前进行修饰,选用的风味蛋白酶的外切肽酶包括氨肽酶和羧肽酶,取23mg风味蛋白酶在4.5mL pH7.5的磷酸盐缓冲液中溶解,加入3mL35mmol/L葡萄糖乙酸酯溶液,充分混合后,室温下放置22h,透析处理去除溶剂,冻干。
其余部分和实施例1完全一致。测得序列为Ser-Phe的寡肽的得率为2.03%。
实施例2中目标寡肽的得率高于实施例1,这说明,对风味蛋白酶进行修饰后,改变了氨肽酶和羧肽酶的特性,减弱了氨肽酶对由羧基端疏水性氨基酸形成的肽键的水解活性和羧肽酶对由芳香族形成的羧基末端的水解活性,增加氨基酸序列为Ser-Phe的寡肽的得率。
实施例3:
为了进一步提高辣木籽寡肽对肝细胞氧化损伤的保护作用,本实施例还采取如下措施:
将实施例1所得辣木籽寡肽用柠檬酸锶进行修饰。FOXO3a被激活后可诱导下游靶基因表达,FOXO3a的靶基因包括抗氧化基因、细胞凋亡和细胞周期阻滞基因等。PI3K-Ak/PKB信号通路通过调节FOXO3a的活性来增加过氧化物酶的表达,过氧化物酶比过氧化氢酶有更高的亲和性,在低水平的过氧化氢时也能产生同样的效果。Akt/PKB由N末端的调节区、中间酶活性区、C末端的调节区和连接PH区与激酶活性区的铰链区四部分组成,C末端有一个富含脯氨酸的疏水结构域(HM),其中含有Akt完全活化所必需的第二个磷酸化位点Ser473,用柠檬酸锶对寡肽Ser-Phe进行处理,柠檬酸锶上的羧基可与Ser的侧链的脂肪族羟基反应,连接在寡肽上,可以增加寡肽和稳定性和生物活性,同时柠檬酸锶上的羟基可对Akt疏水结构域HM中脯氨酸侧链上四氢吡咯酸的环形结构进行修饰,从而与脯氨酸相连,在疏水结构域形成交错的网状结构,将Akt磷酸化位点Ser473掩盖住,不利于PDK2对Akt的Ser473位点的磷酸化,从而抑制Akt的活性,此时,Akt对FOXO3a的磷酸化减少,激活FOXO3a的转录活性,促进细胞中谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px,超氧化物歧化酶SOD的表达,进一步提高寡肽Ser-Phe的抗氧化能力。具体修饰方法包括:按体积比1:3-4的比例,取3-4mg/mL柠檬酸锶和2-3mg/mL寡肽混合放入试管中,调节pH至7-8,反应体系总体积为10-15mL,将试管置于60-70℃下20-30min后,冰浴冷却,用截留分子量为300Da的超滤膜处理,收集滤液,冻干。
本实施例的修饰方法为:按体积比1:3的比例,取4mg/mL柠檬酸锶和3mg/mL实施例1得到的目标寡肽混合放入试管中,调节pH至7.8,反应体系总体积为10mL,将试管置于65℃下25min后,冰浴冷却,用截留分子量为300Da的超滤膜处理,收集滤液,冻干。
试验例1:
细胞内GSH-Px、SOD、CAT和MDA水平的测定:
将细胞按照3.5×105个细胞/孔接种到6孔板中,并在1.6mL培养基中孵育24h。将实施例1所得的寡肽制成500μmol/L的样本溶液,在样本组中加入200μL样本溶液培养3h。在模型组和对照组中,用PBS代替200μL样本溶液。3h后,将200μL终浓度为300μmol/L的H2O2分别加入模型组,样本组和阳性对照组中,并温育2h。将200μL RPMI-1640培养基代替H2O2加入对照组。然后,除去培养基,用PBS洗涤细胞,重复三次。最后根据GSH-Px、SOD、CAT和MDA检测试剂盒的说明测量GSH-Px、SOD、CAT和MDA的水平。对GSH-Px、SOD、CAT和MDA的水平的测定结果见图2。
试验例2:
对过氧化氢诱导的肝细胞氧化损伤保护能力的测定:
将长肝细胞按每孔1.2×104个细胞,接种到96孔板中,在160μL培养基中孵育24h;将20μL 500μM寡肽溶液加入样品组,培养3h,而在模型组和对照组中各加入20μL PBS溶液;3h后,将20μL终浓度为300μM的H2O2分别加入模型组和样品组中,孵育2h,将20μL RPMI-1640培养基代替H2O2加入对照组中;用MTT法测量细胞活力。用倒置显微镜对细胞进行形态观察。细胞存活率的计算公式如下:
细胞存活率(%)=(As-Ab)/(Ac-Ab)×100%
式中As、Ac、Ab分别为样本组、模型组、对照组的吸光度。细胞存活率测定结果见图3。
由图2可以看出,实施例3中的GSH-Px活力和SOD活力均明显高于实施例1,且MDA的含量明显低于对比例,这说明:用柠檬酸锶对目标寡肽修饰后,抑制了Akt的活性,激活了FOXO3a的转录活性,促进细胞中谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px,超氧化物歧化酶SOD的表达,提高了寡肽的抗氧化能力。
由图3可以看出,实施例1和实施例3与模型组相比,细胞存活率明显提高,这说明从辣木籽蛋白水解物获得的目标寡肽对氧化损伤的长肝细胞有明显的保护作用,实施例3的细胞存活率高于实施例1,这说明,修饰后的寡肽抗氧化能力增强,提高了对细胞氧化损伤的保护作用。
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术,故在此不再详细赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,本领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型。因此,所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。