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活性低聚肽调节免疫功能及其对冠状病毒感染的影响

摘要:  2019年12月以来湖北省武汉市发现多例不明原因肺炎患者,并迅速向全国和世界各地蔓延。在疾病流行的初期,从患者标本中分离和鉴定出一种新型冠状病毒。该病毒主要经飞沫通过呼吸系统和密切接触途径...

 2019年12月以来湖北省武汉市发现多例不明原因肺炎患者,并迅速向全国和世界各地蔓延。在疾病流行的初期,从患者标本中分离和鉴定出一种新型冠状病毒。该病毒主要经飞沫通过呼吸系统和密切接触途径传播,导致以肺部大面积炎症反应为主的疾病出现。国际病毒分类委员会将该病毒命名为"严重急性呼吸综合征冠状病毒2"(severe acute respiratory syndrome corona 2, SARS-CoV-2),世界卫生组织将其命名为2019新型冠状病毒(novel corona virus 2019,2019-nCoV),并将该病毒引起的疾病命名为新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019,COVID-19)[1]。根据疫情前期对7万多例确诊和疑似COVID-19病例的流行病学调查分析,发现87%的COVID-19确诊者年龄为30~79岁,总病死率为2.3%,但70~80岁年龄组患者的病死率为8.0%,80岁及以上年龄组患者的病死率为14.8%;另外,在确诊的COVID-19患者中,合并心血管疾病的患者病死率为10.5%,合并糖尿病的患者病死率为7.3%,合并慢性呼吸道疾病的患者病死率为6.3%,合并高血压的患者病死率为6.0%,合并肿瘤的患者病死率为5.6%,均高于总病死率[2]。除COVID-19外,流感病毒感染的人群中,免疫功能低下者严重并发症发生率和病死率也较高[3]。上述结果显示,老年人特别是免疫功能低下者被病毒感染的概率、重病发生率及病死率更高,而提高免疫功能是降低包括COVID-19在内的病毒感染的患病率和病死率的重要途径。

人体免疫功能受年龄、性别、遗传、心理、环境和基础疾病等多重因素的影响,但饮食因素(包括膳食结构、饮食习惯等)以及与此密切相关的机体营养水平,在维持正常免疫系统功能方面发挥着至关重要的基础和核心作用[4]。食物中蛋白质来源、含量和质量直接决定着机体蛋白质的营养状况[5],而低聚肽作为蛋白质分解氨基酸过程中的中间产物,不但在改善蛋白质的营养状况方面具有比蛋白质本身更突出的优势,还具有更强的抗氧化提高免疫力的作用[6]。本文试图通过分析低聚肽对免疫系统的影响,阐明其在免疫调解方面所发挥的独特功能,为积极防治COVID-19提供一个有益的思路。

 什么是地龙蛋白肽.png

一、的概述

研究证明,蛋白质的营养状态与免疫系统的关系极为密切,蛋白质营养不良将导致皮肤、黏膜的屏障作用,非特异和特异性免疫反应均明显减弱,其结果是导致外来的细菌和病毒更易侵入机体而发生局部或全身的感染,严重者可以造成器官衰竭甚至死亡[5]。蛋白质在酶的作用下分解为肽和氨基酸。肽可分为低聚肽(又称为寡肽、短肽、小分子肽)和多肽,其中由2~10个氨基酸残基组成肽链称为低聚肽,由11~50个氨基酸残基组成的肽链称为多肽[6]。

肽根据其分布和来源可以分为内源性肽和外源性肽。其中,内源性肽在体内合成,可以作为神经递质、内分泌激素和免疫分子等发挥其生理功能[7];外源性肽是食物中的蛋白质在消化酶的作用下分解而来[6]。从20世纪70年代开始,随着国内外肽类产品制备和分离提纯技术的不断进步,制备分子量更小、纯度更高、性质更为稳定的低聚肽成为可能。低聚肽不但可以更好的发挥蛋白质的营养作用,而且由于其胃肠道负担小、吸收迅速而完全,因此可以迅速纠正负氮平衡,还具有更强的抗氧化、调节血和血压、解酒护肝、调整肠道菌群等作用[6]。近年来的研究证明,通过摄入食源性低聚肽降低了慢性病发病风险并增强自身免疫功能,是降低外来微生物入侵的重要措施,可能为感染性疾病的预防开辟一片新天地,值得人们深入探讨[8]。

二、不同来源低聚肽对免疫系统的影响

近年来已经从不同食物来源的蛋白质中制备出多种具有特定功能活性的低聚肽,包括常见的食物蛋白类来源的低聚肽,也包括由药食同源物质和珍稀动植物资源来源蛋白质制备的具有特殊功效的低聚肽。下面分别叙述动物、植物和微生物来源的低聚肽对免疫功能的调节作用。

(一)动物来源的低聚肽

动物类食品包括鱼类、肉类、蛋类、乳类等。该类食品不但蛋白质含量高,而且质量也很高,是人类优质蛋白质的主要来源。动物来源的低聚肽在补充和改善蛋白质营养方面的作用迅速而强大,在调节免疫系统功能方面的作用也很突出。

1.乳类来源的低聚肽:

乳类含有大量的优质蛋白质,其中乳铁蛋白乳清蛋白球蛋白均具有强大的免疫正向调解作用[9]。乳类来源的低聚肽如六肽缬氨酸-谷氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-脯氨酸-酪氨酸(Val-Glu-Pro-Ile-Pro-Tyr)和苏氨酸-苏氨酸-蛋氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-酪氨酸(Thr-Thr-Met-Pro-Ile-Tyr)、三肽甘氨酸-亮氨酸-苯丙氨酸(Gly-Leu-Phe)和亮氨酸-亮氨酸-酪氨酸(Leu-Leu-Tyr),具有降低胆固醇、血糖、血压和强大的抗氧化功能,并通过刺激淋巴细胞增殖和增强巨噬细胞的吞噬能力,提高机体对外界病原体感染的抵抗能力,同时加强对机体变异细胞的免疫监视功能,对肿瘤本身也有一定的抑制作用,这种作用可能与其强大的抗氧化活性密不可分[10,11]。

2.来源低聚肽:

骨胶原蛋白骨髓蛋白水解后形成的骨胶原肽骨髓肽具有强大的免疫调节作用,如分子量2000 Da以下的猪骨胶原低聚肽对小鼠脾细胞增殖率为114.30%[12];牦牛骨胶原低聚肽对脾淋巴细胞的增殖率为72.09%[13];小牛骨髓来源的低聚肽可以强化对自然杀伤(natural killer, NK)细胞的活化[14]。

鹿茸为名贵中药材,鹿茸来源的低聚肽能提高机体的细胞及体液免疫功能,并抑制机体的炎症反应,抑制二甲苯所致小鼠耳肿胀和角叉菜胶致小鼠足肿胀的程度,降低血清中丙二醛和一氧化氮的含量,增加超氧化物歧化酶的含量,具有较强抗感染和抑制炎症反应的作用[15]。

3.蛋类来源低聚肽:

蛋清中含有多种功能蛋白,体外试验证明蛋清蛋白酶解产物(低聚肽)具有良好的抗氧化活性,并可降低细胞内白细胞介素(interleukin, IL)-8的水平[16];蛋黄蛋白水解肽同样具有抗氧化、抑菌、消炎等活性,在预防肠道氧化应激和保护肠道功能方面发挥着重要作用[17]。

4.水产动物来源低聚肽:

水产动物来源的低聚肽既可以是肉类来源的蛋白肽,又可以是皮肤和骨骼来源的胶原蛋白肽,其不但在抗衰老、抗氧化和美容美肤方面发挥重要作用,同时也具有较强的增强人体免疫功能的作用。

如海洋鱼胶原蛋白肽可下调诱导型一氧化氮合酶和环氧合酶-2的表达,降低一氧化氮和前列腺素的合成,同时降低促炎细胞因子如IL-1β、IL-6和肿瘤坏死因子-α的水平[18],并提高小鼠刀豆蛋白A刺激的淋巴细胞转化率和巨噬细胞吞噬率,见表1[8]。其机制可能与刺激辅助性T细胞(Th细胞),提高Th1和Th2细胞因子的分泌水平有关[19]。此外,海洋水产动物来源的低聚肽还显示出较强的增强肿瘤患者免疫功能的作用,如提升肝癌患者的免疫(尤其是细胞免疫)功能,改善患者术后免疫抑制状态,降低体内炎症反应[20]。

表1

 小分子肽对免疫国力的影响.png

海洋鱼胶原蛋白肽对小鼠免疫功能的影响[8]

海参和牡蛎均为珍贵海洋动物,海参肽抗氧化和提高免疫功能的作用尤为强大,可以提高小鼠体液免疫和非特异性免疫功能以及NK细胞的活性,将海参肽应用于D-半乳糖致衰老小鼠,观察到中、高剂量海参肽组能够提高小鼠心、肝组织超氧化物歧化酶活力,高剂量组升高小鼠血清免疫球蛋白G、IL-2含量,并且这种作用可能与其抗氧化功能相关[21]。牡蛎肽可改善环磷酰胺所致免疫功能低下小鼠免疫器官结构,恢复环磷酰胺所致的小鼠T细胞比例失调及细胞因子紊乱,升高骨髓有核细胞数及骨髓DNA含量[22],提高机体的免疫功能。

(二)植物来源的低聚肽

目前工业化生产的低聚肽主要来源于植物蛋白,其对免疫功能影响的研究也比较广泛和深入。

1.豆类来源低聚肽:

豆类来源低聚肽必需氨基酸含量高且比例更接近人体的需要,在改善人体负氮平衡方面具有独特的优势,特别适合于中老年人和慢性病患者快速纠正人体的负氮平衡,改善蛋白质的营养不良状态,从而改善整个机体的免疫功能。实验证明,大豆低聚肽能增加免疫功能低下小鼠的胸腺和脾脏指数,增强巨噬细胞吞噬能力(包括提高碳廓清吞噬指数、腹腔巨噬细胞吞噬鸡红细胞百分率),促进脾淋巴细胞的增殖能力,增强NK细胞活性,增强体液免疫(提高半数溶血值),见表2,并增加多种淋巴因子的数量,是一种广谱的免疫功能调节剂[23,24]。除此之外,大豆低聚肽还可以通过抗氧化、调节肠道菌群、促进有益菌的增殖、降低肠道炎症反应而调节不同免疫细胞和免疫分子之间的功能平衡,从而使机体处于比较适宜的免疫状态[25]。

表2

 大豆肽对免疫力影响的数据.png

大豆低聚肽对小鼠免疫功能的影响[24]

2.谷类来源低聚肽:

谷类来源的低聚肽虽然必需氨基酸的含量和比例均不如大豆低聚肽,但在某些方面的特性却比大豆低聚肽更为突出。如玉米低聚肽的抗氧化和解酒、护肝作用[26],大米低聚肽[27]和小麦低聚肽[28]的辅助降血糖和降血压作用。同时,谷类来源的低聚肽也具有较强的免疫调节作用,如大米胰蛋白酶解物中获得的免疫活性肽可以在体外诱导白细胞的吞噬活性,并刺激白细胞产生超氧阴离子,以增强白细胞的吞噬和消灭异物的能力[27]。从大米中分离的八肽甘氨酸-酪氨酸-脯氨酸-蛋氨酸-酪氨酸-脯氨酸-亮氨酸-精氨酸(Gly-Tyr-Pro-Met-Tyr-Pro-Leu-Arg)是一种典型的免疫活性肽,浓度为1 μmol/L时巨噬细胞的吞噬能力为对照组(不含免疫活性肽)的1.5倍,并抑制肿瘤细胞的生长[29]。Rein等[30]让10名健康人一次性摄入大米低聚肽,发现摄入后24 h内促炎性细胞因子肿瘤坏死因子-α、IL-10和一氧化氮水平均降低。玉米低聚肽在体外具有诱导细胞凋亡的作用,在体内具有抑制肿瘤细胞增殖的作用。用酪蛋白和玉米低聚肽共同喂食经7,12-二甲基苯并[α]葸诱导的患有乳腺肿瘤的大鼠,结果显示玉米肽具有一定的抗乳腺癌作用,且随着剂量的增加效果更加明显[31]。谷类来源的低聚肽对免疫系统作用的机制虽然仍不明确,但据推测可能与增加T细胞和Th细胞百分率、提高血清干扰素-γ、IL-1α、IL-2、IL-6、IL-10、IL-12、肿瘤坏死因子-α、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子分泌水平,以及与促进免疫球蛋白A、免疫球蛋白G和免疫球蛋白M的分泌有关[32]。

3.其他植物来源的低聚肽:

蔬菜、水果蛋白质含量比较低,因此由蔬菜、水果制备低聚肽的成本效益比并不突出,但是如果利用蔬菜、水果加工后的副产物(如蓝莓提取花青素后的残渣)中的蛋白质和多肽制备低聚肽,则可降低成本、提高效益,并且有可能制备出具有特殊功能的低聚肽。如从苦瓜中提取的瓜低聚肽可能具有类似胰岛素的作用[33];坚果来源的核桃低聚肽通过调节IL-10和IL-17A等细胞炎性因子的释放,提高对斑马鱼巨噬细胞的吞噬能力,从而提高机体免疫功能[34]。

另外,我国具有强大的药食同源物质和中药材资源,其中某些物质含有一定量的蛋白质、肽和氨基酸,由这类物质制备的肽类物质可能具有特殊的功效。例如,人参低聚肽通过增强细胞免疫功能、体液免疫功能、单核-巨噬细胞吞噬能力和NK细胞活性,起到增强免疫功能、减轻大鼠慢性炎症反应的作用[35],作为食品添加剂时的剂量为0.3~0.6 g[36];枸杞多肽具有较强的抗氧化能力,能够清除羟基自由基[37],但是还缺乏直接提高免疫功能的证据。

(三)微生物来源的低聚肽

微生物来源的低聚肽近年来逐渐受到重视,并且可能有其独特的功能特点。如香菇肽具有较强的抗氧化和免疫调节活性[38];酵母肽能够促进机体的生长发育和免疫功能[39]。另外,酵母繁殖力强,可以通过基因工程技术将产生某种特定低聚肽的基因整合到酵母基因组内,通过培养转基因的酵母菌以生产高纯度低聚肽,为工业化批量生产高纯度低聚肽提供一种新的径路[40]。

三、复合低聚肽对免疫系统的调控作用

由于不同食物蛋白质的氨基酸组成各有特点,因此采用不同食物蛋白质所制备的低聚肽,其氨基酸组成和各种功能也各不相同。将不同来源和类别的低聚肽复配成复合低聚肽,不但可以发挥蛋白质之间的互补作用,还可发挥不同低聚肽功能之间的协同增效效应[41]。尹利端等[41]的研究证实,大豆低聚肽和胶原低聚肽组成的复合肽制剂,通过促进淋巴细胞转化,提高体液免疫功能、巨噬细胞吞噬功能,增加NK细胞活性等方面发挥协同免疫调节作用。上海佰尔仕医学营养研究院研制的复合低聚肽制剂,由植物来源的玉米和大豆低聚肽与由动物来源的深海鱼和淡水鱼皮胶原蛋白低聚肽进行科学配比,并添加人体必需的维生素E和叶酸等原料制备的复合低聚肽营养补充剂,经临床应用于重症烧伤患者后,显示出良好的营养支持和免疫调节效果[42]。因此,在现有低聚肽的基础上,通过对不同复合低聚肽组合和比例的筛选,有可能制备出具有更强免疫调节作用的复合低聚肽类产品。

四、展望

营养不良特别是蛋白质营养不良是导致免疫功能低下的重要原因[5],而免疫功能低下的中老年人COVID-19[2]和流感[3]的发病率更高,被感染后更易发展为重症甚至导致死亡。免疫功能低下导致机体对流感等冠状病毒易感性增加的机制比较复杂,包括增强抗原提呈细胞对入侵抗原的处理和提呈能力、巨噬细胞释放细胞因子IL-1、IL-6、IL-8的能力、激活NK细胞杀伤流感病毒感染的细胞、诱导CD4+T细胞介导的细胞免疫反应和病毒介导的抗体的产生等[43]。通过改善蛋白质营养状况提高免疫功能后,机体的非特异性免疫功能如巨噬细胞吞噬能力和NK细胞的杀伤能力、体液免疫中B细胞的抗体分泌能力以及细胞免疫中的细胞因子产生能力均得以提高[5]。

肽类营养补充剂可以认为是蛋白质类营养补充剂的升级产品,不但可以迅速纠正负氮平衡并改善蛋白质的营养状况,还具有更强的提高免疫功能的作用。肽类产品种类繁多,功能各异,因此在研制更多品种、更高质量的低聚肽产品原料、并对不同来源低聚肽的功能特性进行深入研究的同时,如何根据不同低聚肽的特点,充分利用它们之间的协同效应,制备出更高品质和功能更加强大的复方制剂是未来的研发方向。低聚肽的组合形式包括植物来源低聚肽之间,动物来源低聚肽之间,动、植物来源低聚肽之间的不同组合。在研制提高免疫功能的复合低聚肽产品时,尽可能选择对提高免疫功能作用明确、机制清晰及不同类别的低聚肽进行组合,并从作用机制上照顾到非特异性免疫、体液免疫与细胞免疫功能之间的均衡性,降低机体对2019-nCoV的感染风险。而对于不幸感染2019-nCoV的患者,特别是重症患者,低聚肽一方面可以提高患者的免疫功能,另一方面可以发挥比整蛋白和氨基酸更好的蛋白补充和纠正负氮平衡的作用,因此也更有利于COVID-19患者的康复。由于低聚肽提高机体免疫功能的机制研究仍然比较浅显,因此低聚肽具体通过何种分子机制调节免疫功能并进一步防治COVID-19和流行性感冒等病毒性疾病,仍需要进行深入探讨。

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复合小分子肽主要成分:人参(五年以下人工种植)、牛骨髓肽海洋鱼低聚肽、牡蛎肽、地龙蛋白肽苦瓜肽纳豆粉、菊粉


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