玉米醒酒肽構(gòu)效關(guān)系及機理研究進展

曾凡珂 李 偉 陳運嬌 吳 暉 應(yīng) 帆 郭泳靜 曹 庸

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院；廣東省天然活性物工程技術(shù)研究中心1，廣州 510642) (華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院2，廣州 510641)

酒精類飲料及其所引發(fā)的問題一直為人類社會所關(guān)注。研究表明，各類疾病癥狀中有60%以上都與酒精有關(guān)，并且全球有4%的死亡率歸結(jié)于酒精，該數(shù)量幾乎等同于煙草和高血壓[1]。過量飲酒會對中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心臟、消化道和生殖系統(tǒng)造成不良影響，還會導(dǎo)致營養(yǎng)失調(diào)和患癌率增高[2]。酒精進入體內(nèi)后90%在肝臟中代謝，其中有三個系統(tǒng)參與代謝：乙醇脫氫酶(ADH)系統(tǒng)、微粒體乙醇氧化系統(tǒng)(MEOS)以及過氧化氫酶(CAT)系統(tǒng)。三個代謝系統(tǒng)中以ADH代謝為主，其可催化絕大部分的乙醇生成乙醛和自由基，乙醛會削弱DNA的修復(fù)機制和使胞嘧啶甲基化，而自由基會迅速與細(xì)胞結(jié)合，使肝細(xì)胞表面脂質(zhì)過度氧化，肝細(xì)胞死亡，無法代謝脂肪酸，進而形成脂肪肝[3]。因此，目前對具有醒酒作用的天然活性物質(zhì)的關(guān)注和研究日益增加，例如姜黃素[4]、多糖[5]、?；撬醄6]和小分子肽類[7]等均有醒酒的功效。制備醒酒肽的原料來源眾多：花生粕多肽對小鼠具有良好的防醉醒酒的作用，還能顯著降低血液中乙醇含量[8]；以蠶絲膠為原料制備的絲膠肽對酒精引起的小鼠胃損傷具有保護作用[9]；大豆肽、靈芝肽能增加醉酒動物肝組織中乙醇脫氫酶水平，谷胱甘肽水平升高而丙二醛含量減少[10, 11]；酶解河蜆肉制備的醒酒肽在體外能顯著激活乙醇脫氫酶[12]。

在眾多來源的醒酒肽中，目前國內(nèi)外對玉米醒酒肽的研究最為廣泛和深入。玉米黃粉是玉米淀粉加工后的副產(chǎn)物，中國每年玉米黃粉的產(chǎn)量巨大，超過84萬t，其中富含約60%的蛋白質(zhì)，但因為較差的水溶性和氨基酸組成的不平衡導(dǎo)致其難以被直接利用于食品工業(yè)[13]。玉米黃粉蛋白質(zhì)除了缺乏精氨酸、賴氨酸和蛋氨酸含量較少外，人體其他必需氨基酸含量高[14]，是制備醒酒活性肽的重要原料[15]，具有極高的經(jīng)濟附加值。目前國內(nèi)外對玉米醒酒肽的制備方法、結(jié)構(gòu)、活性及相關(guān)機理等的研究較多，但綜述性文章少。本研究總結(jié)了具有醒酒活性的玉米肽的特有結(jié)構(gòu)及醒酒作用機理，旨在為進一步研究、開發(fā)和利用玉米及其他來源的醒酒活性肽提供參考。

1 玉米肽的醒酒活性研究

酒精進入機體后，通過一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)實現(xiàn)代謝并對機體產(chǎn)生影響，因此可以在體外實驗、動物實驗?zāi)酥寥梭w實驗中，逐步深入研究玉米肽的醒酒活性。

1.1 玉米肽的體外醒酒活性

乙醇脫氫酶(ADH)可以直接參與酒精的代謝，催化乙醇氧化為乙醛，產(chǎn)物乙醛又通過乙醛脫氫酶(ALDH)轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜醄16]，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。因此，如果玉米肽可以提升ADH和ALDH的活性，就能在一定程度上加速酒精代謝，達到醒酒的目的。非水相中堿性蛋白酶Alcalase2.4L水解玉米蛋白率為22.7%時得到的肽在體外對ADH的激活率達27.1%，對ALDH激活率可達50.0%[17]。Alcalase酶水解玉米蛋白后分子質(zhì)量小于1 000 u的玉米肽級分在體外對ADH的激活率最高，可達170.83%，玉米醒酒肽促進酒精代謝的能力主要就在于對肝中ADH的激活作用[18]。

乙醇代謝為乙醛的過程中會伴隨有氧自由基的生成，而氧自由基會引起中毒性肝損傷[19]，因此研究玉米肽的體外抗氧化活性可以間接證明其醒酒活性。張守文等[20]采用雙酶法復(fù)合水解玉米蛋白粉制備玉米醒酒肽，在一定的水解條件下得到的水解產(chǎn)物對·OH的抑制率可達55.45%。隋玉杰[21]通過體外試驗證明中性蛋白酶酶解得到的低水解度玉米醒酒肽和堿性蛋白酶酶解得到的中水解度玉米醒酒肽對·OH的抑制率最高，分別可達61.54%和60.38%。

關(guān)于玉米肽的體外醒酒活性研究，可總結(jié)如表1所示：

表1 玉米肽的體外醒酒活性研究

1.2 玉米肽醒酒活性的動物實驗

玉米醒酒肽在體外雖然能直接作用于乙醇脫氫酶、乙醛脫氫酶，提升其活性，能清除酒精代謝產(chǎn)生的同類氧自由基，但被機體消化吸收后在體內(nèi)是否還具有活性以及是否能通過一系列復(fù)雜的機制達到相同的作用效果，必須通過動物實驗來驗證。

首先，可以通過觀察小鼠攝入玉米肽后的行學(xué)指標(biāo)變化來驗證玉米肽的醒酒活性，潘興昌等[29]通過實驗觀察到：玉米低聚肽能延長小鼠酒后攀附時間和翻正反射消失時間，縮短醉酒時間。其次，玉米肽能降低NH小鼠在酒精灌胃后肝臟中丙二醛和甘油三酯的水平，提升谷胱甘肽水平，酒精引起的肝細(xì)胞組織學(xué)病變也得以緩解[24]。因此可知，玉米醒酒肽是通過提升肝臟自身的抗氧化能力，避免肝細(xì)胞脂質(zhì)的過度氧化，從而避免肝細(xì)胞病變和脂質(zhì)代謝受阻，起到緩解酒精引起的肝損傷的作用。玉米醒酒肽不僅在體外具有激活乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶的作用，同時也能激活小鼠肝臟細(xì)胞中的ADH、ALDH，促進酒精代謝，同時提升血液中丙氨酸、亮氨酸、蘇氨酸和脯氨酸的含量，進而降低飲酒代謝后血液中的乙醇濃度[30-33]。

1.3 玉米肽醒酒活性的人體實驗

小鼠等實驗動物的代謝途徑和機制與人體接近，可以作為研究人體生理活性的基礎(chǔ)，兩者不可分割，但動物實驗卻不能完全替代人體實驗[34]。

Yamaguchi M等[35, 36]通過實驗證明玉米醒酒肽可以提升人體血漿中丙氨酸、脯氨酸和亮氨酸的水平，尤其是亮氨酸，飲酒代謝一段時間后血液中的乙醇濃度與對照組相比較低。此實驗結(jié)果與動物實驗類似，為揭示玉米肽促進酒精代謝機理奠定基礎(chǔ)。Yuhong Wu等[37]通過對長期飲酒的人群進行實驗得出結(jié)論：玉米醒酒肽可以顯著增加血清中超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性，也可以顯著降低血清中總膽固醇、甘油三酯、丙二醛和TNF-α水平以及丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(GPT)和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(GOT)活性。可見，玉米醒酒肽在人體中可以防止肝細(xì)胞的氧化受損和避免炎癥反應(yīng)的發(fā)生，肝臟得以發(fā)揮正常的代謝功能。此外，攝入玉米肽可以降低健康青年男性飲酒后的全血乙醇濃度和呼氣乙醇水平，且存在量效關(guān)系，但不能顯著改變血清中ADH和ALDH的水平[38]。因此可以說明，玉米肽確實促進了人體內(nèi)酒精的代謝，但是與之相關(guān)的ADH和ALDH的活性是通過何種機制得以增強的還需要進一步的研究。

綜合三個層次的實驗可知，玉米醒酒肽能在體外和小鼠的肝臟細(xì)胞內(nèi)激活A(yù)DH和ALDH，但尚未有研究表明玉米肽在人體內(nèi)是否對這兩種酶類有顯著的激活作用。體外實驗中，玉米肽具有顯著清除·OH的活性，而在小鼠和人體內(nèi)，玉米肽被消化吸收進入血液后，會增加血液中亮氨酸等特殊氨基酸的含量，提升血液和肝臟中谷胱甘肽過氧化物酶等清除自由基的酶類水平，進而使酒精通過肝臟代謝后產(chǎn)生的自由基能被及時清除，避免肝損傷和脂質(zhì)分解能力的下降，因此代謝后血液中的丙二醛、甘油三酯和乙醇的含量減少。玉米肽醒酒活性的研究方法和內(nèi)容為探明其醒酒機理指明了方向。

2 玉米醒酒肽的結(jié)構(gòu)研究

玉米蛋白水解后得到的玉米粗肽中有許多分子質(zhì)量、氨基酸組成序列和結(jié)構(gòu)不盡相同的肽分子，探明具有顯著醒酒活性玉米肽的結(jié)構(gòu)有助于揭示醒酒肽的構(gòu)效關(guān)系和研究其作用機理。

2.1 玉米肽的分子質(zhì)量與醒酒活性

使用超濾技術(shù)可以將玉米粗肽分為不同分子質(zhì)量的級分。研究表明，Mw<5 ku的玉米肽級分對血液中乙醇的清除率最高，達34.35%[18]。對·OH的抑制率方面，Mw<1 ku的玉米肽組分大于Mw為1～3 ku的玉米肽組分[15]。也有研究對玉米醒酒肽過柱分離得到的兩個主要成分進行鑒定，其分子質(zhì)量集中在500～600 u，即肽分子主要為四肽到六肽[24]。雖然具有醒酒活性玉米肽的分子質(zhì)量在不同的研究中有所差異，但都?xì)w結(jié)為小分子質(zhì)量低聚肽的醒酒活性較強，更容易被機體消化吸收從而發(fā)揮生理活性[39]。

2.2 玉米肽的氨基酸序列與醒酒活性

Naxin Sun等[40]通過堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶聯(lián)合酶解玉米黃粉，再采用超濾、HPLC等技術(shù)對酶解產(chǎn)物進行分離純化，最終得到CP1和CP2兩種具有醒酒活性的組分，經(jīng)LC-MS/MS分析，其氨基酸序列分別為纈氨酸-亮氨酸(異亮氨酸)和甘氨酸-蛋氨酸-亮氨酸(異亮氨酸)。Chi Wang等[41]為玉米肽建立HPLC指紋圖譜，大多數(shù)具有生物活性的玉米肽分子含有谷氨酰胺、亮氨酸和丙氨酸，具有促進酒精代謝、清除自由基和防止脂質(zhì)過氧化等活性，其中具有醒酒活性的玉米肽的氨基酸序列為：谷氨酰胺-丙氨酸-亮氨酸-丙氨酸-丙氨酸、谷氨酰胺-亮氨酸-亮氨酸-天冬酰胺-脯氨酸-亮氨酸和谷氨酰胺-異亮氨酸-亮氨酸-亮氨酸-脯氨酸-苯丙氨酸。各研究中具有醒酒活性的玉米肽的氨基酸序列不完全相同，但一般都具有亮氨酸。因此，可以明確亮氨酸在促進酒精代謝方面的重要作用，為揭示玉米肽醒酒活性機理提供新的思路。

2.3 玉米肽的F值和Q值與醒酒活性

支鏈氨基酸(BCAA)和芳香族氨基酸(AAA)的摩爾比稱為Fischer值(Fischer ratio)[42]，簡稱F值。BCAA包括纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸，AAA包括酪氨酸和苯丙氨酸。高F值玉米寡肽，即高支鏈氨基酸含量和低芳香族氨基酸含量的玉米低聚肽，對酒精代謝有積極影響。玉米肽的F值越高，清除血液乙醇濃度的能力越強，兩者呈正相關(guān)關(guān)系[22]。人體血漿中正常的F值是3.5～4.0，當(dāng)肝臟發(fā)生病變時F值會有所降低，攝入玉米肽等富含BCAA的食物配方或是高F值的蛋白水解物可以促進肝臟的代謝活動[43]。玉米肽的平均疏水性Q值由組成它的氨基酸的疏水性決定。用不同濃度的乙醇洗脫玉米粗肽時，乙醇濃度越大，得到的玉米肽組分中脯氨酸、精氨酸、異亮氨酸、組氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸的含量升高，而天冬氨酸、絲氨酸、丙氨酸、谷氨酸含量降低，即玉米肽組分中疏水性氨基酸(HAA)比例增大，平均疏水性Q值增加。隨疏水性增加，玉米肽對·OH的抑制率提高，可能也具有激活I(lǐng)II型ADH的作用[23, 31]。但研究中發(fā)現(xiàn)，高F值及高(Ala+Leu)/HAA比高Q值更能表征肽的醒酒保肝活性高[22]。玉米肽的F值和Q值與醒酒活性之間的關(guān)系與氨基酸序列對醒酒活性的影響結(jié)果存在一致性，即玉米肽中疏水性支鏈氨基酸——亮氨酸的含量高，有利于發(fā)揮醒酒活性。

目前，多數(shù)關(guān)于玉米醒酒肽結(jié)構(gòu)-功效關(guān)系的研究還停留在對肽分子一級結(jié)構(gòu)——氨基酸組成序列的探索。為進一步揭示玉米肽醒酒活性機理，還可從多方面對玉米肽的結(jié)構(gòu)加以研究，例如對制備具有高醒酒活性玉米肽的玉米蛋白的結(jié)構(gòu)以及高活性玉米肽中可能具有的硒等微量元素的研究[26, 44]。

3 玉米肽的醒酒活性機理

醉酒，即乙醇在體內(nèi)的吸收率大于其代謝率，進而從三方面對人體產(chǎn)生不良影響：血液中高濃度的乙醇到達血腦屏障，損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)；乙醇代謝后產(chǎn)生的乙醛在體內(nèi)積累；酒精的代謝伴隨大量自由基的積累，形成氧化應(yīng)激反應(yīng)[45]。解酒，即通過各種作用機制，消除上述的一系列不良影響。玉米肽的醒酒機理主要包括：激活酒精代謝相關(guān)的酶、清除自由基、改善血液氨基酸比例和增強肝臟的代謝功能。

3.1 激活乙醇脫氫酶(ADH)和乙醛脫氫酶(ALDH)

體外和動物實驗已經(jīng)證實：玉米肽能顯著激活與乙醇、乙醛代謝密切相關(guān)的兩種酶——ADH和ALDH。機體中的ADH是一類具有多種分子形式的同工酶：Ⅰ型ADH是典型分布于肝臟中的ADH，在胃腸道中也存在；Ⅱ型ADH只存在于肝臟中；Ⅲ型ADH幾乎分布于人體所有組織中；Ⅳ型ADH存在于消化器官中[16]。關(guān)于玉米醒酒肽激活A(yù)DH和ALDH的具體機理研究實例如表2所示：

表2 玉米醒酒肽激活A(yù)DH、ALDH機理研究

目前鮮有實驗表明玉米肽確實能激活動物、人體胃腸道中的ADH以及何種類型的ADH激活作用顯著。甚至由表2可知，不同研究之間的結(jié)論相悖。因此，玉米肽是否通過激活胃腸道中乙醇脫氫酶的作用機制來抑制乙醇吸收還有待進一步研究。與胃腸道ADH的活性相比，玉米肽通過激活肝臟中ADH和ALDH發(fā)揮醒酒活性的機制已經(jīng)在動物實驗中得到證實[31, 32]。表2中的實驗3間接指明：玉米肽的醒酒作用可能不僅是激活了肝臟中典型的I型ADH，還對III型ADH的活性有顯著影響，有待進一步實驗確認(rèn)。玉米肽對人體肝臟ADH、ALDH的激活作用難以通過實驗來證實，目前僅是測定人體血液中ADH和ALDH的含量和活性。因此，今后可將研究領(lǐng)域延伸至玉米肽通過何種方式改變ADH和ALDH的活性，更深層次的探明玉米肽的醒酒機理。

3.2 清除自由基

在有過氧化氫、超氧化物以及鐵等過渡元素存在的條件下，乙醇首先會轉(zhuǎn)變?yōu)镃H3HC·OH(HER)[50]，HER可進一步產(chǎn)生·OH[18]。在體外實驗中，玉米肽可以直接清除·OH[27]。在動物和人體內(nèi)，尚未有報道玉米肽對·OH的直接清除作用，而是能夠提高肝臟和血液中谷胱甘肽水平以及谷胱甘肽過氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性，進而清除酒精代謝產(chǎn)生的過剩自由基，避免對肝臟和其他器官造成損害，達到醒酒的目的。相應(yīng)地，肝細(xì)胞脂質(zhì)過氧化程度降低，MDA生成量減少，肝代謝膽固醇和甘油三酯的功能保持正常，肝臟不會發(fā)生病變和炎癥反應(yīng)，與之相關(guān)的丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶維持在正常水平。由此可見，玉米肽清除自由基的醒酒機制一方面是緩解酒精代謝生成的自由基對機體的損害，另一方面是具有保護肝臟的功能，有利于酒精的代謝。

3.3 提高血液丙氨酸、亮氨酸等氨基酸含量

在對具有醒酒活性玉米肽一級結(jié)構(gòu)的研究中，發(fā)現(xiàn)其谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸和脯氨酸的含量高[51]。在動物實驗中，玉米肽能提升血漿中丙氨酸、亮氨酸、脯氨酸和蘇氨酸的水平[32, 33]，而在人體實驗中，玉米肽能提升血漿中丙氨酸、亮氨酸、脯氨酸和賴氨酸的水平[35, 36]。NAD+是乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶的輔基[52, 53]，與這兩種酶的活性緊密相關(guān)。丙氨酸具有從肌肉轉(zhuǎn)運氨基和含碳基團到肝臟的功能，是機體內(nèi)NAD+的重要來源。在肝外組織中，存在谷氨酸-丙氨酸循環(huán)反應(yīng)，使丙酮酸發(fā)生轉(zhuǎn)氨基作用而生成丙氨酸，因此增加谷氨酸、丙酮酸的補充量可以獲得足夠量的丙氨酸，也可間接增加機體內(nèi)的NAD+[35]。此外，丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸在機體內(nèi)可以轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，促進啟動NAD+的生成系統(tǒng)[51]。機體內(nèi)NAD+水平升高的同時，ADH和ALDH活性增強，還有利于三羧酸循環(huán)(TCA)的進行。乙醇的代謝產(chǎn)物乙酸在機體內(nèi)會進一步生產(chǎn)乙酰輔酶A[54]，乙酰輔酶A進入三羧酸循環(huán)最終被代謝為二氧化碳和水，因此玉米肽在促進三羧酸循環(huán)的同時即促進了酒精的代謝。但關(guān)于玉米肽中對發(fā)揮醒酒活性相當(dāng)重要的亮氨酸是通過何種機制來實現(xiàn)醒酒功效的研究尚未有明確的成果，可作為今后重點研究探討的方向。

3.4 保肝作用

肝臟是機體內(nèi)酒精代謝最主要的場所，正常的肝功能是解酒醒酒的重要前提?？寡趸颓宄杂苫谴蠖鄶?shù)天然活性物質(zhì)發(fā)揮護肝功效的根源[55]，如酚類物質(zhì)就可以通過抗氧化的機制對肝臟起到保護作用[56]，而如前所述，玉米肽就有清除自由基抗氧化的顯著功效，因此必定具有護肝保肝的作用。除此之外，郭輝[23]認(rèn)為，玉米肽可起到免疫調(diào)節(jié)的作用，能夠抑制多種免疫效應(yīng)分子的釋放，進而減輕其對肝組織的損傷。人體實驗中，玉米肽確實可以降低飲酒后血清中腫瘤壞死因子(TNF-α)的水平[37]，進一步證明玉米肽調(diào)節(jié)免疫進而護肝醒酒的功效。

目前關(guān)于玉米肽醒酒活性機理的研究較多但還不夠深入透徹，只是通過實驗證明玉米肽可以激活A(yù)DH、ALDH，提升抗氧化酶類活性，提高特殊氨基酸的水平而降低血液乙醇濃度，達到醒酒目的。尚未明確玉米肽是通過什么途徑使機體內(nèi)發(fā)生上述的生理過程，玉米醒酒肽除了可以直接作用于酶分子進而改善其活性外，只有少數(shù)研究從基因調(diào)控、蛋白表達的角度研究玉米肽的護肝醒酒機制[57]。

4 討論與展望

玉米肽是利用玉米淀粉加工副產(chǎn)物——玉米黃粉水解而成的一種生物活性肽，在解決玉米黃粉加工利用問題的同時，為開發(fā)保健食品提供新的原料來源。近年來，玉米肽憑借其優(yōu)越的醒酒活性而得到廣泛的關(guān)注和研究。

大量的體外、動物和人體實驗已經(jīng)從多方面證明玉米肽具有醒酒活性，玉米醒酒肽在體外可激活A(yù)DH和ALDH，也可有效清除自由基·OH，同時會在動物和人體內(nèi)引起相關(guān)生理指標(biāo)的變化。

顯著的生理活性必定會引起對玉米醒酒肽分子結(jié)構(gòu)的研究，但目前對玉米醒酒肽結(jié)構(gòu)的研究僅僅停留在分子質(zhì)量、氨基酸組成等一級結(jié)構(gòu)階段。今后可以將結(jié)構(gòu)研究延伸至玉米肽分子的高級結(jié)構(gòu)及其中特殊的活性部位，例如是否具有陽離子電荷和呈現(xiàn)雙親性的分子構(gòu)象等[58]。

多數(shù)實驗研究都關(guān)于玉米肽的醒酒活性機理達成了共識，即玉米肽可以激活胃腸道和肝臟中的ADH、ALDH；清除自由基；提升血液丙氨酸、亮氨酸水平。但此類的機理研究還不夠深入，較少研究表明玉米肽是否通過深層次的基因調(diào)控來改變各類的生理特征，例如調(diào)控ADH和ALDH的合成基因[59]，進而發(fā)揮醒酒活性。

因此，為進一步明確玉米肽醒酒活性的機理，需要深入研究玉米肽的構(gòu)效關(guān)系，從基因調(diào)控等過程途徑進一步解釋其醒酒活性的發(fā)揮。