張耀，張露，劉俊，涂宗財,2*

1(江西師范大學 國家淡水魚加工技術研發(fā)專業(yè)中心和江西省淡水魚高值化利用工程技術研究中心，江西 南昌，330022)2(食品科學與技術國家重點實驗室(南昌大學)，江西 南昌，330047)

抗腫瘤肽因具有低毒性、多樣性、低免疫原性和不易產生耐藥性等特點而被人們廣泛關注，制備方法主要有酶解法[1]、發(fā)酵法[2]和人工合成法[3]。由于發(fā)酵法技術不夠成熟且效果難以達到預期，人工合成法因技術要求高、工藝復雜、成本高等原因，均難以廣泛應用。酶解法因具有反應條件溫和、易控制、無有害化學物質產生、酶解產物安全性較高等特點成為制備抗癌肽的首選方法。目前,已有許多從水生資源中酶解制備抗腫瘤肽的研究報道，但其原料主要來源于海洋產品，如藻類、深水魚類、軟體動物、甲殼類和其他海洋副產品[4]，利用淡水魚制備抗腫瘤肽的相關研究較少。由于淡水魚的生長環(huán)境與海洋生物的生長環(huán)境有很大的區(qū)別，因此淡水魚蛋白質的氨基酸序列、結構和功能與海洋生物的蛋白質有較大的區(qū)別，有可能開發(fā)出具有抗腫瘤活性的肽。目前僅在少數(shù)幾種淡水魚生物中有所提取，還有很大一部分淡水魚生物活性肽未被發(fā)現(xiàn)或開發(fā)出來，因此淡水魚生物活性肽具有非常廣闊的研究前景。研究表明青魚(Mylopharyngodonpiceus)具有豐富的營養(yǎng)價值，同時還養(yǎng)氣健胃，長期食用青魚可有效緩解氣虛乏力、腳氣濕痹、頭暈無力等癥狀，且青魚肉的粗蛋白、總氨基酸和必需氨基酸含量為四大家魚中排行最高，而粗脂肪含量排第三，符合人們對高蛋白低脂肪食物的需求，是一種優(yōu)質的蛋白質資源[5]。

肽的抗腫瘤活性與多肽鏈長度[6]、總體電荷/疏水性[7]、螺旋結構[8]、氨基酸組成[9]和序列[10]等有關。已分離鑒定的抗腫瘤肽大多數(shù)是由3～25個氨基酸殘基連接而成的短肽。CHALAMAIAH等[11]對食源性抗腫瘤肽進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)其抗腫瘤肽活性主要與疏水氨基酸組成有關。DO等[12]發(fā)現(xiàn)，序列中的帶正電氨基酸(Lys、Arg和His)可增強抗腫瘤肽與帶負電的腫瘤細胞膜的有效結合。另外，自由基與癌癥的產生和發(fā)展密不可分[13]，具有抗氧化活性的物質因其能夠清除自由基，避免活性氧損傷DNA等生物大分子等，可降低細胞突變率。如毛楷林[14]從皺瘤海鞘中提取了4種分子量的多肽組分，證實了多肽的抗腫瘤活性隨著抗氧化活性增強而增強。再者，疏水氨基酸含量高的多肽，通常也具有較好的抗氧化活性[15]，進一步說明活性肽的抗腫瘤活性與抗氧化性具有一定的構效關系。

相比其他淡水魚類，青魚肉中疏水氨基酸和帶電氨基酸含量相對較高[5]，具有制備抗腫瘤肽的研發(fā)潛力，然而從青魚肉中提取抗腫瘤肽的研究尚未見報道。本文以青魚肉為原材料，采用單因素試驗、正交優(yōu)化試驗確定制備青魚肉活性肽的最佳工藝，采用凝膠色譜對二步酶解物進行初步分離，得到5個分子質量不一的活性肽組分，檢測其氨基酸組成、抗氧化活性和抗腫瘤活性。本研究可豐富抗腫瘤肽的來源，為淡水魚資源的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮青魚購買于江西省南昌市南昌縣長勝市場。

胰蛋白酶、中性蛋白酶、風味蛋白酶、堿性蛋白酶，北京索萊寶科技有限公司；復合蛋白酶、木瓜蛋白酶，江蘇銳陽生物科技有限公司；羥脯氨酸(131.13 Da)、抑肽酶(6 511.51 Da)、細胞色素C(12 384 Da)均為色譜純，北京索萊寶科技有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)(分析純)，北京索萊寶科技有限公司；L-氧化型谷胱甘肽(612.63 Da)、三氟乙酸(trifluoroacetic acid，TFA)(色譜純)、三氯乙酸(trichloroacetic acid，TCA)(分析純)，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；HepG2細胞，武漢普諾賽生命科技有限公司；CCK細胞計數(shù)試劑盒(ZP328-3)，北京莊盟國際生物基因科技有限公司；磷酸鹽緩沖液(phosphate buffered saline，PBS)、DMEM高糖培養(yǎng)基(RNBJ1457)，美國Sigma公司；胎牛血清(10091-148)、胰蛋白酶消化液(15140-122)，美國Gibco公司。

1.2 儀器與設備

HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；5430R型冷凍離心機，德國艾本德公司；SR-AON-50型冷凍干燥機、SR160 W型二氧化碳培養(yǎng)箱，上海舍巖儀器有限公司；SKD-800型自動凱氏定氮儀，上海沛歐分析儀器有限公司；Acclaim PepMap 100型納流預柱、Acclaim PepMap RSLC型納流分析柱、EASY-nLC 1000型超高效液相，賽默飛世爾科技(中國)有限公司；Synergy H1酶標儀，美國Bio Tek公司；L-8900型氨基酸分析儀，日本Hitachi公司；BHC-1300IIB2型生物安全柜，蘇州安泰空氣技術有限公司；N2000+色譜工作站，賽智科技(杭州)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 青魚肉采集

青魚肉糜制備工藝：

鮮活青魚→刮除魚鱗→宰殺(去頭去尾去鰭)→開膛去內臟→剝皮去骨采魚肉→粉碎打成肉糜(常溫下，用粉碎機粉碎3次，粉碎時間7 s，間隔時間30 s)→-80 ℃冰箱中保存待用

1.3.2 堿性蛋白酶一步酶解

制備一步酶解物：

肉糜→加入純水混勻[料液比1∶10(g∶mL)]→調節(jié)初始pH值為8.00→添加堿性蛋白酶→水浴酶解(50 ℃，3 h)→滅酶(100 ℃，15 min)→離心(7 000 r/min，30 min)→取上清液冷凍干燥→青魚肉一步酶解物

1.3.3 蛋白酶的篩選

分別選用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、復合蛋白酶和風味蛋白酶對制備的青魚肉一步酶解物進行酶解，各蛋白酶的適宜酶解條件如表1所示。以清除DPPH自由基的半數(shù)抑制質量濃度(half maximal inhibitory concentration，IC50)結合水解度(degree of hydrolysis，DH)為評價指標，篩選最優(yōu)蛋白酶用于二步酶解。

表1 五種蛋白酶的酶解條件Table 1 Enzymatic hydrolysis conditions of five proteases

1.3.4 青魚肉活性肽二步酶解工藝優(yōu)化

1.3.4.1 單因素試驗

采用復合蛋白酶酶解一步酶解物制備高抗氧化活性的青魚肉活性肽，以清除DPPH自由基的IC50值和DH為評價指標進行單因素試驗。依次評價pH值(6.0、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)、酶解溫度(40、45、50、55、60、65 ℃)、料液比(1∶10、2∶10、3∶10、4∶10、5∶10，g∶mL)、酶添加量(2 000、4 000、6 000、8 000、10 000 U/g)、酶解時間(1、2、3、4、5 h)對青魚肉一步酶解物的酶解效果。

1.3.4.2 正交試驗

選取pH值(A)、酶解溫度(B)、酶解時間(C)對青魚肉一步酶解物酶解效果較強的3個因素為自變量，以IC50值為響應值(Y)，設計3因素3水平的正交試驗，探索從青魚肉一步酶解物中制備具有高抗氧化活性肽的最佳工藝條件。

1.3.5 評價指標的測定

1.3.5.1 DPPH自由基清除能力的測定

參照涂宗財?shù)萚17]方法采用DPPH自由基清除實驗比較青魚肉活性肽及其組分之間的抗氧化能力，采用Origin 8.6軟件中的多項擬合計算樣品清除50%的DPPH自由基所需質量濃度(IC50，mg/mL)。

1.3.5.2 DH的測定

參照羅艷華等[18]方法測定二步酶解物中游離氨基氮和總氮含量。按公式(1)計算樣品的DH：

(1)

1.3.6 二步酶解物中多肽分子質量分布的測定

參照李軍等[16]方法測定樣品中多肽的分布情況。將樣品配制成2.0 mg/mL的溶液，過0.22 μm水系濾膜后使用HPLC進行分析。條件為：色譜柱，XBridge BEH 125? SEC；進樣量，10 μL；柱溫，30 ℃；流動相，V(乙腈)：V(水0.1%TFA)=40∶60；流速，0.5 mL/min。以2.0 mg/mL不同分子質量的標準品及其出峰時間繪制相對分子質量校正曲線，通過相對分子質量校正曲線計算青魚肉活性肽的分子質量。

1.3.7 Sephadex G-15分子篩層析

參照CAI等[19]方法采用Sephadex G-15分子篩層析對二步酶解物進行初步分離。稱量40 g Sephadex G-15凝膠填料于干凈的燒杯中，加入超純水于室溫下浸泡24 h，使凝膠填料充分溶脹后裝入層析柱(16 mm×80 cm)中。待凝膠填料沉降至高度不再發(fā)生變化后，將活性肽粉末用超純水配成100 mg/mL的水溶液，濾膜過濾去除不溶物后取2 mL上樣。用恒流泵將超純水的流速調整為0.4 mL/min，紫外檢測器的波長設定為220 nm，自動收集器每5 min收集一管。

1.3.8 不同分子質量多肽氨基酸組成分析

采用氨基酸分析儀對樣品的氨基酸含量進行測定。

1.3.9 體外抗腫瘤活性的測定

將樣品用培養(yǎng)基配制成質量濃度為10 mg/mL的溶液，過0.22 μm水系濾膜后備用。取對數(shù)生長期的HepG2細胞接種于96孔細胞培養(yǎng)板中，外部加入PBS溶液防止細胞失水。加入細胞培養(yǎng)板時每孔細胞數(shù)約為5 000個，于37 ℃，5% CO2培養(yǎng)24 h后，移去殘余培養(yǎng)基，PBS溶液清洗2次。其中，實驗孔中加入100 μL樣品(AS)，對照孔中加入100 μL的培養(yǎng)基(AC)，于37 ℃，5% CO2條件下孵育24 h。移去板內樣品和培養(yǎng)基，PBS溶液清洗3次，加100 μL 體積分數(shù)為5%的CCK-8溶液，于37 ℃培養(yǎng)3 h后在450 nm波長處測定各孔中細胞的吸光值。以CCK-8溶液在相同培養(yǎng)條件下的吸光值(Ab)作為底色對照[20]。按公式(2)計算細胞活力：

(2)

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均重復3次，實驗數(shù)據(jù)均以平均值±標準偏差表示。采用Excel 2010記錄數(shù)據(jù)，SSPS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(ANOVA)，使用Tukey HSD程序進行差異顯著性分析，Origin 8.6軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 最優(yōu)酶的篩選

魚肉中的蛋白質在蛋白酶的作用下會酶解成不同分子質量的多肽，二步酶解不僅可以提高酶解效率和活性肽含量，還會進一步將多肽水解成小分子質量的短肽，提高肽的抗氧化、抗腫瘤、降血壓、降血糖等多種功能特性[21]。5 種蛋白酶的酶解效果如圖1所示，經復合蛋白酶酶解之后，二步酶解物的DPPH自由基清除能力最強，其IC50值為10.16 mg/mL，風味蛋白酶和胰蛋白酶的DH雖然較高，但其IC50值分別為16.87和27.17 mg/mL，抗氧化活性低于復合蛋白酶制備的活性肽，可能是由于酶切位點不同，部分具有抗氧化活性的結構未被暴露或者被酶解破壞，導致抗氧化能力減弱。而中性蛋白酶和木瓜蛋白酶的DH較低，水解物中具有抗氧化活性的肽較少，導致抗氧化活性較弱。由此可見，復合蛋白酶制備的二步酶解物具有更強的抗氧化活性。本實驗使用的復合蛋白酶主要是由堿性蛋白酶和風味蛋白酶復配而成，其酶解位點是疏水氨基酸[22]，通過堿性蛋白酶從中間切斷蛋白質內部的肽鏈釋放出具有抗氧化活性的肽段；其次，風味蛋白酶將多肽鏈的末端切斷釋放單個氨基酸，酶解過程中與還原糖發(fā)生美拉德反應，產生具有獨特風味的天然香氣，從而改善食品的風味[23]。與其他蛋白酶相比，復合蛋白酶更適用于肉類蛋白質的水解和活性肽的制備。為了更好地制備高抗氧化活性的活性肽。因此，選擇復合蛋白酶用于后續(xù)實驗的工藝優(yōu)化。

圖1 五種蛋白酶的酶解效果Fig.1 Enzymatic hydrolysis effect of five proteases注：不同字母表示具有顯著性差異(P<0.05)(下同)

2.2 單因素試驗結果

單因素試驗結果如圖2所示。由圖2-a可知，二步酶解物的IC50值隨著pH值增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當pH為8.5時，二步酶解物的清除能力最強，IC50為6.42 mg/mL(P<0.05)，這是因為復合蛋白酶中含有堿性蛋白酶的成分，在堿性環(huán)境中的酶活力高于酸性環(huán)境。pH低于或高于復合蛋白酶的最適pH范圍，都會使其酶解能力下降。由圖2-b可知，隨著酶解溫度的升高，二步酶解物的IC50值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，當酶解溫度為50 ℃時，清除能力最強， IC50值為11.18 mg/mL。當酶解溫度超過50 ℃時，IC50值逐漸增大，這是因為溫度過高會導致復合蛋白酶的酶活力下降甚至失活，最終使蛋白水解效率降低。由圖2-c可知，隨料液比的增大，二步酶解物的IC50值呈先下降再上升后逐漸平穩(wěn)的趨勢，在料液比為2∶10(g∶mL)時，抗氧化活性達到最強(IC50=10.96 mg/mL)，此時的DH也較高。當料液比繼續(xù)增大，IC50值呈上升的趨勢，原因在于底物濃度隨著料液比的增大而增大，底物過飽和，導致DH逐漸在下降，具有抗氧化活性的肽段含量也隨之降低。

由圖2-d可知，隨著酶添加量的增加，青魚肉的DH呈現(xiàn)上升趨勢，IC50值顯著下降并趨于平穩(wěn)，當酶添加量為6 000 U/g時， IC50值為12.06 mg/mL，這可能是因為N-端或C端的疏水氨基酸含量增多，使其抗氧化活性增強[24]；如繼續(xù)增大酶添加量，IC50值下降不顯著(P>0.05)，可能是由于酶在水解多肽或者魚肉產生抗氧化肽的同時，也在水解具有抗氧化活性的小分子肽或多肽，導致產物活性并沒有顯著提高。由圖2-e可知，隨著酶解時間的增加，二步酶解物的IC50值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，在當酶解時間為3 h時，IC50值達到最小值(11.45 mg/mL)。酶與底物結合后迅速發(fā)生反應，使得酶解液中DH和活性肽含量均上升，隨著酶解時間的延長，部分活性肽會被水解成游離氨基酸，使得具有抗氧化活性的多肽含量降低，其自由基清除能力下降。

a-pH；b-酶解溫度；c-料液比；d-酶添加量；e-酶解時間圖2 提取條件對二步酶解物的DH和DPPH自由基清除能力影響Fig.2 Effects of extraction conditions on DH and DPPH radical scavenging capacity of two-step enzymatic hydrolysate

2.3 二步酶解條件的正交試驗結果及分析

2.3.1 正交試驗優(yōu)化結果

依據(jù)單因素結果，選取pH值(A)、酶解溫度(B)、酶解時間(C)影響酶解效果較大的3因素，設計3因素3水平的正交試驗，試驗結果見表2。

表2 正交試驗方案及清除DPPH自由基的IC50值結果Table 2 Orthogonal array design and IC50value result of scavenging DPPH radical

以清除DPPH自由基的IC50值為評價指標，采用正交試驗對青魚肉活性肽的制備工藝進行優(yōu)化。由表2可知，根據(jù)極差分析，各因素影響青魚肉水解物的DPPH自由基清除能力的大小順序為pH值(A)>酶解時間(C)>酶解溫度(B)。二步酶解制備青魚肉活性肽的最優(yōu)組合為A1B2C2，即pH值為8.00，酶解溫度50 ℃，酶解時間3 h。

2.3.2 最優(yōu)條件的驗證

根據(jù)正交試驗得出的最佳工藝條件進行酶解，即pH 8.00，酶解溫度50 ℃，酶解時間3 h，進行5次平行試驗，取平均值得到的清除DPPH自由基的IC50值為9.52 mg/mL，優(yōu)于未優(yōu)化之前的結果，故A1B2C2為最佳酶解工藝條件。

2.4 活性肽分子質量分布情況

不同分子質量標準品的HPLC圖如圖3所示，各標準品分離效果較好。通過線性回歸方程擬合發(fā)現(xiàn)標準品相對分子質量的對數(shù)(lgMW)和保留時間(T)呈良好的線性關系，其相對分子質量校正曲線方程：lgMW=6.6 102-0.187 3T(R2=0.994 5)，依據(jù)相對分子質量校正曲線方程和活性肽的出峰時間，可計算出酶解物中活性肽的分子質量范圍。

1-細胞色素C；2-抑肽酶；3-L-氧化型谷胱甘肽；4-羥脯氨酸圖3 不同分子質量標準品的HPLC圖Fig.3 HPLC chromatogram for different molecular weight standards

二步酶解物中活性肽的HPLC圖和分子質量分布如圖4和表3所示，其中組分Ⅴ的分子質量分布明顯小于單個氨基酸分子質量且無法構成多肽結構，故不再對其進行分析，因此青魚肉活性肽主要是由4種不同分子質量多肽組分所組成。青魚肉活性肽分子質量主要集中在組分Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，分子質量在100～600 Da，均為小分子量肽。且組分Ⅳ含量最高，約占40.38%。根據(jù)二步酶解物中活性肽的分布情況，采用Sephadex G-15分子篩層析進行分離純化。

圖4 二步酶解物的HPLC色譜圖Fig.4 HPLC chromatogram of two-step enzymatic hydrolysate

表3 二步酶解物各組分的分子質量和相對含量Table 3 Molecular weight and relative content of two-step enzymatic hydrolysate

2.5 Sephadex G-15分子篩層析

凝膠過濾主要是根據(jù)多肽的分子質量進行初步分離的一種技術，已被廣泛用于多肽的分離純化。二步酶解物洗脫后的圖譜及各組分含量如圖5和表4所示。從二步酶解物分離出5個組分，凍干后組分Ⅰ～Ⅴ分別占活性肽粉末的21.10%、14.86%、14.16%、28.11%和6.72%。組分Ⅳ含量最高(56.22 mg)，組分Ⅴ的含量較低，故綜合考慮時間、經濟等因素，收集前面4個組分作為后續(xù)的研究對象。

圖5 二步酶解物的Sephadex G-15柱洗脫圖譜Fig.5 Elution chromatography of Sephadex G-15 column of two-step enzymatic hydrolysate

表4 各多肽組分的含量Table 4 Content of each peptide

2.6 氨基酸組成分析

二步酶解物及組分Ⅰ～Ⅳ含量如表5所示。二步酶解物中Glu含量最高，Asp、Leu、Gly的含量也相對較高，符合青魚魚肉的氨基酸組成特征[25]。二步酶解物的疏水氨基酸含量為32.92%，經凝膠分離后，組分Ⅲ和組分Ⅳ的疏水氨基酸含量分別增加到35.07%和35.38%。

表5 二步酶解物及其各組分的氨基酸含量 單位：mol/kg

續(xù)表5

2.7 體外抗氧化及抗腫瘤實驗結果

2.7.1 DPPH自由基清除能力

二步酶解物及其各組分的DPPH自由基清除能力如圖6所示。在1.25～20 mg/mL的質量濃度范圍內，所有樣品都具有較好的DPPH自由基清除能力，且其抗氧化活性均隨樣品的質量濃度增加而增加。由圖6可知，組分Ⅳ清除DPPH自由基的能力最強(P<0.05)，IC50值為3.17 mg/mL，其抗氧化活性高于組分Ⅲ(IC50=3.43 mg/mL)、組分Ⅱ(IC50=4.86 mg/mL)、二步酶解物(IC50=9.57 mg/mL)和組分Ⅰ(IC50=12.90 mg/mL)。由表5可知，組分Ⅳ的疏水氨基酸含量最高，為其抗氧化活性提供保障；而二步酶解物的抗氧化能力強于組分Ⅰ，這是因為一些帶電氨基酸，其含量的高低也與抗氧化活性有關，如Asp、Lys和His可以充當電子供體并與自由基反應，使其成為更穩(wěn)定的物質，可阻止氧化反應[26]。

圖6 二步酶解物及其不同組分的DPPH自由基清除能力Fig.6 DPPH radical scavenging a capacity of two-step enzymatic hydrolysates and their components

2.7.2 細胞增殖抑制實驗

二步酶解物及其組分對HepG2的抑制能力如圖7所示，二步酶解物對HepG2細胞有較好的抑制，其抑制率為80.97%；經過Sephadex G-15過濾色譜法分離純化后，組分Ⅳ對HepG2的抑制率大大提升，其抑制率達到92.54%(P<0.05)，由圖6可知，組分Ⅳ的DPPH自由基清除能力最強，表明活性肽的抗氧化活性和抗腫瘤活性存在一定的構效關系，其細胞抑制率與抗氧化活性呈相似的趨勢，即抗氧化活性越好其細胞抑制率越高。有研究表明，活性肽的抗腫瘤活性和帶正電氨基酸(Lys、Arg和His)[19]有關，其含量越高，抗腫瘤活性越強。這可能是組分Ⅳ的帶正電氨基酸和抗氧化活性共同所致。而組分Ⅰ和組分Ⅱ對HepG2的抑制率卻下降，可能是由于其疏水氨基酸或帶電氨基酸少于其他組分，活性肽不能很好地與癌細胞的細胞膜結合并激發(fā)細胞內通路，導致抗腫瘤活性下降。胡小軍等[27]從魷魚中篩選的抗氧化肽不僅具有較好的抗氧化活性，對胃癌細胞的增殖也有明顯的抑制活性(IC50值為21.10 mg/mL)，表明抗氧化肽也具有一定的抗腫瘤活性。

圖7 二步酶解物及其不同組分對HepG2的抑制能力Fig.7 Anti-tumor activity of two-step enzymatic hydrolysate and their components on HepG2 cells

3 結論

以青魚肉為原材料，以清除DPPH自由基的IC50和DH為評價指標，篩選出堿性蛋白酶-復合蛋白酶為制備青魚肉多肽的最優(yōu)酶解組合。通過優(yōu)化確定制備青魚肉活性肽的最佳工藝條件為：pH為8.00、酶解溫度為50 ℃、料液比為2∶10(g∶mL)、酶添加量為6 000 U/g、酶解時間為3 h。此時，酶解物的清除DPPH自由基的IC50值為9.52 mg/mL，主要由分子質量范圍集中在130～1 397 Da的4個肽組分組成。肽組分I-Ⅳ都具有一定的抗氧化能力，其中組分Ⅳ的DPPH自由基清除能力最強，IC50為3.17 mg/mL，當組分Ⅳ質量濃度為10 mg/mL時，對HepG2細胞的抑制率為92.54%，表明制備的青魚肉多肽同時具有抗氧化和抗腫瘤活性。