2007-抗疲劳肽的研究现状

第26卷 第6期
2006年12月
湛江海洋大学学报
Journal of Zhanjiang Ocean U niversit y
V ol 26N o 6Dec 2006
抗疲劳肽的研究现状
杨少玲1,2, 李来好2
(1.广东海洋大学食品科技学院,湛江524025;2.中国水产科学研究院南海水产研究所,广州510300)
收稿日期:2006 03 21
基金项目:广东省科技计划项目(2002C20323);国家 863 项目(2001AA620503)
作者简介:杨少玲(1979-),女,硕士研究生,从事海洋活性物质的研究,E mail:shaoling278@163 com 。

通迅作者:李来好,研究员,E mail:Laih aoli@163 com
关键词:抗疲劳;生物活性肽中图分类号:T S201
文献标识码:A 文章编号:1007-7995(2006)06-0077-06
现代营养学研究发现,肽具有比游离氨基酸吸收快、吸收率好、生物效价高等特点,是具有多种生理功能的活性物质。

其中,抗疲劳肽具有明显提高人体工作能力,增强肌肉含量和力量,维持或提高机体的运动能力,并且快速消除疲劳,迅速恢复和增强体力[1~3]等功效,有助于在运动环境下维持人体健康。

因此,抗疲劳肽成为从事体力、脑力、体育运动等人群的一种重要的功能性食品基料。

20世纪40至60年代,一些西方学者就用生物法对大豆多肽进行了研究,于是活性肽的生理功能被发现,并逐步被人们所重视,这极大地推动了对活性肽的研究[4]。

近年来,随着生物技术的进步和生命科学的发展,生物活性肽已成为蛋白科学研究中的一个崭新领域[5]。

在过去,对活性肽多从药用方面予以研究,现在转向为药、食两用的保健品研究,并以生物活性肽功能性食品开发为先导。

属于食品基料的生物活性肽具有多种生理功能,如降血压,调节免疫力、促进矿物质吸收肽等[6]。

天然生物活性肽由于其高效的生物活性及无残留性,近年来倍受研究者的关注。

本文在查阅大量相关文献的基础上,对抗疲劳肽的概况及其有关问题作一比较全面的介绍和论述,旨在为今后抗疲劳功能食品的研究与开发提供理论参考。

1 抗疲劳肽的结构特点和理化性质
抗疲劳肽主要是由2到10个氨基酸形成的直链寡肽(o ligopetide)或小肽,如玉米高F 值寡肽;也
有部分是多于10个氨基酸的多肽(poly peptide),如大豆多肽、蚕粉多肽。

抗疲劳肽具有其独特的理化性质[7,
8]
:
(1)大多数活性肽分子量较低,高分子量肽较少。

溶解度好,粘度低,且粘性基本不随浓度增加而提高。

(2)活性肽比蛋白质和氨基酸更易消化吸收。

它以完整的形式直接进入小肠,被小肠吸收,进入人体循环系统,将自身营养和能量供给全身。

肽吸收速度比氨基酸快、利用率高,吸收进入血液循环系统的时间,如同静脉针剂注射一样,快速发挥作用,几乎无残余及排泄物。

吸收时,低能耗或不需耗费人体能量,不会增加胃肠功能负担。

(3)与大分子蛋白和氨基酸相比,肽种类多,并具有活性多样性。

氨基酸只有20余种,功能可数,而肽以氨基酸为底物,易于改造,易于化学合成,可合成上百上千种,而大分子蛋白质不具备这一特点。

(4)可起载体作用。

它可将各种营养物质吸附在自己身上,并运输到人体各部位。

2 抗疲劳肽的作用机理
2 1 疲劳的定义及其发生机理
前人下过许多关于 疲劳(fatigue) 的定义,如 由先前的体力活动引起工作能力的暂时降低 ; 无法保持需要的或期望的力量 ;以及 由于运动而引起的运动能力和身体功能暂时下降的现象 等。

1982年第五届国际运动生化会议对疲劳概念的定
义为: 机体生理过程不能将其机能持续在一特定水平或器官不能维持其预定的运动强度。

总之,疲劳是机体复杂的生理生化变化过程,是人体脑力或体力活动到一定阶段时必然出现的一种正常生理现象。

它标志着机体原有工作能力的暂时下降,又可能是机体发展到伤病状态的一个先兆。

它是防止机体发生威胁生命的过度机能衰竭而产生的一种保护性反应,它的产生提醒工作者应减低工作强度或终止运动以免产生机体损伤[9,10]。

由于可能产生疲劳的部位广泛,研究疲劳的方法很多,因此疲劳产生的机制学说各异,但总结起来主要有以下7种[9]:
能源物质耗竭学说认为疲劳产生的原因是能源物质的耗竭,如长时间工作或运动导致体内的能源物质如糖元、CP(磷酸肌酸)含量、血糖浓度等降低,就会引起中枢神经系统供能不足,产生疲劳。

代谢物质堆积学说认为疲劳是由于肌肉收缩时某些代谢物质的堆积所致。

以乳酸为代表的酸性物质在肌肉缺氧工作时,浓度大大增加[11],并解离出H+使肌肉和血糖中的pH值明显下降,阻碍神经-肌肉接点的兴奋传递,降低供能物质代谢及其供能效率等。

内环境稳定性失调学说认为疲劳是正常内环境在运动中发生紊乱而造成的。

在运动过程中,机体内渗透压、离子分布、水分与温度等内环境发生很大的变化,表现为盐代谢紊乱、血浆渗透压升高、pH 值下降等生理失调,导致机体工作能力下降而出现疲劳。

保护性抑制学说认为疲劳是大脑皮层为了避免机体内环境的进一步恶化和能源物质的进一步耗竭而产生的保护性抑制。

运动时大量冲动传至大脑皮质相应的神经细胞,使其长时间兴奋导致消耗增多,为避免进一步消耗,消耗到一定程度,大脑皮质产生了抑制过程,这对大脑皮质有保护性作用。

内分泌系统失调理论认为运动时内分泌系统失调使运动时的能量代谢过程受到抑制是导致运动疲劳的重要原因。

运动作为一种应激原使人体产生应激反应。

运动疲劳时人体内分泌系统机能下降,激素分泌不足,影响了运动时的能量代谢过程,结果使最大强度工作能力下降,内力下降,运动后的恢复时间延长。

自由基影响理论认为运动时人体组织因缺血和血液再灌会大量产生的自由基是造成运动疲劳的重要原因。

自由基直接影响Ca2+-M g2+-AT P 酶的脱氢,造成胞浆内Ca2+的浓度升高,从而诱发线粒体对Ca2+的大量摄取、堆积,抑制细胞呼吸,降低AT P再合成供能速率,最后导致疲劳。

突变理论由于以上6种学说都只能从一个角度来说明疲劳发生的机理,其中任何一种学说都不能独立地解释所有的疲劳现象。

于是,1982年Edw ard又提出了新的疲劳学说 突变理论,认为整体性疲劳不是固定由某一种或几种原因引起的,它是多种致疲劳因素总和的产物。

当各种致疲劳因素的总和效应达到一定的临界值时,就会出现一个突然的下降,表现为兴奋性突然崩溃,能量供应突然阻断,肌肉力量或输出功率陡然下降,于是出现了疲劳。

2 2 抗疲劳肽的作用机制
抗疲劳肽有助于内环境的稳定,全面调节器官的功能,并使代谢过程顺利进行,有利于机体工作能力的提高。

许多研究证明,补充水解蛋白肽可提高运动员的体重(尤其是瘦体重)、肌肉力量和血清总钙含量,抑制或缩短因运动而引起的体内 负氮平衡的副作用,维持或促进体内正常蛋白质的合成,减轻或延缓由运动引起的其它生理改变,从而达到抗疲劳的作用[12]。

抗疲劳包括延缓疲劳产生和促进疲劳消除两大方面[13]。

抗疲劳肽的作用机理可能是:
(1)抗疲劳肽可促进红细胞复原,提高红细胞携氧能力。

Drag an I等[14]发现大豆水解蛋白可提高耐力运动员的血色素水平,抑制血清肌酸激酶水平,提示大豆多肽在保护细胞膜、减少肌细胞内肌酸激酶外渗以及促进运动后骨骼肌损伤组织的修复方面有一定作用。

(2)抗疲劳肽可通过抑制重链肌球蛋白(MH C)的降解、钙激活蛋白酶(Calpain)介导的蛋白水解,而防止运动引起的骨骼肌蛋白降解[15]。

(3)抗疲劳肽在肌肉组织中氧化脱氨,一方面生成相应的 酮酸进入三羧酸循环氧化供能;另一方面,脱下来的氨基与丙酮酸或谷氨酸偶联,形成丙氨酸和谷氨酸酰胺,提供能量。

在特殊的应急情况下,可直接向肌肉供能[16]。

由于肽易于吸收、迅速利用,因此抑制或缩短了体内 负N平衡,尤其是运动前、运动中添加肽,可减少肌蛋白降解,维持体内正常蛋白质合成,减轻或延缓由运动引发的其它生理方面改变,达到抗疲劳的效果[17]。

(4)抗疲劳肽具有很强的抗氧化活性,能够抑制氧自由基、金属离子等催化的脂类氧化,因而具有广
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泛的细胞保护和抗疲劳作用[18~20]。

有关研究表明,运动后血液血管紧张素AII浓度升高而造成肾血流量明显下降。

运动后肾脏缺血/再灌注从而诱发大量自由基的产生,导致肾脏组织脂质过氧化(LPO)作用的加强,肾脏受到严重危害,生物膜的正常结构与机能遭到破坏。

当线粒体受到攻击时,AT P的生成和供给就会减少,肌肉工作能力下降。

近期的研究证明,运动性蛋白尿产生机制也与肾组织自由基损伤有密切的关系[21,22]。

所以,减缓运动时自由基的产生堆积,减低LPO的作用,对提高运动能力及延缓疲劳发生与恢复都具有重要的意义和作用。

抗疲劳肽能对抗运动所致的自由基损伤,清除或阻断自由基的链式生成具有重要的作用,从而具有抗疲劳的作用[23~28]。

4 抗疲劳肽的制备方法
抗疲劳肽的制备方法主要有萃取法、合成法、发酵法和水解法等[29,30]。

4 1 萃取法
萃取法主要从具有高含量抗疲劳活性肽的天然动植物组织中提取。

如从鸡血、植物种子胚芽、酵母中提取抗疲劳肽。

其基本工艺如下:
原料!提取液萃取!分离!活性肽!沉淀剂沉淀!水洗!脱盐!浓缩!干燥!成品。

4 2 合成法
化学合成法 主要是用氨基酸为原料合成具有抗疲劳活性的肽,主要经过基团保护、缩合、脱保护三个阶段。

但存在生产成本高、反应步骤多、反应时间长、操作复杂、需光学拆分和带来环境污染等问题。

化学合成法常用于合成高营养价值、中等长度的医药用肽。

因此,新近又发展了固相合成和液相合成技术,具有操作便利,利于纯化分离、试剂回收等优点[29]。

酶合成法 是以氨基酸衍生物为原料用各种酶来合成活性肽的方法。

例如,谷胱甘肽的生产,就是利用生物体内的天然谷胱甘肽合成酶,以L 谷氨酸、L 半胱氨酸以及甘氨酸为底物,添加少量三磷酸腺苷(AT P)合成的[29]。

酶合成法反应温和,所用试剂和操作过程危险性小,且酶催化具有立体专一性,合成方法简单,容易普及。

但同时也存在缺点,如反应副产物多,产率低,尤其是对具有高度专一性的生物催化剂∀∀∀最适酶的研究较少,这些都制约着它的发展[31]。

DNA重组法 就是从大量基因片断中分离出目的基因片段后,通过载体,将目的基因片段转入生物体细胞,通过细胞表达获得目的肽。

一旦这个体系建立起来,就可以用廉价的原料,结合发酵法大量生产想要的物质。

但是DNA重组法需要一个长期的研究和开发阶段,且只适合合成大分子肽类,对人类主要需求的具有感觉和营养价值的小肽,这种方法受到一定限制。

此外,近年来欧美等国消费者普遍反对经过基因生物工程而生产的食品,因此DNA 重组法受到一定的限制[32]。

4 3 发酵法
发酵法是生产抗疲劳肽最有前景的方法。

其中以诱变处理获得高含量抗疲劳肽的酵母变异菌株最为关键。

酵母诱变方法有药剂(如亚硝基胍等)处理法、X射线、紫外线、 射线或Co照射等方法,其中药剂处理较容易掌握,投资也较小。

因此,发酵法生产抗疲劳肽可通过选育(或构建)某抗疲劳肽合成能力强和胞内含量高的微生物,筛选和优化培养基配方,建立和优化发酵控制策略,改进和提高下游工程技术等,最终提高该抗疲劳肽的产率和质量[29]。

4 4 水解法
肽是蛋白质经酶、酸或碱的水解产物。

碱水解产物有异味,而酸水解能使蛋白质变性,生成有毒物质,这两种方法在食品工业中通常不采用。

酶水解由于高效、对蛋白质营养价值破坏小、无异味而被广泛采用。

酶解法利用纯蛋白粉或高含量的动植物蛋白的加工副料,在碱性蛋白酶催化下进行部分水解,经过离心、层析等手段进行分离纯化,最后喷雾干燥得到的低分子量的寡肽混合物,如玉米高F值寡肽的制备、大豆多肽的制备等。

酶解法可以生产大量的小肽而且造价低,反应底物、反应剂和反应对环境没有危害,成为活性肽最主要的生产方法。

5 抗疲劳肽的开发应用现状
随着生活水平的提高,人们已逐渐将食品消费的注意力转向保健和延年益寿等方面上。

自上世纪70年代后期首次报导以鱼蛋白和大豆分离蛋白为原料制得高F值寡肽后,相继20年来报道了以乳清蛋白、玉米醇溶蛋白、葵花浓缩蛋白等为原料,经酶解制得的生物活性肽。

作为原料,一般选择原则是资源丰富、蛋白含量高,可提高附加值的原料,作为活性肽产品对原料蛋白氨基酸组成更有特殊要求[33]。

因此,原料的选择是开发抗疲劳肽的关键。

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第6期 杨少玲等:抗疲劳肽的研究现状
目前开发与应用的具有抗疲劳活性的肽还较少。

就目前所报道的抗疲劳肽,从结构讲,主要有高F值寡肽和谷胱甘肽等;从来源讲,主要有大豆多肽,肌肽和鹅肌肽,海参肽和鲑鱼肽等。

(1)高F值寡肽高F值寡肽系由3~7个氨基酸残基组成的混合小肽体系,在氨基酸混合物或寡肽中支链氨基酸(BCAA)与芳香族氨基酸(AAA)含量之比称为F值(Fischerratio)。

高F值寡肽是指氨基酸混合物中支链氨基酸与芳香族氨基酸比值远高于人体中这两类氨基酸比值模式的寡肽。

它可以使长时间运动人员快速从血液中优先摄取BCAA,减少AAA进入血液而引起脑中递质增多导致的中枢疲劳[34]。

据研究证实,高F值寡肽混合物显著延长大鼠负重游泳力竭时间,具有延缓疲劳的作用[35]。

目前研究较深的 玉米高F值寡肽口服液,在高强度劳动者和运动员食品营养强化剂等方面具有很好的应用前景。

(2)谷胱甘肽谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽。

谷胱甘肽分子中含有一个活泼的巯基(-SH),易被氧化脱氢,在生物体中可以清除自由基,消除过氧化带来的伤害。

谷胱甘肽的主要生理作用是保护细胞膜中含巯基的蛋白质和酶不被氧化。

在体内主要参与三羧酸循环及糖代谢,使动物体获得高能量,并且还能激活各种酶,从而促进碳水化合物、脂肪和蛋白质代谢供能,迅速缓解运动性疲劳[36]。

在美国,含水解蛋白(肽)的产品已广泛应用于运动员的饮食中。

欧美、日本等发达国家将谷胱甘肽作为生物活性强化剂,开发的谷胱甘肽运动食品非常盛行。

(3)大豆多肽通常由3~6个氨基酸组成,平均肽链长为3 2~3 5的寡肽,分子质量分布以低于1000Da为主,主要出现在分子质量为300Da~ 700Da范围内[37]。

这种小分子活性多肽,具有吸收快速、低耗、不易饱和的特点。

因而,可以为某些特殊身体状况的人群如竞技运动员、脑力劳动者、野外工作者快速补充营养,缓解疲劳。

据报道[38,39],大豆多肽中具有清除自由基、抗氧化等活性成分,能抑制机体内因运动产生的自由基大量积累,减少人体红细胞氧化溶血程度以及抑制脂质体膜的破坏。

大豆活性多肽对乳酸菌、双歧杆菌和酵母菌等多种微生物的生长有显著促进作用,因而可以改善内环境、内分泌的作用,这对食物营养的吸收和抵抗疲劳具有重要的促进意义。

大豆多肽固体饮料在美国、罗马尼亚对促进恢复运动员耐力方面具有广泛的应用。

日本的不二公司开发的分子量在2,400Da~5, 000Da的大豆肽制品,在功能性饮料、运动营养食品方面应用广泛。

在我国,生物活性肽类功能性食品的研究与开发才刚刚起步,将有着广阔的市场前景。

(4)肌肽、鹅肌肽现代研究证明,两三个氨基酸构成的短肽很容易被人体吸收,吸收后不需要重新组装就能发挥生物学功能。

肌肽、鹅肌肽是大量存在于动物尤其是水产品肌肉中的两种结构相似的天然小分子二肽(部分地区称为双胜肽),分别由 丙氨酸和L 组氨酸, 丙氨酸和1 甲基 L 组氨酸组成。

研究证明,肌肽、鹅肌肽均具有抗疲劳、抗氧化、抗贫血以及提高短时记忆等生物学功能。

肌肽能对过氧化氢和单线态分子氧等自由基具有清除作用,并能提高血中SOD、GSH-Px的水平、增加肝糖元、降低血清尿素氮和乳酸以及降低肌体中的丙二醛的水平。

因此,肌肽具有促进新陈代谢、抗氧化、清除自由基、抗衰老的功效;有效促进与脑力活动有关的生理机能,消除脑力疲劳;还能加快血液内紧张物质∀∀∀皮质醇的代谢,舒缓紧张的压力,消除精神疲劳,提高短时记忆等生物学功能。

到目前为止,肌肽是最好的既能抗氧化、抗自由基,又能抗衰老作用的肽。

使用以肌肽为基料的保健制剂(口服剂、注射液)在防治衰老及抗疲劳等作用方面具有广泛的应用价值[40]。

目前,国内对其研究报道比较少,而国外的研究较多。

(5)海参肽、鲑鱼肽从丰富的海洋资源中提取生物活性物质是近年来的热点之一。

就抗疲劳肽方面的研究及应用的报道有海参肽和鲑鱼肽等[[41,42]。

海参肽是将海参蛋白经过水解而得到的,分子量介于蛋白质和氨基酸之间的海洋生物活性肽。

国内外研究和检测机构对海参肽进行的动物抗疲劳及免疫调节试验结果表明:一定剂量的海参肽明显高于相同剂量海参的抗疲劳、免疫调节作用,说明了海参肽的抗疲劳及免疫调节作用明显高于海参。

研究证明,高速回游于海洋中的鲣鱼、鲔鱼或习惯于逆流而上的鲑鱼等,常因激烈的运动,在肌肉中产生氢离子并形成乳酸分子,使血液呈酸性,产生疲劳感。

为中和上述酸性物质,这些鱼类的肌肉中含有大量的抗疲劳因子。

据报道,利用现代高科技提纯技术和生物酶解技术,从鲑鱼中制得海洋生物活性多肽∀∀∀鲑鱼肽,其功能试验证明,这一提取物具有显著的抗疲劳及抗氧化功效,并有明显降低人体乳酸及尿酸作用,是缓解现代人紧张、疲劳、高尿酸的新材料。

它将为国内外的食品或保健食品生产商提供高质的
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基础原料,也为我国海洋生物制品的开发提供了新思路。

6 应用前景与展望
工作压力、特殊职业和工作环境、家庭负担以及人体器官的自然衰老,均容易使人产生疲劳。

随着生活节奏的加快,疲劳已经成为当今社会人类生存中的一个突出问题,这种亚健康状态越来越引起人们的普遍关注,开展抗疲劳功能性食品的研究开发符合社会发展的趋势,应用前景非常广阔。

抗疲劳肽是近几年来一个十分活跃的研究领域。

同时具有合理营养和保健功能的食品,才是调节机体机能,抵抗/缓解疲劳、提高工作效率和生活质量的关键。

由于抗疲劳肽不但提供人体需要的氨基酸,同时又具备提供人体活动所需的能源物质、维持内环境的稳定及酶活性、增强机体的抗氧化能力、防止神经递质失衡等功能特性,且抗疲劳肽最大的特点是具有极强的活性和多样性,是其他抗疲劳因子无法比拟的生物活性物质。

因此,无论从吸收速度还是生物学功能上,抗疲劳肽都将在抗疲劳功能食品上引发新的研究热潮,并成为高科技产业的新热点,同时也代表了氨基酸药物发展的新趋向。

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82湛江海洋大学学报 第26卷。