责任编辑：食品科学
Highlights
1.通过计算机模拟方法预测了肌联蛋白ACE抑制肽
2. 鉴定得到ACE抑制肽WAR和WQR
3. 肽WAR和WQR与ACE结合的活性位点中有5个相同氨基酸残基
4.高活性的肽与ACE的结合位点形成更多的氢键
高血压是一种慢性动脉高压症状，会引起很多疾病，如心力衰竭、视力下降、肾脏疾病等。血管紧张素转换酶（ACE）是一种外肽酶，属于肽酶M2家族（族MA（E））。ACE的过度作用被认为是导致高血压疾病发生的主要因素之一，因此，抑制ACE的活性是一种新型治疗高血压的方法。从各种食物蛋白质中提取的多肽具有生物活性作用。与氨基酸和蛋白质相比，多肽更容易被吸收。此外，膳食中30%～50%的氮以小肽的形式被吸收。从食物蛋白质中分离出大量的血管紧张素转换酶抑制肽ACEIP，如从鸡蛋中分离出的RVPSL、从乳清蛋白中分离出的MAA、从鱼类中分离出的WDDME、从大豆中分离出的LSW、从蘑菇中分离出的ASPYAFGL等。大黄鱼是一种重要的海洋经济鱼类，蛋白质含量极高，但目前还没有从大黄鱼肌联蛋白中鉴定ACEIP的报道。肌联蛋白是骨骼肌的一部分，是肌肉中第三大蛋白质，仅次于肌球蛋白和肌动蛋白。大黄鱼的肌联蛋白可作为ACEIP的良好来源。
从食品蛋白中制备ACEIP时，最常用的技术之一是酶法水解，这种方法的缺点包括水解物在酶灭活过程中活性降低、温度高、通量大，但分辨率相对较低等。在节省纯化、鉴定时间和成本的前提下，虚拟筛选方法缩小了生物检测中实际需要检测的化合物数量。与经典的酶水解法相比，模拟水解法可以通过对酶和化学试剂的选择，一次性阐明母体蛋白中的肽段序列和裂解位点的位置。计算机模拟工具的应用可以加快发现新型肽的进程、降低成本，并阐明作用机制。计算机分析作为生物信息学的一种方法，是预测蛋白质序列的潜在裂解位点和有效筛选生物活性肽的有效方法。据报道，三肽可以直接从消化道吸收进入血液循环系统。因此，具有高ACE抑制活性的三肽备受关注。
渤海大学的Yue Fan、Zhipeng Yu等在本研究中旨在：1）利用虚拟方法模拟水解大黄鱼肌联蛋白；2）预测所选多肽的吸收、分布、代谢、排泄和毒性（ADMET）特性；3）利用Discovery Studio (DS) 2017 R2软件阐明三肽与ACE之间相互作用的分子机制；4）研究来自肌联蛋白水解物多肽的体外ACE抑制活性。
对接得到生物活性肽WAR和WQR后，通过RP-HPLC分析合成肽WAR和WQR的ACE抑制活性。结果表明，肽WAR和WQR具有体外ACE抑制活性，IC50值分别为（31.2±0.8）μmol/L和（231.33±0.02）μmol/L。最后，将来自肌联蛋白的WAR和WQR与AHTPDB和BIOPEP-UWM数据库中的ACEIP进行比较，表明这两种肽都没有被研究报道。
根据ACE抑制活性的比较，WAR的活性优于WQR。三肽WAR表现出强效的ACEI活性。同时，发现WAR比甜高粱谷物蛋白的TLS（IC50＝102.1 μmol/L）、鳐鱼皮的PGPLGLTGP（IC50＝95 μmol/L）和QLGFLGPR（IC50＝148 μmol/L）、淡水浮游动物的AQGERHR（IC50＝47.1 μmol/L）等肽类具有更强的ACEI活性。结果表明，三肽中位于C端的Arg或位于N端的Trp对ACE抑制活性起着重要作用。以往的许多研究已经证明，ACEIP的N端和C端的氨基酸在ACE位点中起着重要作用。酪蛋白中WYLHYA的N端氨基酸Trp表现出较高的体外ACE抑制活性，体外IC50值为（16.22±0.83）μmol/L。TNGIIR表现出较强的ACE抑制活性，IC50值为70 μmol/L，可能是由于C端存在Arg氨基酸。结果表明，WAR表现出良好的ACE抑制的效力。这可能证明大黄鱼肌联蛋白是ACE抑制肽的潜在来源。
为了了解ACE与多肽之间的相互作用，分别将WAR和WQR与ACE的活性位点进行对接。ACE的活性位点包含12 个氨基酸残基，分别是GLN281、GLU411、HIS513、HIS383、GLU384、HIS387、TYR523、HIS353、GLU162、TYR520、LYS511和ALA354。ACE-WAR和ACE-WQR结合位点的复合物由DS 2017 R2预测（图1a，2a）。ACE-肽通过键能稳定。得到ACE-WAR和ACE-WQR的稳定态对接，CDOCKER ENERGY值分别为－93.322 kcal/mol和－98.5874 kcal/mol，说明两种肽与ACE之间具有良好的结合亲和力。
研究发现WAR和WQR能够与ACE活性残基结合，因此它们能够抑制ACE的活性。WAR与ACE的9 个亲水残基和3 个疏水残基相互作用（图1b），WQR与ACE的8 个亲水残基和3 个疏水残基相互作用（图2b）。因此，WAR与ACE接触的残基更多，得到的结合更稳定。ACE-WAR与ACE中的氨基酸ALA354、HIS353、HIS513、TYR523、GLU376、TYR520、LYS511、ASP453、GLU384、HIS513形成了12 个氢键（图1b）。WAR分别与ACE的VAL518和Zn701形成π烷基和金属-受体相互作用。WAR能建立12 个氢键，仅能与ACE的10 个关键残基相互作用，说明其为非竞争性抑制方式。WQR与ACE中的ASP453、LYS511、TYR520、TYR523、HIS353、HIS513和ALA354残基形成9 个氢键（图2b）。WQR与ACE形成金属-受体（Zn701）和π-π T型相互作用（HIS387）。WQR还与LYS511和GLU376发生吸引电荷的相互作用。同时，3 个π-供体氢键相互作用参与了WQR与ACE的结合（ALA356、GLU384和HIS513）。两种肽都与ACE残基形成了多个氢键，同时这些残基也可能增强ACE抑制肽的能力，使其更加稳定，从而达到更高的抑制能力。
结果表明，WAR能与ACE残基形成较多的氢键，而WQR能与ACE活性位点中较多的关键残基相互作用。值得注意的是，ACE-WAR和ACE-WQR具有一些相同的结合位点，包括LYS511、TYR520、TYR523、HIS353和HIS513。分子对接数据与WQR相比，WAR具有更高的ACE抑制活性，这可能是由于其形成氢键数量较多。
a.预测的ACE-WAR复合体的3D结构；b. ACE-WAR分子相互作用的二维图；c.结合位点的WAR氢键表面3D图。
图1 WAR与ACE（PDB：1O86）相互作用的结果
a. ACE-WQR复合体的预测3D结构；b. ACE-WQR分子相互作用的二维图；c. WQR氢键结合表面的3D图。
本研究表明，采用计算机方法可以有效地预测大黄鱼肌联蛋白水解物中的体外ACE抑制多肽。根据计算机分析的结果，选择了无毒、水溶性好、ADMET性能好的三肽。确定了WAR和WQR两种新型三肽，并证实其具有强效的ACE抑制活性。三肽WAR和WQR的IC50值分别为（31.2±0.8）μmol/L和（231.33±0.02）μmol/L。ACE-WAR和ACE-WQR的对接相互作用都具有的结合位点氨基酸残基包括LYS511、TYR520、TYR523、HIS353和HIS513。与WQR相比，WAR能与ACE残基形成最多的氢键，可作为ACE抑制肽的良好候选。2种三肽WAR和WQR与ACE的分子对接研究预测了它们的结合位点，明确了ACE与其抑制剂之间的相互作用。因此，ACE抑制肽的筛选鉴定在分子对接的基础上是可以预测的，接下来应进一步研究ACE与ACEIP结合的定量结构-活性关系（QSAR）模型。
该文章《Identification and molecular mechanism of angiotensin-converting enzyme inhibitory peptides from Larimichthys crocea titin》于2020年9月在线发表于Food Science and Human Wellness。
