大豆源鲜味肽的计算机辅助筛选及其与T1R1/T1R3受体的互作机制解析

本研究通过计算机辅助技术，针对大豆蛋白源鲜味肽筛选难题，整合虚拟酶解、深度学习预测（WLN/HGNN5/AttentiveFP/GraphSAGE）与分子对接技术，成功鉴定出DSWPSL、SHHPR等4种新型鲜味肽。结合电子舌与感官评价验证其活性，并通过分子动力学模拟揭示其与T1R1/T1R3受体的电荷相互作用机制，为天然鲜味增强剂开发提供新策略。

　　

鲜味作为人类五大基本味觉之一，在食品工业和营养健康领域具有重要地位。传统鲜味物质如谷氨酸钠虽广泛应用，但存在健康争议，而天然鲜味肽因其安全性和潜在生物活性成为研究热点。然而，鲜味肽的筛选面临实验周期长、成本高等挑战，且其与鲜味受体T1R1/T1R3的互作机制尚未完全阐明。

针对这些问题，吉林大学的研究团队在《Food Chemistry: X》发表了一项创新研究。该研究采用多阶段计算策略，首先通过虚拟酶解大豆蛋白获得629种寡肽，经生物活性、溶解度和溶血性预测筛选出43种候选肽。随后利用四种深度学习模型预测鲜味特性，结合分子对接锁定DSWPSL、SHHPR等4种高结合活性肽段。通过电子舌和感官评价验证其鲜味强度，最终采用200纳秒分子动力学模拟揭示其与T1R1/T1R3的电荷-电荷主导相互作用机制。

关键技术包括：1）基于ExPASy PeptideCutter的虚拟酶解技术；2）PeptideRanker和ADMET Lab 2.0的生物活性与毒性预测；3）四种图神经网络（GNN）的鲜味特性预测；4）AutoDock Vina分子对接；5）AMBER 22的分子动力学（MD）模拟；6）SA402B电子舌系统与人工感官评价相结合的双重验证体系。

研究结果部分：
3.1 虚拟肽段筛选
通过虚拟酶解获得629种肽段，经多轮筛选得到17种潜在鲜味肽，其中DSWPSL和SHHPR的水溶性达90%以上，溶血风险低于1%。

3.2 潜在鲜味肽筛选
分子对接显示DSWPSL与T1R3结合能达-9.7 kcal/mol，关键作用残基为Glu301和Asp307，验证了电荷互补的重要性。

3.3 电子舌分析与感官评价
虽然电子舌未直接检测到鲜味信号，但感官评价确认SHHPR鲜味强度最高（评分3.8/5），且苦味最低，凸显其在食品应用的潜力。

3.4 肽段与受体的互作机制
MD模拟发现T1R3的NA1区域（含Asp190/Glu301）是主要结合位点。SHHPR因C端精氨酸深入NA1区，其与T1R3的结合自由能（-33.47 kcal/mol）显著强于T1R1。

4.1 T1R1/T1R3单体与异源二聚体研究对比
独立研究表明T1R3在鲜味感知中起主导作用，其结合能排序与感官实验结果吻合度更高。

4.2 强结合能与弱鲜味感知的矛盾解析
发现DSWPSL因色氨酸侧链空间位阻无法有效进入T1R3的NA1区，尽管结合能强但鲜味感知较弱，揭示构象匹配度的重要性。

研究结论指出，该工作不仅建立了"计算预测-实验验证"的鲜味肽高效筛选范式，还首次系统比较了T1R1/T1R3单体的结合特性差异。发现T1R3的深腔结构更易与含正电荷肽段产生强静电作用，而N端大体积疏水基团会阻碍有效结合。这些发现为理性设计低苦味、高鲜活性的植物基调味品提供了分子基础，同时展示了人工智能与食品风味研究的深度融合前景。