研究简介

2025年，上海市农业科学院食用菌研究所联合上海理工大学健康科学与工程学院的科研团队，在未来食品期刊《Journal of Future Foods》发表了一篇题为“A screening strategy for bioactive peptides from enzymolysis extracts of Lentimula edodes based on molecular docking and molecular dynamics simulation”的研究性论文。该团队通过生物信息学分析、分子对接与分子动力学模拟等技术，从香菇（Lentimula edodes）酶解提取物中快速筛选出具有抑制ACE（血管紧张素转换酶）和抑制DPP-IV（二肽基肽酶-IV）的多功能生物活性风味肽，并进一步通过体外实验验证其生物活性。该研究最终筛选出两种具有显著抑制活性的肽段（DAPLPHPNR 和 GSEDPLPGAK），并证实其同时具备抗氧化能力，为食用菌源多功能活性肽的开发提供了高效筛选方法与理论依据。

研究背景

高血压和糖尿病是全球高发的慢性代谢性疾病，ACE和DPP-IV分别是其关键调控靶点。ACE通过催化血管紧张素I转化为升压的血管紧张素II并降解具有血管舒张作用的缓激肽，从而导致血压升高；DPP-IV则通过降解肠促胰岛素（如GLP-1和GIP等），影响血糖稳定。因此，抑制这两种酶的活性已成为防治高血压和糖尿病的重要策略。

与传统化学合成药物相比，天然来源的活性肽因其安全性高、副作用小，成为研究热点。食用菌中的香菇，富含蛋白质和风味前体物质，是生物活性肽的优质来源。此外，风味肽（分子量 < 3000 Da）不仅具备调味功能，还具有多种生物活性，具有广阔的开发前景。然而，传统的分离纯化方法耗时耗力。近年来，计算机虚拟筛选（in silico screening）已成为快速、低成本发现活性肽的有效手段，它通过预测肽段的生物活性、毒性、致敏性等特性，大幅提高了筛选效率。

核心内容

本研究的核心工作流程包括“虚拟筛选”、“机制探究”、“模拟验证”和“体外验证”四个主要部分（图1）。

图1 核心工作流程（封面图）

1. 虚拟筛选与多维度评价

该研究团队从前期构建的272个香菇酶解风味肽数据库出发，通过PeptideRanker算法，筛选出95个生物活性评分>0.5的肽段。同时，利用BIOPEP-UWM数据库，靶向活性预测ACE与DPP-IV抑制活性，得到50个潜在活性肽。进一步，采用ToxinPred（毒性预测）、AllerTOP v.2.0（致敏性预测）、Innovagen（溶解度预测）和Expasy ProtParam（稳定性预测）等工具，最终选出15个非毒性、非致敏、具有良好水溶性和稳定性的潜在生物活性肽，包括7-13个氨基酸的不同长度肽段(表1）。

表1 15种潜在生物活性肽与ACE和DPP-IV受体的分子对接结合能

2. 分子对接与相互作用机制分析

研究人员使用MOE 2019软件对15个肽段与ACE（PDB: 1O86）和DPP-IV（PDB: 1X70）的晶体结构进行分子对接。结果显示：所有肽段均能进入靶酶的结合口袋。其中，DAPLPHPNR和GSEDPLPGAK与两种靶酶的结合能最低（ACE:-15.468和-15.207kcal/mol;DPP-IV:-11.013 和-11.579 kcal/mol），预示其抑制活性最强。进而，分子对接揭示了与肽段结合的关键氨基酸残基，ACE主要为Glu403，Glu411，Arg124，His387；DPP-IV主要为Glu206，Arg125，Lys554，Asp545，Arg560(图2）。此外，还发现了氢键和静电相互作用是其主要的结合力形式(图3）。

图2 （A，B）ACE和DPP-IV受体的3D表面结构；（C，D）15种潜在生物活性肽与ACE和DPP-IV受体的对接和重叠结果

图3 两个肽（DAPLPHPNr，GSEDPLPGAK）与ACE和DPP-IV受体的氨基酸位点之间的3D和2D配体相互作用

(A) DAPLPHPNr-ACE; (b) GSEDPLPGAK-ACE; (C) DAPLPHPNr-DPP-IV; (D) GSEDPLPGAK-DPP-IV

3. 分子动力学模拟验证结合稳定性

研究人员接着对上述两种肽与受体的复合物进行50 ns的分子动力学（MD）模拟，结果显示：①复合物在5ns后趋于稳定；②DAPLPHPNR-ACE复合物波动最小，结构最稳定；③GSEDPLPGAK-ACE结构最紧凑，平均氢键数最多（9个），结合最稳定（图4）。

图4 在50纳秒内，两个潜在生物活性肽与ACE和DPP-IV受体的分子动力学相互作用

(A) RMSD；(B) RMSF；(C) Rg curves；(D) H-bond number of the peptide-receptor complexes

4. 肽段合成与体外活性验证

通过固相合成法合成DAPLPHPNR和GSEDPLPGAK两种肽，纯度>98%，并结合实验发现：在风味特性上，电子舌与感官评价显示两者均具明显鲜味和咸味，GSEDPLPGAK因含更多谷氨酸和天冬氨酸而鲜味更突出。在抑制ACE活性方面，DAPLPHPNR的IC₅₀为0.08 mg/mL，GSEDPLPGAK为0.61 mg/mL；而在抑制DPP-IV活性方面，DAPLPHPNR的IC₅₀为0.89 mg/mL，GSEDPLPGAK为1.32 mg/mL，表明均具很强的抑制能力（表2）。不仅如此，两种肽均具备抗氧化能力，前者DAPLPHPNR的抗氧化能力更强（IC₅₀: DPPH 0.36 mg/mL, ABTS⁺ 0.16 mg/mL）（图5）。

表2  DAPLPHPNr和GSEDPLPGAK在体外对ACE和DPP-IV抑制活性的测定

图5 (A) DPPH和(B) AbtS自由基清除曲线的两种生物活性肽

研究结论

本研究成功建立了一套整合生物信息学、分子对接、分子动力学模拟与体外验证的高效筛选方法，从香菇酶解风味肽中筛选出两种具有显著抑制ACE、DPP-IV活性和抗氧化能力的多功能肽：DAPLPHPNR和GSEDPLPGAK。分子对接与动力学模拟揭示了其与靶酶的关键相互作用位点与结合机制，体外实验进一步证实其生物活性。该方法不仅适用于食用菌活性肽的发掘，也为其他食品源生物活性肽的高通量筛选提供了可行路径，具有重要的理论价值与应用前景。同时，也为开发用于预防和辅助治疗高血压、糖尿病的功能性食品或配料奠定了坚实的理论基础。

文章链接：http://doi.org/10.1016/j.jfutfo.2024.07.017.