前期研究发现,麦胚蛋白经胰蛋白酶酶解所得多肽具有抑制α-葡萄糖苷酶的作用,这为工业化生产具有降血糖作用的功能性多肽提供了思路。江苏科技大学生物技术学院的颜 辉、张 琦、江明珠等人以α-葡萄糖苷酶活性抑制率为评价指标,建立超滤、离子交换、凝胶阻排和反相高效液相色谱(RP-HPLC)分离纯化方法,并采用高效液相色谱-电喷雾-质谱(HPLC-ESI-MS)鉴定出多肽的结构组成,阐明麦胚降血糖多肽发挥作用的物质基础,为开发麦胚降血糖肽提供理论基础。
1、麦胚降血糖肽实验高血糖模型小鼠的治疗效果
01
麦胚多肽对糖尿病小鼠饮水量的影响
小鼠适应环境1 周。分为4 组,每组6 只,雌雄各半,分别为正常组(A),模型组(B),正常+麦胚多肽干预组(C),模型+麦胚多肽干预组(D)。实验前禁食12 h(不禁水),B、D组尾静脉注射75 mg/kg 4%四氧嘧啶溶液(使用pH 4.5的0.1 mol/L柠檬酸缓冲液配制浓度,现用现配),A、C组尾静脉注射等量生理盐水作为阴性对照。药物注射完毕,使用4%的葡萄糖溶液作为饮用水,防止小鼠低血糖。C、D组使用超滤后分子质量小于5 kDa多肽(3.24 mg/mL)灌胃给药,剂量48.6 mg/(kg?d)。A、B组灌胃等量的生理盐水,每间隔3 d取血检测血糖水平。
造模后B、D组的小鼠饮水量和A组相比差异极显着(P<0.01),表明造模后小鼠饮水量急剧增加,糖尿病的多饮症状明显;灌胃麦胚多肽2 周后,D组与B组比较差异极显着(P<0.01),表明麦胚蛋白多肽可以缓解小鼠饮水量增多的症状,D组和A组比较有显着差异(P<0.01),提示麦胚蛋白治疗小鼠的多饮症状尚未恢复到正常水平。A组与C组比较无显着性差异,说明麦胚蛋白对正常小鼠的饮水量无影响作用。
02
麦胚多肽对糖尿病小鼠采食量的影响
造模后B、D组和A组比较,采食量差异极显着(P<0.01),表明造模后小鼠采食量大量增加。经麦胚治疗2 周后,D组采食量与B组差异极显着(P<0.01),提示麦胚多肽能够缓解小鼠采食量增多的症状;D组与A组比较有极显着差异(P<0.01),表明经麦胚多肽治疗的糖尿病小鼠的采食量尚未恢复到正常水平。C组和A组之间无显着差异(P>0.05),提示麦胚多肽对正常小鼠采食量无影响。
03
麦胚多肽对糖尿病小鼠体质量的影响
造模后,小鼠体质量无显着性差异。随着时间的推移,正常小鼠(A、C组)体质量上升,B、D组小鼠体质量无增加。经麦胚治疗2 周后,D组小鼠体质量与正常组A比较有极显着差异(P<0.01),表明D组小鼠体质量未能够恢复到正常水平。A组与C组比较无显着性差异(P>0.05),提示麦胚多肽对正常小鼠的体质量无影响。B组与D组小鼠比较无显着性差异(P>0.05),表示经过15 d的麦胚多肽治疗,体质量未有明显变化。
04
麦胚多肽对糖尿病小鼠空腹血糖浓度
的影响
经麦胚降血糖肽治疗2 周后,D组与B组比较有极显着差异(P<0.01),表明麦胚多肽对餐后血糖有明显降低作用;D组与A组比较有极显着性差异(P<0.01),表明尚未恢复到正常水平。A组与C组比较无显着性差异(P>0.05),提示麦胚多肽对正常小鼠的血糖无影响。
2、分离纯化
超滤
01
麦胚酶解多肽经过超滤后得到大于和小于5 kDa的两个组分,大于5 kDa的组分得率67.7%,IC50为14.33 mg/mL;小于5 kDa组分的多肽得率为32.3%,IC50为1.60 mg/mL。由此可见,活性成分主要在分子质量小于5 kDa组分中,对其进一步的分离。超滤后所得低分子质量组分的抑制率显着高于高分子质量组。
离子交换吸附
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1、静态吸附
随着时间的延长,711阴离子交换树脂吸附率几乎不变,且很低,表明对麦胚降血糖多肽的吸附作用很弱。732阳离子交换树脂的吸附率随着时间延长而增加,在60 min时达到最大值74.19%。DA201-C大孔吸附树脂在110 min时达到最大71.34%。
2、动态吸附
在0~50 min之间吸附率不断上升,50~70 min趋于平衡,DA201-C大孔树脂最大吸附率为36.04%,732型阳离子树脂最大吸附率为41.25%,因此732阳离子交换树脂效果比较好,选用此树脂进行后续实验。
3、树脂解吸
随着氨水质量分数的增加,洗脱率显着上升,0.5%、1.5%和2.5%氨水的洗脱率分别为78.14%、86.81%和98.13%,表明2.5%氨水基本可将吸附的多肽完全洗脱,因此选择2.5%的氨水作为732型阳离子交换树脂洗脱剂。
4、732型阳离子交换树脂动态分离
0~200 min是上样峰C-I,200~500 min是洗脱峰C-II。因此,经过732型阳离子交换树脂分离之后得到一个明显峰C-II,旋转蒸发浓缩后测IC50为0.30 mg/mL,对α-葡萄糖苷酶的活性比离子交换前(IC50为1.60 mg/mL)有显着提高,达到了纯化效果。
凝胶分离
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分离得到2 个组分C-II-1、C-II-2,分别收集两个多肽峰,测其对α-葡萄糖苷酶的抑制率,C-II-2为高活性组分,IC50为0.16 mg/mL,因此,用葡聚糖凝胶SephadexG-15对组分C-II-2进一步纯化。C-II-2经SephadexG-15分离后得到2 个组分C-II-2.1和C-II-2.2。分别收集、浓缩,组分C-II-2.1为高活性组分,对α-葡萄糖苷酶的IC50为0.13 mg/mL。
RP-HPLC分离
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色谱图中有8 个吸收峰,表示8 个(或组)多肽,命名为R1~R8,R1号峰所含多肽的IC50为0.098 mg/mL,其他组分测不出,由此可见R1号峰的活性最高;峰面积最大,提示组分含量也最大,因此,主要的降血糖肽在1号峰内。
3、多肽结构
在ESI过程,分子因附加一个正电荷(H+)以离子[M+H]+的形式存在,通过磁场或电场根据m/z进行一级质谱(MS)鉴定,因此m/z为274.45的一级质谱片段,按照实际m/z为273.45片段值多肽组成序列进行分析。理论上多肽骨架断裂形成a1、b1、c1、a2、b2、c2、x1、y1、z1、x2、y2、z2等不同离子片段,在多肽序列分析中常用的片段为b1、y2、b2、y1等离子片段。