酵母源二肽基肽酶Ⅳ抑制肽的制备及抑制机理研究

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糖尿病是一种以高血糖为特征的慢性代谢疾病,严重影响人类身心健康。近年来,对人体血糖具有良好调控作用的二肽基肽酶Ⅳ(DPP-Ⅳ)抑制肽备受关注。酵母中蛋白质含量丰富,是一种极具开发价值的微生物蛋白资源。本文应用枯草芽孢杆菌发酵制备的酶制剂酶解食用酵母后,实现了DPP-Ⅳ抑制活性多肽的分离富集和筛选鉴定,采用酶抑制动力学和分子对接探究了多肽与DPP-Ⅳ之间的作用机制,并分析了DPP-Ⅳ抑制肽的稳定性及其与药物的联合作用。主要研究内容如下:(1)分析了枯草芽孢杆菌HU528的生长和代谢特性,发现HU528生产蛋白酶的发酵类型属于非生长偶联型。优化了枯草芽孢杆菌HU528在5 L发酵罐中的发酵条件,发酵液蛋白酶酶活最高可达4228.64 U/m L,是摇瓶发酵的6.5倍。进一步探究了补料分批发酵,在发酵20-40 h恒速流加200 m L 0.05 g/m L葡萄糖,显著提高了发酵的菌体量和蛋白酶酶活,最高酶活达8189.22 U/m L,较未补料提高了93.66%。(2)利用发酵得到的枯草芽孢杆菌粗酶液酶解酵母,酶解4.5 h的酶解物具有最高的DPP-Ⅳ抑制活性,其半抑制浓度(IC50)为0.84 mg/m L。逐级使用乙醇提取和凝胶过滤层析对酶解物进行分离富集,得到活性最高组分F2的IC50值为0.41 mg/m L,较未分离显著降低。通过质谱分析从F2中鉴定出186个肽段,结合在线工具和DPP-Ⅳ抑制肽特征,从中筛选出9条具有潜在DPP-Ⅳ抑制活性的多肽化合物。(3)通过酶活抑制实验发现5个合成多肽具有较高的DPP-Ⅳ抑制活性,其中四肽WPLP抑制DPP-Ⅳ的活性最高,IC50为178.90μmol/L。应用酶抑制动力学探讨了5个多肽化合物抑制DPP-Ⅳ的类型,其中WPLP属于反竞争性抑制。分子对接发现,5个抑制多肽都可自发地与DPP-Ⅳ结合。分析了不同多肽化合物共同抑制DPP-Ⅳ的作用,发现不同抑制类型的DPP-Ⅳ抑制肽在低浓度具有相加作用。(4)探究DPP-Ⅳ抑制多肽WPLP的稳定性,发现WPLP具有热稳定性和p H稳定性,能抵抗DPP-Ⅳ的水解,WPLP经模拟胃消化发生降解,且DPP-Ⅳ抑制活性降低了将近40%。进一步通过等效剂量法分析了WPLP和西格列汀的联合抑制作用,低剂量浓度西格列汀(30%抑制率)与WPLP具有一定的协同作用,而中、高剂量浓度西格列汀(50%和70%抑制率)与WPLP的联合抑制作用表现为相加作用。
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