技术应用 | 多肽组学技术在工业领域的应用

多肽组学（Piptidomics）这个术语产生于1996年，是对分子量小于10000的蛋白质（多肽）的全面分析，可以说是蛋白质组学的一部分。多肽组学是以机体内源性多肽和低分子量蛋白质为研究对象，研究多肽组的结构、功能、变化规律及其相关关系。多肽组学和蛋白质组学都是基因组学的补充，多肽可以体现不同生理病理条件下蛋白的合成、加工和降解过程，同时对基因的表达、物质代谢等过程又有调节作用，因此多肽组学被认为是连接蛋白组学和代谢组学的"桥梁"。

 

在不断寻找能够改善和维持健康状态并防止慢性变性疾病发作的健康化合物的过程中，生物活性肽代表了这一类相关的分子。多肽可以作为天然成分存在于食物中，也可以通过母体蛋白质的化学或酶水解产生。多肽参与人体的许多生理功能，如胃肠、心血管、免疫、内分泌和神经系统。

 

许多研究证明，各种动物和植物基质含有生物活性肽，它们的日常食用与降低患慢性疾病的风险有关。特别是，牛奶和乳制品被认为是多肽的最重要来源，能够调节生理和代谢功能，从而对人类健康产生有益影响。与蛋白质相比，多肽代表了更高生物利用度的(必需)氨基酸形式，并且可以发挥多种促进健康的作用，包括矿物质转运、免疫调节、抗高血压、抗菌和抗氧化活性。

 

乳酸菌的蛋白水解活性概述，在食品发酵过程中将肉类、乳制品和植物来源的蛋白转换为生物活性肽：


Current Opinion in Food Science 2021 06;（51-59）

多肽是生物体内天然存在的生物活性物质，迄今在生物体内发现的已有上万种，作为激素、神经递质、细胞生长因子等信号分子参与体内众多生理功能。作为药物也已超过70年，多肽药物包含用于疾病预防、诊断和治疗的多肽或其修饰物，越来越多的多肽药物被开发并应用于临床，已广泛应用于肿瘤、肝炎、糖尿病等疾病的预防、诊断和治疗。

 

多肽药物主要来源于内源性多肽或其他外源性多肽。内源性多肽是人体固有的内生性多肽，包括脑啡肽、胸腺肽、胰脏多肽等。外源性多肽包括蛇毒、唾液酸、蜂毒、蛙毒、蝎毒、水蛭素和苍蝇分泌的杀菌肽等。随着现代生物科技的发展，已经可以通过计算机技术进行分子设计与筛选、最后人工合成某些活性多肽。

 

多肽药物发现策略，可以识别大量多肽序列，通过合成或是重组技术获得，并能够针对治疗靶点进行筛选：

Nat Rev Drug Discov 2021 04;20(4)


 

多肽组学技术流程

 

多肽组学技术优势
 

• 高效：提高提取样本内源性多肽效率;

• 高通量：同时对多个样本的内源性多肽进行研究；

• 高特异性：非抗体依赖，不存在抗体的交叉反应；

• 定性定量：实现内源性多肽的定性，定量分析;

• 破坏度小：保证提取多肽的天然性；

• 高灵敏度：利用高灵敏度、高分辨率质谱平台进行检测。

案例赏析

1.乳制品研究方向

 

Peptidome profiles and bioactivity elucidation of buffalo-milk dairy products after gastrointestinal digestion

水牛乳制品胃肠消化后的多肽和生物活性分析

发表期刊：Food Research International

影响因子：IF=4.972

 

研究背景：

世界牛奶产量在过去几十年翻了一番，水牛在过去几年中提供了世界牛奶总产量的约13%(国际乳制品联合会，2014年)，年增长率约为3%。与牛奶相比，水牛奶的总固体、脂肪(7-8%)和蛋白质(4.2-4.5%)含量更高(平均脂肪和蛋白质含量分别为3.9%和3.2%)。水牛奶也比牛奶含有更少的胆固醇、更多的生育酚和维生素A。目前许多研究集中在从单一水牛蛋白质中释放的多肽上，从未对水牛奶商业乳制品进行过全面研究。本文作者进行水牛奶乳制品的多肽组学研究。对六种水牛乳制品（Grana, Ice Cream, Mozzarella, Ricotta, Scamorza ,Yoghurt）进行了体外模拟胃肠消化。分离的多肽消化物通过高分辨率质谱进行表征并进行特异性的生物活性评估。此研究可以推动制药部门发现新的活性化合物，并推动乳制品行业利用水牛奶作为功能性基质来实现增强健康的产品。

 

研究结果：

多肽的分子量统计


六种牛奶制品胃肠消化后多肽的生物活性

2.生物医药方向

 

Exploiting the human peptidome for novel antimicrobial and anticancer agents

抗微生物和抗癌多肽的开发

发表期刊：Bioorganic & Medicinal Chemistry

影响因子：IF=3.073

 

研究背景：

传染病和癌症是引起死亡的主要原因，对公共卫生构成重大挑战。固有的免疫防御机制保护我们免受病原体入侵和恶性肿瘤的发展。抗微生物药物的耐药性正在增加，目前大多数癌症治疗是针对所有增殖细胞，并伴有严重的副作用。因此，非常需要开发针对传染病和肿瘤发展的治疗方案。人体内含有抗微生物肽(AMPs)，代表抵御入侵微生物的第一道防线。其他内源性肽和小蛋白质，如防御素、细胞因子和趋化因子，协调先天免疫和适应性免疫，并调节肿瘤细胞的增殖和扩散。内源性多肽在天然抗微生物免疫和调节癌细胞存活、增殖和迁移中起关键作用。因此，它们对于许多生理和病理过程是重要的，对于药物开发具有广阔的前景。系统地开发多肽以获得新的抗菌、抗病毒和抗癌肽，将有助于发现新的活性和功能，并提高我们对抗病毒和细菌入侵的第一道先天性免疫机制的理解。这些多肽为抗癌和抗微生物治疗带来了巨大的希望，越来越多的肽化合物正在进入临床试验。迄今为止，已有60多种美国食品和药物管理局批准的肽上市，预计这一数字将在此后大幅增长，目前有140种候选肽药物正在临床试验中。针对AMPs和ACPs的人类肽体的系统和全面分析应该会进一步推动新型多肽疗法的发展。

 

从体液或组织匀浆样本中获得多肽：

 

3.疾病标志物研究方向

 

Bioinformatic Analysis of the Wound Peptidome Reveals Potential Biomarkers and Antimicrobial Peptides

伤口的多肽生物标志物和抗微生物肽研究

发表期刊：Frontiers in Immunology

影响因子：IF=5.085

 

研究背景：

感染和愈合缓慢的伤口会增加医疗保健行业的成本。改进诊断工具，实现感染的早期预防，将为患者个人和社会带来巨大利益。作者开发了一种多肽组学方法，用于表征创伤液中的内源性多肽。这项工作定义了一个人体伤口液的多肽工作流程，对多肽的定性分析表明个体患者样本之间具有明显的差异，这种数据集可以作为伤口愈合期间评估感染和炎症的潜在生物标志物。作者专注于建立算法来寻找潜在的生物标志物，这些生物标志物可用于未来的临床研究。在本研究中，作者应用生物信息学方法来研究质谱生成的关于急性伤口液体、非感染伤口和感染金黄色葡萄球菌的伤口的多肽数据并利用Python的算法建立和验证研究多肽的工作流程，为关于创伤环境的研究提供了新的视野。

 

技术路线：

研究结果：

组内和组间多肽差异以及蛋白质底物分布的差异


感染样本中抗菌活性增加

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