牡蛎DPP-Ⅳ抑制肽的分离纯化及其作用机理研究

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II型糖尿病(Type II diabetes mellitus,T2DM)是一种由于胰岛素抵抗导致的慢性代谢疾病,其发病率逐年上升。研究表明,胰高血糖素样肽-1(Glucagon-like peptide-1,GLP-1)和葡萄糖依赖性促胰岛素激素(Glucose-dependent insulinotropic polypeptide,GIP)在调节胰岛素和胰高血糖素分泌中起到重要作用。GLP-1和GIP会被二肽基肽酶-IV(Dipeptidyl peptidase-IV,DPP-IV,EC 3.4.14.5)降解为无活性功能的片段,影响血糖调节。有效抑制DPP-IV酶活力是治疗II型糖尿病的重要手段之一。本研究从猪肾脏中分离纯化DPP-IV,并以DPP-IV作为工具酶,从牡蛎酶解产物中分离纯化DPP-IV抑制肽,分析抑制肽与DPP-IV之间的作用机理。首先利用酸沉淀、硫酸铵盐析和凝胶过滤层析相结合的方法,从猪肾脏中分离纯化得到DPP-IV。结果显示,纯化的DPP-IV是分子量约为110 kDa的糖蛋白,2D-PAGE显示该酶的等电点约为6.1。肽质量指纹图谱表明获得20个肽段,共296个氨基酸残基,与Sus scrofa的氨基酸序列同源性为100%。DPP-IV二级结构中α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲的占比分别为6.8%、52.5%、16.6%和29%。在60°C以下的温度范围内,DPP-IV的二级结构稳定,随着温度的升高,α-螺旋、β-折叠和β-转角的百分比含量均增加,无规则卷曲的百分比含量减少,表明DPP-IV的二级结构发生改变。DPP-IV在60°C以下,pH 4.010.0范围均能保持高酶活力,具有良好的热稳定性和pH稳定性。DPP-IV的热变性温度(Denaturation temperature,Td)为72.8±0.2°C。DPP-IV内源荧光光谱在60°C以下不发生改变,在70°C时内源荧光增强。在pH 5.09.0的范围内,内源荧光较为稳定,而在pH4.0以下和高于pH 10.0时的荧光强度降低,发生荧光猝灭。Zn2+和Ca2+对DPP-IV有抑制作用,IC50值分别为126.47±1.80μmol/L和48.08±0.23 mmol/L,且不改变DPP-IV二级结构。随着Zn2+和Ca2+浓度的增加,DPP-IV内源荧光强度先增加后降低。以DPP-IV作为目标酶,太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)为原料,优化酶解条件制备抑制肽。采用胰酶在pH 8.0、加酶量为0.8%和酶解时间为90 min酶解牡蛎肉制备的酶解液对DPP-IV的抑制活性最高。利用3 kDa超滤膜、Sephadex G-15凝胶层析和RP-HPLC对酶解液进行分离,经质谱鉴定和BIOPEP-UWM模拟胃肠液消化,得到APSTM和ILAPPER两个肽段。DPP-IV抑制活性的体外分析结果显示,APSTM和ILAPPER的IC50值分别为354.81±20.00μmol/L和16.98±1.29μmol/L。经体外模拟胃肠液消化,APSTM和ILAPPER具有良好的消化稳定性。体外抑制DPP-IV实验表明,APSTM会被DPP-IV降解,而ILAPPER不会被DPP-IV降解。进一步探究DPP-IV抑制肽的作用机制。抑制动力学结果表明APSTM和ILAPPER的抑制类型为竞争/非竞争混合型抑制和竞争性抑制。差示扫描荧光(Differential scanning fluorometry,DSF)结果表明APSTM和ILAPPER这两个抑制肽提高DPP-IV的熔解温度(Melting temperature,Tm),分别提高了1.83°C和7.62°C。分子对接结果显示,这两种抑制肽与DPP-IV的S1和S2口袋的Arg125,Glu205,Glu206、Tyr662等关键氨基酸形成氢键,ILAPPER与催化中心Ser630、His740形成氢键,因而具有更好的抑制效果。本研究简化了从猪肾脏中制备DPP-IV的步骤,可快速为探究DPP-IV抑制肽提供目标酶。酶法制备牡蛎DPP-IV抑制肽及其作用机制的研究,为以牡蛎为原料的海洋功能性食品的开发利用提供了理论基础。
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