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这篇综述聚焦半胱氨酸蛋白酶，阐述了面筋（gluten）相关疾病，介绍其可通过分解面筋肽键降低免疫原性。还探讨了在食品加工和医药领域的应用，分析了优势与局限，为相关研究和应用提供了全面参考。
1. 引言
1.1 面筋的重要性
1745 年，博洛尼亚大学化学教授雅各布?贝卡里发表了关于小麦面筋的科学研究。小麦面粉中的面筋蛋白复合物，使其具有独特的烘焙特性，能制作出多种食品。面筋主要由聚合麦谷蛋白和单体麦醇溶蛋白组成，通过二硫键形成复合物，其中半胱氨酸对其结构和功能至关重要。此外，面筋还存在于酱油、醋等多种食品成分中。
1.2 面筋相关疾病概述
尽管面筋本身无危害，但会对部分人产生负面影响，引发多种疾病，如非乳糜泻性面筋过敏、乳糜泻（CeD）等。乳糜泻患者体内，HLA-DQ2 或 HLA-DQ8 会将抵抗胃肠道消化的面筋肽呈递给肠道黏膜中的面筋特异性 T 淋巴细胞，引发免疫反应。
1.3 酶在面筋相关疾病中的作用
水解酶（proteases）能催化肽键水解，在生物过程中起关键作用。半胱氨酸蛋白酶因其活性位点含半胱氨酸 - 硫醇基团，成为研究重点。食品级蛋白酶可辅助缓解面筋摄入问题，其中木瓜蛋白酶和组织蛋白酶是常见的半胱氨酸蛋白酶家族。本文旨在综述面筋结构、特性及对半胱氨酸蛋白酶在降低面筋相关疾病方面的研究。
2. 面筋的结构
谷物中含有不可消化的肽，能刺激免疫系统，其中面筋占小麦面粉的 90%。面筋包含醇溶蛋白（gliadin）和麦谷蛋白（glutenin），醇溶蛋白可溶于酒精，麦谷蛋白不溶。其他含面筋的谷物有大麦、黑麦等。面筋蛋白富含谷氨酰胺和脯氨酸，属于醇溶蛋白，其亚基分为富含硫（S-rich）、贫硫（S-poor）和高分子量（HMW）三类，半胱氨酸残基对其三维结构形成至关重要。
2.1 醇溶蛋白
大多数醇溶蛋白是 30 - 40kDa 的单体，根据凝胶电泳迁移率分为 α -、β -、γ -、ω - 醇溶蛋白。它们富含脯氨酸和谷氨酰胺，无链间二硫键，与麦谷蛋白相互作用，影响面筋的流变学特性，起到 “增塑剂” 作用，增强面团的延展性和粘性流动。
2.2 麦谷蛋白
麦谷蛋白聚合物约占谷物胚乳总蛋白的 45%，由通过分子间二硫键连接的单个多肽组成，可分为可溶性和不溶性部分。其分子量较大，含有高浓度的脯氨酸和谷氨酰胺，与醇溶蛋白氨基酸组成相似，分为高分子量（75 - 120kDa）和低分子量（30 - 74kDa）亚基。
3. 面筋对健康的影响
面筋可引发面筋过敏、乳糜泻和非乳糜泻性面筋敏感（NCGS）等疾病。
3.1 乳糜泻
乳糜泻是一种先天性疾病，面筋蛋白会引发免疫毒性，导致小肠绒毛受损，影响营养吸收，进而引发多种健康问题。其诊断依据特定血清学检测和十二指肠活检。乳糜泻和 NCGS 的发病率呈上升趋势，且 NCGS 缺乏明确诊断测试，病因不明。
3.2 疱疹样皮炎（DH）
疱疹样皮炎是一种由面筋敏感性引起的复发性皮肤病，表现为瘙痒性丘疹、水疱等。它被视为乳糜泻的肠外症状，与乳糜泻在病理生理上有许多相似之处，都与 HLA - DQ2 和 DQ8 单倍型密切相关。
3.3 共济失调
共济失调是一组神经系统症状，面筋共济失调是一种小脑共济失调，由摄入面筋后产生的抗体错误攻击大脑部分区域引起，临床症状与其他共济失调相似。免疫介导的小脑损伤是其重要病因之一。
3.4 过敏
小麦过敏分为 IgE 介导和非 IgE 介导的反应。IgE 介导的小麦过敏可由食用或吸入小麦颗粒引发，症状因患者年龄而异。目前针对小麦依赖运动诱发的过敏反应（WDEIA），尚无免疫疗法或预防措施。
4. 避免或治疗面筋对健康影响的方法和注意事项
目前，无麸质饮食是管理乳糜泻的基础，但该饮食存在营养不均衡问题。益生菌可辅助改善肠道健康，但对麸质耐受性的影响因人而异，不能预防乳糜泻的自身免疫反应。营养补充剂可用于补充部分营养素缺乏，药物如抗组胺药、肾上腺素可缓解严重过敏反应症状，蛋白酶可在食用麸质前后降解麸质。
5. 半胱氨酸蛋白酶
半胱氨酸蛋白酶是人体中常见的蛋白酶，与丝氨酸蛋白酶一样，属于一大类酶。组织蛋白酶是其常见家族，分为 11 种，主要位于溶酶体，参与细胞凋亡、自噬和蛋白质分解等过程，与多种疾病相关，可作为药物靶点。
6. 半胱氨酸蛋白酶的分类
6.1 木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶
木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶是一个庞大多样的超家族，包括木瓜蛋白酶等。木瓜蛋白酶从木瓜植物中提取，可用于软化生肉，该类酶还包括内肽酶、二肽酶等，能切割多种蛋白质中的酰胺基团，在多种生理过程中发挥作用。
6.2 组织蛋白酶
组织蛋白酶是控制多种生理功能的蛋白酶，主要位于溶酶体和内体，在 MHC II 类介导的免疫反应和蛋白质降解中起关键作用。人体基因组编码 11 种组织蛋白酶，它们的特异性有重叠，且在细胞质、细胞核和细胞外空间都有分布，与炎症、癌症等疾病相关。
6.3 半胱天冬酶
半胱天冬酶（caspases）是细胞内半胱氨酸蛋白酶，在细胞凋亡过程中起关键作用，可分为起始半胱天冬酶和效应半胱天冬酶，能特异性识别底物并在天冬氨酸残基处切割。
6.4 钙蛋白酶
小麦属物种提取物可增强抗钙蛋白酶作用，不同小麦品种提取物对钙蛋白酶活性的抑制作用存在差异，可能与其中的生物活性酚类物质有关，如黄酮类化合物具有抗氧化和抑制钙蛋白酶的作用。
6.5 豆荚酶
豆荚酶（legumain）是一种内溶酶体半胱氨酸蛋白酶，在多个器官中广泛表达，最初在豆类中发现。它以酶原形式表达，在植物中参与多种细胞过程，如防御肽和蛋白质成熟、种子萌发相关的蛋白质分解等。
8. 半胱氨酸蛋白酶的来源及其作为抗面筋的治疗应用
8.1 植物来源
小麦中的 Triticain - α 是治疗乳糜泻的潜在酶疗法，它具有面筋酶活性，能有效切割面筋产生的主要有害肽，且对胃蛋白酶介导的蛋白水解有抗性，可口服使用。菠萝蛋白酶（bromelain）和无花果蛋白酶（ficin）可降解醇溶蛋白产生的危险肽段，其降解产物无危害且无免疫原性，有助于降低面筋对人体的病理损害。从发芽大麦中纯化的半胱氨酸肽酶 EP - B2 可用于治疗乳糜泻，其重组酶已完成 II 期临床试验，可与其他酶协同消除面筋。
8.2 微生物来源
从大麦种子中分离的谷氨酰胺特异性半胱氨酸内肽酶（EP - B2），其口服剂量可减少面筋敏感猕猴的临床复发。由 Sphingomonas capsulata 的脯氨酰内肽酶（PEP）和大麦来源的面筋酶 EP - B2 组成的 ALV003，在临床试验中可有效减少面筋诱导的黏膜损伤，减轻症状。PEP 可特异性靶向面筋中富含脯氨酸的部分，不同来源的 PEP 对特定底物的降解能力不同，可与其他酶协同降解面筋。一些细菌肽酶可水解面筋消化产生的富含脯氨酸的肽段，但因其在酸性环境中不稳定，应用受限。Aspergillus niger 的 PEP（AN - PEP）对醇溶蛋白的水解效果好，能将面筋转化为非免疫原性肽，且对胃蛋白酶降解有抗性，在酸性环境中稳定。
9. 半胱氨酸蛋白酶在食品加工行业的应用
9.1 降低食物蛋白过敏
适当的蛋白水解可降低面筋的致敏性，但需谨慎选择酶和控制水解程度，否则可能增加蛋白的致敏反应。多种酶单独或组合使用可降解面筋的免疫毒性表位，如 Aspergillus niger 的 aspergillopepsin（ASP）和 Aspergillus oryzae 的二肽基肽酶 IV（DPPIV）组合，以及顺序酶解等方法可有效降低面筋致敏性。
9.2 调节食品的技术功能特性
蛋白质的理化特性决定其在食品中的功能，蛋白水解可改变蛋白质的分子量、离子化基团数量和疏水性，从而调节食品的技术功能特性，如溶解性、起泡性、乳化性等。但水解过程也会影响食品的风味，需要综合考虑。
9.2.1 乳制品行业
乳制品行业使用多种微生物酶，半胱氨酸蛋白酶如 zingibain、ficin、bromelain 和 papain 等在牛奶凝固方面可替代凝乳酶，且具有良好的可持续性。乳酸菌的蛋白酶有助于牛奶发酵，改善风味，zingibain 还能提高乳制品的固体质量，且不产生异味。
9.2.2 烘焙行业
半胱氨酸蛋白酶在烘焙行业的应用有限，使用时需控制剂量，以避免过度降解面筋影响面团的一致性。papain 和 bromelain 可用于增加面包体积、降低蛋白质浓度。
9.2.3 肉类嫩化剂
肉类的嫩度是重要的感官特征，actinidin、cucumin、ficin、bromelain 和 papain 等半胱氨酸蛋白酶是常用的肉类嫩化剂。其中 actinidin 在高 pH 下更稳定，成本较低，应用较为广泛。
9.2.4 饮料澄清剂
papain 等半胱氨酸蛋白酶可用于啤酒、葡萄酒和果汁等饮料的澄清，去除不需要的蛋白质、凝固颗粒和泡沫，提高饮料的透明度和稳定性。
10. 使用半胱氨酸蛋白酶的优势和局限性
半胱氨酸蛋白酶在食品加工中具有节能、选择性高、易灭活、可重复使用、污染小等优点。但也存在一些局限性，如过度水解会导致食物质地变差、风味改变，部分植物来源的半胱氨酸蛋白酶可能引起过敏，蛋白酶处理可能影响食品中蛋白质的功能特性，且使用时需严格控制条件，增加了生产成本和复杂性。此外，酶的稳定性也是一个挑战，不过新兴技术如短环工程、DNA - 酶纳米结构和自动化体内酶工程等正在解决这一问题。
11. 未来方向和研究需求
未来对半胱氨酸蛋白酶作为抗面筋剂的研究应聚焦于优化酶的特异性和活性，通过结构和机制研究寻找或改造对半胱氨酸蛋白酶，使其对免疫原性面筋肽具有更好的选择性，同时提高其在胃肠道环境中的稳定性。还需开发能抵抗胃酸、完整到达小肠的口服酶制剂，研究半胱氨酸蛋白酶与其他蛋白酶的协同作用，以及开展临床试验评估其长期效果、安全性和有效性。
12. 结论
目前市场上面筋相关产品存在技术和口感问题，生物方法在降低面筋免疫毒性方面的研究正在进行。半胱氨酸蛋白酶在减少食品中面筋活性方面发挥着重要作用，但仍需进一步研究，特别是在酶处理的小麦麸皮和淀粉用于无麸质发酵食品方面，以满足更广泛消费者的需求。
