蔡 潔，崔校基，唐柳歡，陳忠旭，梁 盈

（中南林業(yè)科技大學 稻谷及副產(chǎn)物深加工國家工程實驗室 長沙 410004）

神經(jīng)退行性疾病是世界主要公共衛(wèi)生問題之一。包括阿爾茲海默?。ˋD）、帕金森?。≒D）、亨廷頓?。℉D）等[1-2]，這些疾病的臨床癥狀都伴隨有認知、行為障礙，對生活質(zhì)量產(chǎn)生重大影響，甚至導致高死亡發(fā)生率。據(jù)估計，到2020年，全球約有4 000 萬人會遭受AD、PD、多發(fā)性硬化癥等疾病的影響[3]，其中90%的患者年齡大于65 歲，AD 患者人數(shù)居首。據(jù)統(tǒng)計，截至2015年，全球僅AD 患者的治療成本估計為9 675.6 億美元，到2030年將達到2.54 萬億美元[4]。這些疾病的共同特點是進行性神經(jīng)元丟失和神經(jīng)元功能受損，其與氧化應激、慢性炎癥和線粒體功能障礙等密切相關(guān)，這些疾病關(guān)鍵的后臺操縱者之一是細胞外神經(jīng)毒性微環(huán)境[5-6]。

作為藥物使用的生物活性肽對保障人類健康有著突出的貢獻，如眾所周知的抗氧化[7]、降血壓[8]和抗菌[9]等性能。外源活性肽主要來自動物和植物，如肌肽，是一種天然的抗氧化劑，主要飲食來源為肉類，如牛肉、雞肉等。肌肽可以作為一種膳食補充劑，有助于預防衰老[10-12]和阿爾茨海默病[13-14]、腦缺血[15]、帕金森病[16]等神經(jīng)相關(guān)疾病。血管活性腸肽也被認為在許多神經(jīng)疾病中具有神經(jīng)保護作用[17]，最初是從動物腸道中分離得到[18]。近年來，對植物來源的活性肽研究逐漸增多。目前有許多研究證明植源肽具有ACE 抑制等活性，這些肽大多來源于大豆、玉米、小麥等[19-20]，小麥麩質(zhì)和麥醇溶蛋白等酶解產(chǎn)物顯示具有阿片活性[21]。這些研究中，植源肽表現(xiàn)出優(yōu)良的抗氧化、抗炎以及改善小鼠認知能力的作用[22-24]。相比動物源活性肽，植源肽的研究相對缺乏[19，25]。植物是研究生物活性化合物的理想系統(tǒng)[26]，且活性肽可以用來研究錯誤折疊的蛋白質(zhì)/肽的特性，是研究神經(jīng)退行性疾病的重要工具。綜上，植源性活性肽在神經(jīng)退行性疾病的研究中具有巨大的潛力。

1 植源肽

1.1 植源肽的來源

植源肽的來源按照筆者所在的專業(yè)分為糧食作物源和其它植物源活性肽。這些糧食作物有水稻、大豆、玉米、小麥、土豆等[27]，其它植源肽則主要來源于核桃[23]、擬南芥[28]、雪松[29]等。由于許多糧食作物加工的副產(chǎn)品具有易獲得，低成本，減少資源浪費等優(yōu)點，如豆粕[30]、菜籽粕[31]等，因此它們是極受歡迎的植物活性肽來源。植物活性肽也可以是植物內(nèi)源性肽，或通過發(fā)酵、酶解方式獲得[27]。

1.2 植源肽的生物活性

大多數(shù)生物活性肽是當非活性狀態(tài)的長鏈蛋白質(zhì)被適當酶解時，其分子片段與活性被釋放出來[32]?？寡趸氖巧矬w在生命活動中起重要調(diào)控作用的化學物質(zhì)，它通過減少氧自由基，阻斷脂質(zhì)體的鏈式反應來發(fā)揮其抗氧化作用，如小麥胚芽肽[33]、核桃肽[34]等。Amigo-Benavent 等[35]的研究證明消化大豆所釋放的肽具有抗氧化作用。除大豆外，一些可可制品所顯示的抗氧化活性也被歸因于可可中存在的活性肽[36]。抗高血壓活性肽是最常見的植源肽之一[37]，高血壓的主要參與者ACE 會導致血管收縮。大量研究表明植源肽具有ACE 抑制作用，這些肽主要來自于蔬菜和大豆衍生物[38]。小麥和麥麩等糧食、糧食加工副產(chǎn)物中提取的活性肽具有阿片作用[21]。眾所周知，大豆肽[39]和谷胱甘肽具有免疫調(diào)節(jié)作用，谷胱甘肽存在于許多植物源食品中，雖然該分子被腸道吸收不多，但對腸道的氧化損傷有保護作用[40]。從鷹嘴豆、芝麻、大豆和向日葵的蛋白質(zhì)水解物中鑒定出來的活性肽[41]具有免疫調(diào)節(jié)作用，并且能刺激外周血中的淋巴細胞[40]。植源肽對淋巴細胞增殖也有抑制作用，能夠減少過敏和過敏反應，其中嬰兒的“口腔耐受性”現(xiàn)象就是例證[40]。此外，在動物模型中，其它一些植物活性肽已被建議用于預防阿爾茨海默病[42]。其它重要的生物活性還有抗癌活性等，如從大豆[43]和馬鈴薯[44]中分離出來的活性肽具有抗癌活性，這一活性在其它植物中也有報道[43]。

2 植源肽在神經(jīng)退行性疾病中的作用

神經(jīng)退行性疾病往往伴隨記憶喪失，認知障礙等?；颊叽竽X中蛋白質(zhì)或肽的異常聚集，這些聚集體在神經(jīng)元或神經(jīng)元上的沉積，破壞信號傳遞，最終殺死神經(jīng)元[45]。如圖1所述，除了遺傳因素外，氧化應激、免疫失衡等引起機體內(nèi)環(huán)境紊亂也是神經(jīng)退行重要發(fā)病機制。近年來，生物活性肽在神經(jīng)退行性疾病的研究上取得了可觀的進展。研究者以嚙齒動物為模型，從多方面、多層次研究了各類植源肽對神經(jīng)退行性疾病的作用，表明植源肽通過抗氧化應激、抗炎、抗糖基化等作用改善了嚙齒動物內(nèi)分泌、代謝、記憶、認知，從而保護大腦免受損傷。

圖1 氧化應激、線粒體功能障礙、免疫系統(tǒng)失衡與神經(jīng)炎癥的關(guān)系Fig.1 Relationship between oxidative stress，mitochondrial dysfunction，immune system imbalance and neuroinflammation

2.1 抗氧化應激

在神經(jīng)退行性疾病和衰老中，氧化應激被認為是重要的調(diào)節(jié)因素[46-47]。氧化應激由生物系統(tǒng)中氧化劑和抗氧化劑之間的失衡導致，這種不平衡是由于活性氧（ROS）過量或抗氧化系統(tǒng)功能不當導致[48]。神經(jīng)退行性疾病的具體特征是細胞凋亡/壞死和神經(jīng)細胞功能障礙，導致對神經(jīng)系統(tǒng)的惡性影響。作為身體廣泛活躍的部分，腦更容易受到氧化應激的影響，大腦對氧的需求更高，因此消耗的氧氣比身體其它部位更多。大腦還富含氧化還原活性金屬（銅和鐵），它們積極參與ROS 的產(chǎn)生，由于腦細胞膜富含多不飽和脂肪酸（PUFA），它們更容易發(fā)生脂質(zhì)過氧化[49-50]。當抗氧化物谷胱甘肽（GSH）以最佳濃度存在時，其在腦細胞ROS的解毒過程中起著主要作用，因此ROS 水平升高同時腦GSH 水平下降，導致AD、PD、HD 等神經(jīng)退行性疾病發(fā)生[51-53]。針對ROS 產(chǎn)生了各種純天然抗氧化劑，如谷胱甘肽、多酚等（茶提取物），抗氧化物由抗氧化酶，如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等酶活增強而發(fā)揮作用[54-56]。

早在1985年，Gerschman[57]和Denham[58]就提出超氧化物和其它自由基對細胞的大分子成分造成傷害。自由基對機體組織造成持續(xù)傷害，導致結(jié)果包括：體內(nèi)酶活性降低，核酸代謝誤差，溶酶體色素堆積，致使細胞衰老。核桃蛋白水解物DWMPH 表現(xiàn)出自由基清除活性和氧自由基吸收能力[23]。梁盈等[59]發(fā)現(xiàn)從大米中提取的活性肽對DPPH 和OH 自由基清除分別可達46.76%和68.23%。He 等[60]發(fā)現(xiàn)大豆的加工產(chǎn)物中分子質(zhì)量在1～3 ku 的肽在體外具有較強的DPPH 自由基清除能力。金屬螯合作用是抑制自由基生成的重要組成部分，而一些多肽起螯合劑的作用，特別是含有半胱氨酸、組氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的多肽[41]。

機體氧化失衡后，ROS 以自由基或非自由基分子（如H2O2）兩種形式氧化脂質(zhì)形成還原的氧中間體，進一步導致DNA[61]、蛋白質(zhì)[62]和脂質(zhì)[63]積累損傷。許多來源于植物或植物加工副產(chǎn)物的活性肽被證明在體內(nèi)具有較強的抗氧化活性。He 等[60]通過喂食大豆加工產(chǎn)物中提取出的活性肽給D-半乳糖（D-gal）衰老小鼠，發(fā)現(xiàn)灌胃活性肽的小鼠的食物攝入量、體重和器官指標均恢復正常，不但提高了小鼠血清中超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-px）的活性，還提高了總抗氧化物能力（T-AOC），并減少了丙二醛（MDA）的生成，表現(xiàn)出良好的抗氧化活性。小麥活性肽灌胃D-gal 致衰老的小鼠后，發(fā)現(xiàn)飼喂小麥肽的小鼠血清和心臟、腦、肝臟中的SOD 等抗氧化物酶顯著提高，并且降低了MDA 含量[64]。此外在研究黑豆肽[65]和姬松茸多肽[66]對D-gal 致衰老小鼠體內(nèi)抗氧化的作用中，同樣發(fā)現(xiàn)黑豆肽可顯著提高小鼠肝臟SOD、GSH-Px 活性和血清GSH-Px 活性，降低血清和肝臟MDA 含量。

2.2 維持免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)

在關(guān)于神經(jīng)退行性疾病的研究中，遺傳、組織病理學的證據(jù)指出免疫途徑失調(diào)，包括細胞因子信號的變化、免疫細胞增殖和遷移、吞噬作用的改變以及反應性神經(jīng)膠質(zhì)變性是神經(jīng)病變的常見特征。長期以來，這些免疫變化被認為是基礎(chǔ)疾病過程的繼發(fā)性或反應性變化，而新出現(xiàn)的證據(jù)暗示免疫系統(tǒng)是疾病發(fā)作和進展的主要參與者[67]。免疫系統(tǒng)的變化，無論是先天的還是適應性的，都會隨著年齡的增長而發(fā)生明顯的變化，并促進免疫功能的發(fā)展[68]。植源免疫調(diào)節(jié)肽有助于機體的防御反應，然而不直接與病原體反應。植源肽在免疫調(diào)節(jié)中主要通過胃腸道參與生物體的免疫反應[69]。具有抗菌活性的植源肽已被認為能減少外界環(huán)境對機體造成的損傷，類似常規(guī)抗生素治療細菌感染[70]。幾個已知的植源肽可以刺激或抑制免疫反應[71]，太子參提取的活性肽被證明能夠提高脾臟淋巴細胞增殖能力，說明其可以增強機體免疫系統(tǒng)[72]。大豆肽除了能夠抑制腸道收縮并緩解焦慮以外，它也影響葡萄糖和脂質(zhì)代謝，并已在小鼠中顯示出抗糖尿病的作用[73]，大豆衍生的43 種殘留肽lunasin 具有幾種有益的免疫調(diào)節(jié)特性[74-75]，如血液和肝臟[76]中抑制哺乳動物細胞核的組蛋白乙酰化[76]。山藥蛋白肽也能改善免疫力低下小鼠的免疫力，增強淋巴細胞增殖能力，提高免疫球蛋白和抗炎細胞因子的表達[77]。此外，研究表明從日本大米中提取的短肽KGHYAERVG 的活性提供了抵抗多發(fā)性硬化癥的發(fā)生，其能改善多發(fā)性硬化癥小鼠模型的腦炎癥狀，通過提高T 細胞的增殖能力，提高抗炎細胞因子的表達[67]。這些研究表明植源肽通過抗菌、抗炎、平衡T、B 淋巴細胞維持免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)，抵抗相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生。

2.3 保護大腦神經(jīng)系統(tǒng)

神經(jīng)退行性疾病的共同特點是進行性神經(jīng)元丟失和神經(jīng)元功能受損。不管是抗氧化，抗炎，對于活性物質(zhì)的研究都是為了保護大腦神經(jīng)系統(tǒng)免受損傷。Shimizu 等[7]從大豆提取物中發(fā)現(xiàn)的二肽甘氨酸-精氨酸（GR）能夠顯著提高腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）的表達，并且通過持續(xù)6 個月飼喂小鼠，發(fā)現(xiàn)其能抑制SAMP8 小鼠與年齡有關(guān)的認知能力下降。Ren 等[34]研究發(fā)現(xiàn)灌胃核桃肽（MWHP）通過減少氧化應激，抑制細胞凋亡，調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)功能，維持海馬CA3 錐體神經(jīng)元和提高腦組織中p-CaMKⅡ水平而改善記憶，并在小鼠的水迷宮實驗中得到了證實。此外Wang 等[78]的研究發(fā)現(xiàn)灌胃核桃肽（PPKNT）能夠減少APP/PS1 小鼠的Aβ 斑塊積累，提高認知能力，并能夠提高APP/PS1 小鼠血清中甲腎上腺素（NE）和異戊酸酯水平，降低血清膽堿酯酶（AChE）和戊二酸水平。核桃肽DWMPH 對大腦神經(jīng)系統(tǒng)的保護研究相對于其它植源肽的研究較多，核桃蛋白水解物飼喂小鼠能減輕D-gal 和AlCl3誘導的小鼠大腦中的神經(jīng)損傷[23]。此外，研究表明纖維蛋白原具有改變血管功能和淀粉樣蛋白聚集的雙重作用，其衍生肽γ333-395能減少AβPP/S1 小鼠腦淀粉樣蛋白的沉積，并改善小鼠認知。這些是已知氨基酸排列順序的肽，許多類似的活性多肽并未弄清其具體的氨基酸排列順序。如馮晴霞等[66]用姬松茸多肽提取物灌胃小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠在水迷宮和避暗實驗中都表現(xiàn)出良好的記憶能力，并且灌胃姬松茸多肽提取物能夠保護小鼠神經(jīng)元免受損傷。綜上，雖然部分研究中的植源肽仍不知道其氨基酸序列，但其能提高神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達、減輕腦中Aβ 沉積。植源肽表現(xiàn)出的神經(jīng)保護作用在研究神經(jīng)退行性疾病中具有重大意義。

2.4 抗糖基化

晚期糖基化終產(chǎn)物（AGEs），除了眾所周知的可引起糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展以外，還可引起許多疾病的病理生理變化，如阿爾茨海默病、帕金森病和酒精性腦損傷的病理變化的關(guān)鍵[79-82]。如圖2所示，AGEs 受體RAGE（晚期糖基化終產(chǎn)物受體）調(diào)節(jié)許多至關(guān)重要的細胞過程，如炎癥、凋亡、ROS信號傳導、增殖、自噬以及衰老。在宿主細胞死亡過程中，AGEs 與其受體RAGE 結(jié)合后，RAGE 通過ROS、ERK1/2 和NF-κB 炎癥途徑的強烈激活而高表達[83-85]。研究者給2 型糖尿病小鼠灌胃茶多肽[24]，發(fā)現(xiàn)茶多肽通過調(diào)節(jié)JNK/NF-κB 和AGEs/RAGE 途徑，降低了2 型糖尿病小鼠的血清胰島素水平，維持機體糖代謝平衡，降低了小鼠的體內(nèi)炎癥，從而保護大腦神經(jīng)系統(tǒng)免受損傷。

圖2 AGEs 與Aβ 沉積的關(guān)系Fig.2 Relationship between AGEs and Aβ accumulation

2.5 調(diào)控腸道菌群

胃腸道包含大量的共生細菌，這些細菌很容易由于飲食、環(huán)境和疾病而發(fā)生變化[85]。有研究表明，高度多樣化和穩(wěn)定的微生物群促進了人類的整體健康[67]。如圖3所示，在神經(jīng)退行性疾病的研究中，許多數(shù)據(jù)表明腸道菌群能調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)[86-87]，當胃腸道發(fā)生全身性炎癥或外周免疫系統(tǒng)可被感知到形成外周炎癥信號時，傳導到大腦加重慢性神經(jīng)變性。新的數(shù)據(jù)表明，食用某些植源性的功能性食品或成分，可以通過調(diào)節(jié)腸道微生物群落和多樣性來發(fā)揮認知改善作用。Wang 等[78]采用16S rRNA 對飼喂核桃肽（PPKNT）的APP/PS1 小鼠的糞便分析，增加厚壁菌門（Firmicutes）的相對豐度，減少16S rRNA 分析顯示的蛋白細菌和疣微菌門（Verrucomicrobia）來改善腸道失調(diào)，能夠改善APP/PS1 小鼠的認知能力。大豆7s 球蛋白延伸區(qū)片段的體外發(fā)酵試驗表明，其能選擇性的抑制促炎革蘭氏陰性菌，增加乳酸菌科數(shù)目的相對豐度來改善腸道菌群環(huán)境[88]。植物乳桿菌發(fā)酵后的大豆產(chǎn)物也被證明能抑制小鼠β 淀粉樣蛋白增加，減少神經(jīng)元凋亡，增強小鼠認知能力，此外發(fā)現(xiàn)其還能降低小鼠糞便脂多糖水平，增加腸道中乳酸菌/乳酸桿菌數(shù)量。這種神經(jīng)保護作用可能與大豆發(fā)酵產(chǎn)物能改善腸道菌群環(huán)境有關(guān)[89]，并且可能由于大豆發(fā)酵產(chǎn)物中的生物活性肽發(fā)揮著關(guān)鍵的作用導致。腸道神經(jīng)系統(tǒng)素有“第二腦”之稱，這是因為腸道微生物具有自主活動，而與中樞神經(jīng)系統(tǒng)也有密切相互作用。植源肽通過提供膳食營養(yǎng)，來平衡腸道菌群環(huán)境，改善腸道內(nèi)分泌，調(diào)節(jié)腸神經(jīng)系統(tǒng)、免疫反應而保護大腦，減少神經(jīng)退行性疾病，如失去記憶和學習能力喪失等癥狀的發(fā)生。

圖3 腸道菌群失調(diào)與大腦的關(guān)系Fig.3 Relationship between imbalance of intestinal flora and brain

3 小結(jié)

在探索活性肽生物活性的過程中，研究發(fā)現(xiàn)植源肽通過發(fā)揮抗氧化應激，抗糖基化，提高機體免疫能力，調(diào)控腸道菌群等作用，而對嚙齒神經(jīng)退行性疾病產(chǎn)生積極的影響，這對于植源肽應用在預防神經(jīng)退行性疾病上具有積極作用。過去的研究中，植源ACE 抑制肽得到了很好的發(fā)展，直到現(xiàn)在植源肽對嚙齒動物神經(jīng)退行性疾病的作用已經(jīng)陸續(xù)被研究。目前研究證據(jù)不夠充分，還需臨床證據(jù)和大量資本投資，雖然在體外試驗或使用嚙齒類動物模型獲得的數(shù)據(jù)被認為不足以實現(xiàn)這一目的，但基于目前的動物實驗的研究進展，鑒于植源肽在抵抗嚙齒動物神經(jīng)退行性疾病發(fā)生表現(xiàn)出的優(yōu)良作用。植物作為活性肽來源的一大巨頭，在神經(jīng)退行性疾病的研究中有不可磨滅的貢獻。

4 機遇與挑戰(zhàn)

近年來，許多研究都探討了關(guān)于肽的優(yōu)勢及其潛在問題和應用策略。目前研究中用來治療神經(jīng)退行性疾病的藥物遠遠不夠，批準的藥物數(shù)量因在臨床試驗中檢測出鉛化合物而受到限制[90]，而天然產(chǎn)品在預防這些疾病中的應用是一個相對較新的領(lǐng)域。研究表明，多種植物化學物質(zhì)，如楊梅素、桑樹、核桃和綠茶等通過至少3 種治療特性：改善胃腸功能，增強免疫和保護神經(jīng)效果。在膳食中添加植物化學物質(zhì)被認為是一種很有前景的干預退行性疾病發(fā)生的方法，可以通過改變個人的飲食習慣，提高植物化學物質(zhì)在人類健康的可用性，提高整體身體質(zhì)量，減少神經(jīng)退行性病變[91]。此外，在經(jīng)濟上，植物作為天然活性物質(zhì)的主要來源物，其來源廣，價格低，充分利用可減少資源浪費[92]，然而合成的肽類成本較高，在世界上較不發(fā)達地區(qū)，天然生物活性肽相對于合成化學品優(yōu)勢尤其明顯。營養(yǎng)上，食品中植物衍生生物活性肽具有多種營養(yǎng)益處[93]。安全上，與傳統(tǒng)小分子相比，肽具有安全性和耐受性等功效。這將可能會吸引不同專業(yè)的研究人員，包括食品技術(shù)專家、生物技術(shù)專家、醫(yī)生、神經(jīng)學家等，這些活性物質(zhì)在食品、功能性食品的制作上具有良好的發(fā)展前景。

對植源肽進行活性評估時，研究往往是先評估植物肽粗提物的活性，而這些粗提物的活性可能是由于其中的某條或幾條未知序列的肽在發(fā)揮作用[94]，研究者要找出發(fā)揮活性的肽鏈序列，將混合物中的肽單獨實驗，以評估具體結(jié)構(gòu)肽的生物活性，并表明這些混合肽可能/不可能產(chǎn)生協(xié)同作用[95]。在這一層次上，可以利用生物信息學的方法，搜索已知的生物活性序列，在最初篩選混合物中的目的肽上起到重要的意義。在多肽的應用中，肽的體內(nèi)、外穩(wěn)定性與生物利用度是人們的主要關(guān)注問題[96]。在體外，可以通過許多方式提高肽的穩(wěn)定性[97]，如改變骨干結(jié)構(gòu)，結(jié)合D-氨基酸或α-氨基酸等[98]；在體內(nèi)，肽容易被酶解，且具有高溶血活性的肽被認為不適合治療使用，因此測試肽對紅細胞的溶血活性是研究新型肽毒性的第一個程序[99-100]。研究者需要在不改變生物活性的情況下，改造肽的結(jié)構(gòu)，可通過定點突變肽的一個或多個位置的氨基酸殘基，篩選出更安全的可以用于預防神經(jīng)退行性疾病的生物活性肽。