仿刺参胶原蛋白源二肽基肽酶...制肽虚拟筛选及分子对接研究_曲亭菲.pdf

第 14 卷 第 2 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.14 No.2 2023 年 1 月 Journal of Food Safety and Quality Jan.,2023 基金项目:国家重点研发计划项目(2020YFD0900704)、辽宁省教育厅科技项目(DL202002)Fund:Supported by National Key Research and Development Program of China(2020YFD0900704),and the Science and Technology Project of Liaoning Provincial Department of Education(DL202002)*通信作者:马永生,博士,副教授,主要研究方向为水产品质量安全与控制。E-mail:*Corresponding author:MA Yong-Sheng,Ph.D,Associate Professor,Dalian Ocean University,No.52,Heishijiao Road,Shahekou District,Dalian 116000,China.E-mail: 仿刺参胶原蛋白源二肽基肽酶抑制肽虚拟 筛选及分子对接研究 曲亭菲1,赵前程1,李双双2,韩明哲1,李嘉欣1,马永生1*(1.大连海洋大学食品科学与工程学院,大连 116000;2.大连鑫玉龙海洋生物种业科技股份有限公司,大连 116200)摘摘 要要:目的目的 采用生物信息学和分子对接方法筛选仿刺参胶原蛋白来源的二肽基肽酶(dipeptidyl peptidase-IV,DPP-IV)抑制肽。方法方法 以仿刺参胶原蛋白序列为对象，进行生物信息学分析和计算机辅助虚拟酶解,基于生物毒性、致敏性、水溶性及吸收、分配、代谢、排泄及毒性(absorption,distribution,metabolism,excretion,toxicity,ADMET)预测,筛选得到 6 条具有潜在生物活性的寡肽,氨基酸序列分别为 CD、CQ、CS、GR、SM、MDG,进一步通过分子对接分析肽段与 DPP-的结合活性,并分析其结合位点及方式。结果结果 生物信息学分析表明仿刺参胶原蛋白是生物活性肽的潜在优良来源,经木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶及模拟胃肠道虚拟水解后能够释放出 DPP-抑制肽;分子对接表明俩条新肽段 CS、SM 通过氢键、疏水相互作用分别与DPP-IV 的 S1、S2 活性口袋结合。结论结论 本研究提供了一种快速筛选刺参胶原蛋白中 DPP-IV 抑制肽的方法。关键词关键词:仿刺参;虚拟酶解;分子对接;生物活性肽;二肽基肽酶;型糖尿病 Virtual screening and molecular docking of dipeptidyl peptidase-IV inhibitory peptides derived from collagen of Apostichopus japonicus QU Ting-Fei1,ZHAO Qian-Cheng1,LI Shuang-Shuang2,HAN Ming-Zhe1,LI Jia-Xin1,MA Yong-Sheng1*(1.College of Food Science and Engineering,Dalian Ocean University,Dalian 116000,China;2.Dalian Xinyulong Marine Organisms Seed Industry Technology Co.,Ltd.,Dalian 116200,China)ABSTRACT:Objective To screen the dipeptidyl peptidase-IV(DPP-IV)inhibitory peptides derived from Apostichopus japonicus(A.japonicus)collagen by the bioinformatics and molecular docking method.Methods The sequence of A.japonicus collagen was analyzed and virtual enzymolysised by bioinformatics in silico.Based on the prediction of biological toxicity,sensitization,solubility,absorption,distribution,metabolism,excretion,and toxicity(ADMET),6 oligopeptides with potential biological activity were screened out,and their amino acid sequences were CD,CQ,CS,GR,SM,and MDG,respectively.In addition,the binding activity of these peptides with DPP-IV were further analyzed by molecular docking,and their binding sites and binding modes were analyzed.Results Bioinformatics analysis showed that A.japonicus collagen was a potential excellent bioactive peptides source,after hydrolyzed by DOI:10.19812/ki.jfsq11-5956/ts.2023.02.00910 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 14 卷 papain,subtilisin,and simulated gastrointestinal digestion,DPP-IV inhibitory peptides could released.The results of molecular docking indicated that 2 new peptides CS and SM could bound to S1 and S2 active pockets of DPP-IV with hydrogen bondings and hydrophobic interactions,respectively.Conclusion This study provids a method to quickly screen DPP-IV inhibitory peptides from A.japonicus collagen.KEY WORDS:Apostichopus japonicus;enzymatic hydrolysis in silico;molecular docking;bioactive peptides;dipeptidyl peptidase-IV;type diabetes 0 引 言 随着我国人口老龄化与生活方式的变化,糖尿病从少见病变成一个流行病,糖尿病患病率从 1980 年的 0.67%升至 2017 年的 11.2%1。在我国糖尿病人群中,型糖尿病约占 90%以上,其病理生理学特征为胰岛素调控葡萄糖代谢能力的下降,即胰岛素抵抗,并伴随胰岛 B 细胞功能缺陷所导致的胰岛素分泌减少,常会引发视网膜病变、糖尿病肾病和糖尿病神经病变等多种并发症。目前口服降糖药可分为两类:(1)以促进胰岛素分泌为主要作用的药物;(2)通过其他机制降低血糖的药物,前者主要包括磺脲类、格列奈类、二肽基肽酶抑制剂(dipeptidyl peptidase-IV inhibitor,DPP-i)等,其中 DPP-i 作为一类新型口服降糖药物,具有低血糖风险低、对体重影响较小以及心血管安全性好的优势。DPP-i 通过抑制二肽基肽酶(dipeptidyl peptidase-IV,DPP-IV)而减少胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1,GLP-1)在体内的失活,使内源性 GLP-1 水平升高。GLP-1 以葡萄糖浓度依赖的方式增加胰岛素分泌,抑制胰高糖素分泌。目前上市的 DPP-i 有西格列汀、沙格列汀、维格列汀和利格列汀等拟肽类药物,作用强、见效快,可有效控制血糖浓度,但存在不同程度的毒副作用,如引起超敏反应、鼻咽炎等1。从食品营养学的角度出发,基于功能食品的膳食干预是控制型糖尿病的理想选择。目前研究证实一些食源性低聚肽具有 DPP-抑制活性,如粮食发酵副产物高粱酒糟蛋白肽2、啤酒糟蛋白肽3;陆生动物来源的牛奶乳清蛋白肽4、骆驼奶乳清蛋白肽5;淡水鱼来源的鲢鱼胶原蛋白肽6、中华鳖卵黄蛋白肽7等。海洋环境具有高盐、高压、低温、缺氧等异于陆地环境的特点,在此特殊的生长环境中,海洋生物在长期的进化过程中随之形成了特殊的蛋白序列。仿刺参(Apostichopus japonicus),属刺参科(Stichopodidae),仿刺参属(Apostichopus),是中国黄海、渤海的唯一养殖海参,蛋白含量高达 66%8(干基),是制备生物活性肽的优良原料来源。目前研究发现以仿刺参体壁为原料,通过酶解可获得具有潜在生物活性的低聚肽,如抗氧化肽9、血管紧张素转换酶抑制肽10、免疫调节肽11等,但仿刺参来源的 DPP-抑制肽尚鲜见报道。食源性生物活性肽一般通过外源或内源性蛋白酶酶解得到水解产物,再采用超滤、离子交换色谱法、凝胶过滤色谱法等手段对水解物进行分离、纯化,并通过水解度或目标活性实验跟踪检测分离产物活性,得到纯化物后,采用质谱技术鉴定肽段序列,最后人工合成目标肽段并进行生物活性验证,此研究策略肽段纯化、筛选过程工作量很大12。近年来,多肽数据库、生物活性预测服务器和分子对接软件等生物信息学工具能够模拟给定条件下蛋白质酶解过程,并预测筛选具有较高生物活性的功能肽段,此方法有效提高了活性肽段的发现效率。基于此,本研究拟以仿刺参胶原蛋白序列为对象,通过生物信息学分析和计算机辅助酶解,基于生物毒性、致敏性、水溶性及吸收、分配、代谢、排泄及毒性(absorption,distribution,metabolism,excretion,toxicity,ADMET)分析,筛选预测具有潜在生物活性的肽段,并采用分子对接方法研究生物活性肽和DPP-之间的相互作用,期望筛选获得具有独特序列特征的海洋源 DPP-抑制肽。1 材料与方法 1.1 材 料 以仿刺参 I 型胶原蛋白 链为研究对象,从 NCBI 网站(https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/)获得对应氨基酸序列。登录号为 APA22677.1,由 1400 个氨基酸构成。1.2 理化性质及致敏性预测 本研究的技术路线如图 1 所示,分别采用 ProtParam(http:/web.expasy.org/protparam/)和 AllergenFP(http:/www.ddg- 虚拟酶解 通 过 BIOPEP 在 线 工 具14(https:/biochemia.uwm.edu.pl/biopep-uwm/)预测仿刺参胶原蛋白释放生物活性肽的潜力,理论释放量用 A 值表示,按公式(1)计算:=aAN (1)式中 a 是蛋白质序列中生物活性肽的数量,N 是蛋白质序列中氨基酸残基的数量。采用 BIOPEP 在线工具中 Enzyme Action 功能,选择木瓜蛋白酶(E.C.3.4.22.2)、碱性蛋白酶(E.C.3.4.21.62)对仿第 2 期 曲亭菲,等:仿刺参胶原蛋白源二肽基肽酶抑制肽虚拟筛选及分子对接研究 11 刺 参 胶 原 蛋 白 进 行 单 酶 水 解;