在胶原蛋白肽的热处理过程中，生成具有增强抗光老化作用的环状肽

《Food Chemistry》：Generation of cyclic peptides with improved anti-Photoaging activity during the thermal processing of collagen peptides

　　

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  热处理会改变胶原蛋白水解物的肽组成及其对MMP-1的抑制率。
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  热处理产生的环状二肽能提高MMP-1的抑制率。
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  环状二肽的MMP-1抑制率高于其线性形式。
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  环状二肽对UVA损伤的成纤维细胞具有抗光老化作用。

引言

皮肤结构完整性的核心是胶原蛋白，这种纤维蛋白占皮肤干重的70%以上（Kim等人，2016年）。内源性胶原蛋白的生物合成主要发生在真皮成纤维细胞中，在那里氨基酸组装成Gly-Pro-X或Gly-X-Hyp的特征性重复序列（Chae等人，2021年）。皮肤老化是一个多因素的生理过程，由内在的年龄增长和外部环境压力引起。紫外线（UV）辐射是主要的外部因素，导致约80%的面部光老化症状，包括皱纹、皮肤松弛和色素沉着（Ma等人，2025年）。UV辐射激活基质金属蛋白酶（MMPs），产生活性氧（ROS），并抑制TGF-beta/Smad信号通路，导致胶原蛋白断裂和纤维排列变平（Cao等人，2022年）。

胶原蛋白水解物中的胶原蛋白寡肽（2–3个氨基酸）因其优异的生物利用度而成为有希望的抗光老化剂。Yang等人（2024年）研究了含有不同浓度Gly-Pro-Xaa三肽的胶原蛋白水解物对小鼠紫外线诱导的光老化的保护作用，并确定Gly-Pro-Hyp是一种来自胶原蛋白的有效抗光老化肽。Sun等人（2018年）从罗非鱼皮肤明胶水解物中分离并鉴定了三种能够显著抑制基质金属蛋白酶-1（MMP-1）活性的肽。口服给予银鱼皮肤来源的胶原蛋白水解物（CHs）可恢复正常紫外线损伤的小鼠皮肤结构，高抗氧化性的CHs比茶多酚和酪蛋白肽更有效（Song等人，2017年）。当前的研究重点在于胶原蛋白肽的活性和功能。然而，生物活性肽在加工过程中的稳定性极大地限制了它们在功能性食品和药品中的应用。因此，评估肽的稳定性是基于肽的产品研发中的关键步骤。

在不同的加工和储存条件下，肽的稳定性可能会受到影响（Manning等人，2010年）。pH值的变化会导致氨基酸残基的电离状态改变，从而改变肽的整体电荷和构象（Martins等人，2011年）。在极端pH值（酸性或碱性）下，生物活性肽的稳定性可能会受到影响（Budka等人，2024年）。肽可以通过共价键、疏水相互作用或非共价键相互作用而聚集（Zapadka等人，2017年），形成更大的聚集分子。随着聚集的进行，肽的溶解度降低，导致沉淀（Powell等人，1991年）。此外，温度也是影响胶原蛋白肽稳定性的关键因素。随着环境温度的升高，胶原蛋白肽分子的热运动加剧。这首先破坏了弱的分子间相互作用，进而导致肽链构象的松弛和展开（Miles & Bailey，2004年）。如果温度继续超过临界阈值，可能会导致肽链的降解或聚集，最终破坏其天然结构（Al-Shaer & Forde，2025年）。值得注意的是，在食品加工过程中的加热和发酵过程中，肽和蛋白质可以形成环状二肽。Taga等人（Taga等人，2017年）的研究表明，X-Hyp-Gly在加热过程中可以很容易地转化为含Hyp的环状二肽，这些环状肽具有更高的口服生物利用度。酸性环境可以进一步加速这种环化过程。羧酸催化肽链的分子内氨解，这在富含Gly和Pro的胶原蛋白序列中尤为明显（Bak-Sypien等人，2024年）。环状肽由于其结构优势而具有优异的生物活性。环化增强了构象的刚性，优化了对目标分子的结合亲和力（Brandstetter等人，2001年）。它们刚性的核心将氨基酸残基限制在受限或适应性灵活的构象中，模仿了生物学上有利的肽结构（Giessen & Marahiel，2015年）。此外，环化改善了关键残基的空间排列，同时刚性的骨架允许多功能团的同时呈现。这些特性使得它们能够与多种受体和酶高亲和力结合，并具有多种生物活性（Patel等人，2020年）。一些环状二肽已被证明具有抗光老化和抗氧化生物活性（Takaya等人，2007年）。然而，大多数通过热处理产生的胶原蛋白衍生的环状肽的生物功能尚不清楚。

环状二肽（2,5-二酮哌嗪，DKPs）是最小的环状肽化合物类别，通过两个氨基酸的α-氨基和α-羧基的头对尾缩合形成（Borthwick & Da Costa，2017年）。环状二肽刚性的闭合六元环结构赋予了它们独特的物理化学性质和生物功能，这些性质与线性肽不同。这使它们成为天然生物活性物质和药物开发领域的研究热点。研究表明，包括环状(AO)和环状(FO)在内的胶原蛋白衍生的环状肽可以有效抑制UVB诱导的表皮角质形成细胞中的活性氧（ROS）积累。这些化合物还下调了基质金属蛋白酶的表达，并抑制了IV型胶原蛋白的降解（Kumazawa等人，2025年）。Dong等人（2025年）研究了从食品明胶消化中获得的12种含Pro/Hyp的胶原蛋白环状二肽。环状(AO)和环状(LO)通过结合Keap1蛋白激活Nrf2抗氧化通路，从而减轻了由谷氨酸和H?O?引起的神经元损伤；它们的保护活性是相应线性肽的2.5到3.7倍。环状(GP)是一种典型的与胶原蛋白相关的环状肽。它可以通过调节胰岛素样生长因子-1（IGF-1）的稳态来增强中枢神经系统中的神经保护和营养功能（Hu等人，2024年）。环状胶原蛋白肽可能比其线性对应物具有更优越的生物活性，这主要归因于它们独特的构象特征（Tang & Luk，2021年）。环状肽的刚性核心限制了氨基酸残基的构象或保持了适当的灵活性，从而模仿了线性肽的主要生物活性构象（Giessen & Marahiel，2015年）。这种结构特点赋予环状肽在预测含有多个氢键供体和受体的大分子肽的物理化学性质方面的独特优势。同时，环状肽具有多种修饰位点，可以进行多种官能团的功能化，从而与多种受体和酶高亲和力结合，并表现出广泛的生物活性（Borthwick，2012年）。然而，很少有研究系统地探讨了关键加工因素（如pH值和热处理）对从胶原蛋白中高效生成环状肽的影响。生成的环状肽的抗光老化活性也没有得到全面评估。

在这项研究中，我们旨在深入探讨在不同条件下胶原蛋白肽的热处理过程中的结构变化，因为这些变化可能会影响它们的抗光老化活性。具体来说，我们评估了在不同pH值下热处理过程中胶原蛋白肽的外观、MMP-1抑制活性和肽谱的变化。此外，还研究了生成的环状肽的抗光老化活性，包括MMP-1抑制活性以及对人类包皮成纤维细胞（HFF）的保护作用。还进行了分子对接实验，以揭示生成的环状肽增强的MMP-1抑制活性。

章节摘录

材料

胰蛋白酶和胎牛血清（FBS）从Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）购买。Hyp-Gly、Pro-Hyp和Gly-Pro-Hyp（纯度≥95%）从Bachem（瑞士布伦登多夫）购买。其他肽（纯度≥95%）从Synpeptide有限公司（中国上海）购买。重组人MMP-1在HEK293细胞中表达，从Sino Biological（北京中国）购买。MMP-1荧光底物（序列：Mca-Lys-Pro-Leu-Gly-Leu-Dap(Dnp)-Ala-Arg-NH₂

不同pH下热处理对胶原蛋白水解物外观和分子量分布的影响

胶原蛋白肽具有多种生物活性（Wang等人，2023年；Xu等人，2024年；Yang等人，2025年），特别是含有脯氨酸和羟脯氨酸的二肽和三肽。在这项研究中，使用了富含含Hyp短肽和GPX型三肽的胶原蛋白水解物（CHs）来评估其热稳定性。表S1列出了前20种小分子胶原蛋白肽及其相应的峰值面积。CHs经历了加热处理

结论

本研究调查了pH为4、7和9时胶原蛋白水解物的热稳定性，并鉴定出在热处理过程中产生的具有抗光老化潜力的生物活性环状肽。热处理使CHs在碱性条件下变得浑浊。同时，热处理显著增强了反应样品的MMP-1抑制活性。质谱分析显示含Hyp的二肽和三肽的数量减少，而环状肽的数量增加。

CRediT作者贡献声明

Wenxin Li：撰写——原始草案、可视化、验证、方法学、研究、数据分析、概念化。Danyin Yang：撰写——审阅与编辑、方法学、概念化。Lin Zheng：撰写——审阅与编辑、项目管理、方法学、概念化。Mouming Zhao：撰写——审阅与编辑、监督、概念化。

资助

本工作得到了
中国国家重点研发计划（2024YFF1106000）的支持。

未引用参考文献

Qiuming, Jian, Xiao和Yongliang, 2018

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了
中国国家重点研发计划（2024YFF1106000）的支持。

Wenxin Li|Danyin Yang|Lin Zheng|Mouming Zhao