结合LC-MS/MS与分子动力学方法，揭示了银鳕鱼骨来源的胶原衍生肽的钙结合行为

《International Journal of Biological Macromolecules》：Integrated LC-MS/MS and molecular dynamics approach reveals calcium-binding behavior of collagen-derived peptides from silver sillago bone

　　

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  利用银西拉鱼骨制备富含生物活性肽的生物钙。
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  鉴定出的三种主要钙结合肽为SW4、SW16和SW17。
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  分子动力学分析显示钙离子与肽之间的相互作用稳定在0.35纳米以内。
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  通过液相色谱-串联质谱与分子动力学模拟相结合的方法，阐明了肽与钙离子的结合机制。

引言

钙对于肌肉收缩、神经传导、细胞内信号传递以及骨骼代谢至关重要[1]、[2]。老年人尤其容易缺乏钙元素，因为年龄增长会导致肠道对钙的吸收能力下降、钙平衡紊乱以及骨吸收增加，进而引发骨质疏松症以及相关的骨折、残疾和死亡风险[3]、[4]。全球范围内骨质疏松症的患病率约为18.3%，其中女性的患病率（23.1%）高于男性（11.7%），且65岁以后这一比例会显著上升，给老龄化社会带来了日益沉重的医疗负担[5]、[6]、[7]。虽然建议每天摄入1000–1200毫克钙以维持骨密度和肌肉骨骼健康，但由于饮食限制、胃肠道问题或食欲下降，许多老年人无法达到这一摄入量，因此往往需要补充钙剂[8]。传统的钙补充剂如碳酸钙（CaCO?）价格低廉且含钙量高，但在胃酸分泌不足的人群中吸收效果较差，而且高剂量使用时还可能引发胃肠道不适、高钙血症、肾结石形成，甚至增加心血管疾病风险[9]。鉴于这些问题，人们开始关注那些生物利用率更高、安全性更好且更具可持续性的钙来源，尤其是来自海洋资源的天然食品级钙[10]、[11]。鱼骨是富含钙的海产品加工副产物，若将其转化为生物钙，不仅可以推动循环经济的发展，还能改善公众健康；更重要的是，海洋来源的钙通常与胶原肽及其他生物活性成分共存，这些成分或许能进一步提升钙的功能性。

银西拉鱼就是一种极具潜力的海洋钙来源，它属于小型、市场价值较低的鱼类。这类小型远洋鱼类在许多亚洲国家被广泛食用[12]、[13]，但在加工过程中其鱼骨通常会被丢弃，既造成资源浪费，也使得相关经济价值流失。从循环经济的角度出发，充分利用银西拉鱼的鱼骨可以减少废弃物，同时获取可用于食品加工的高价值矿物质和肽类成分。鱼骨中含有羟基磷灰石，这是一种天然存在的磷酸钙矿物，其成分与人类骨骼极为相似，因此非常适合用作膳食钙强化剂[10]。除了钙之外，鱼骨还含有磷、镁以及多种对骨骼健康至关重要的微量元素[11]、[14]。银西拉鱼骨质地相对柔软，可通过酶解或热水解等方法轻松加工，从而获得高质量的生物钙。研究表明，由于鱼骨的自然成分以及其中存在的基质蛋白和肽类，它们所含钙的生物利用率可与碳酸钙相当甚至更高，这些成分有助于促进钙的吸收[10]、[11]、[15]。尽管前景广阔，但这类海洋来源钙元素之所以具有更高生物利用率的分子机制及其关键活性成分仍不明确。

近期研究越来越多地聚焦于识别和解析生物钙基质中的钙结合肽，尤其是来自海洋资源的那些肽类。这类肽能够与钙离子形成可溶性复合物，从而提高钙的溶解度，便于其在肠道中被吸收，同时还能在生理条件下防止钙沉淀[16]、[17]。此外，识别出具有高钙结合亲和力的肽类对于营养学而言非常重要，因为这类肽能够在胃肠道环境中保持钙的溶解状态，进而提升钙的肠道吸收率，这对其它传统钙盐来说更具优势。对于容易出现钙吸收障碍、骨质疏松风险较高的老年人而言，这一点尤为重要。分析技术的进步，尤其是液相色谱-串联质谱技术，进一步加速了这类肽类的发现进程，使得研究人员能够进行高灵敏度的从头测序，准确识别新的肽序列。最新研究证明，食物来源的钙结合肽可以通过稳定肽-钙复合物来提高钙的生物利用率[18]、[19]。除了实验研究方法外，分子动力学模拟也为研究肽与钙之间的相互作用提供了重要帮助。虽然分子动力学模拟无法直接测定钙的吸收情况，但它可以从分子层面揭示肽与钙之间相互作用的稳定性、结合模式以及关键作用残基。这些结构信息能够弥补体外实验的不足，帮助解释钙结合肽是如何维持钙的溶解状态并促进其肠道吸收的。

本研究以银西拉鱼为原料制备生物钙，主要旨在实现两个目标：一是识别该物种中尚未被研究的钙结合肽；二是通过基于液相色谱-串联质谱的从头测序以及全原子分子动力学模拟，阐明这些肽的钙结合特性。同时，研究还采用了Caco-2单层转运试验，将肽层面的研究发现与整体钙转运过程联系起来。本研究并非提出全新的研究方法，而是将现有的液相色谱-串联质谱和分子动力学分析技术应用到这种此前未被研究的海洋副产物上，重点寻找该物种特有的肽类候选分子。虽然并未在Caco-2单层转运试验中对这些肽进行特异性验证，但该模型仍可用于评估生物钙消化物的整体钙吸收情况。此外，研究还引入了分子动力学模拟，用于探索胶原衍生肽可能与钙离子之间的相互作用，以及它们对钙生物利用率的潜在影响。这些研究结果为未来深入研究这些肽在钙吸收中的作用提供了框架，有助于开发出功效更佳、安全性更高的肽强化型生物钙补充剂，尤其是针对老年人等易感人群。

章节要点

生物钙粉的制备

研究中所用的银西拉鱼新鲜鱼骨是从泰国南部的当地海产品加工厂获得的副产物。这些鱼骨被装入塑料袋中，并在冰块作用下运输，以防止其腐烂。到达实验室后，鱼骨首先被用水彻底清洗，然后再次装入塑料袋，储存在-20±2℃的环境中，等待后续处理。生物钙的制备方法是参考Idowu等人（2020年）的研究方案进行的。简而言之，首先通过混合处理去除鱼骨中的蛋白质

银西拉鱼源生物钙的化学特性

对银西拉鱼骨制成的生物钙粉的化学成分及平均粒径进行了分析，结果见表1。该生物钙粉的含水率为9.52±0.05%（湿基），而干基下的蛋白质、脂肪和灰分含量分别为21.26±0.24%、0.62±0.01%和72.32±0.23%。生物钙粉的平均粒径为29.9±1.14微米。通过光谱分析（FTIR/XRD）确定了该生物钙粉的结构特征

讨论

本研究还通过XRD和FTIR光谱分析了生物钙粉的结构完整性，这些分析结果证明了其中的矿物相和有机相都得到了良好保留。XRD分析结果显示，在26°–32°的2θ范围内存在强烈的反射峰，这是结晶态羟基磷灰石的特征。这些峰与以往关于加工过鱼骨的研究结果一致，说明经过水解处理后，钙磷晶格依然保持完整[37]、[38]。此外，该生物钙还表现出相对

结论

本研究充分展示了银西拉鱼骨作为生物钙来源的巨大潜力，这类生物钙中含有天然存在的、能够与钙离子结合的肽类成分。通过将Caco-2单层转运试验、肽类分析以及分子动力学模拟等多种方法有机结合，我们更深入地了解了该物种中的胶原衍生肽与钙之间的相互作用。在已鉴定的肽类中，SW4、SW16和SW17由于具有特定的结构特征，表现出较强的钙结合亲和力

作者贡献说明

Jirakrit Saetang：论文撰写——审阅与编辑、原始稿撰写、数据可视化、方法设计、实验研究、资金申请、正式数据分析、数据整理、研究概念构思。Panatda Khrueakaew：项目管理、实验研究、正式数据分析。Thaiyawat Haewphet：方法设计、实验研究、正式数据分析。Krisana Nilsuwan：资源协调、方法设计、实验研究、数据整理。Umesh Patil：数据可视化、结果验证、方法设计、实验研究。Matsapume Detcharoen：软件应用

资助情况

本研究得到了泰国国家科学、研究与创新基金（NSRF）以及宋卡王子大学的资助（项目编号：AGR6701090S）。

未引用参考文献

[20]、[22]、[23]

利益冲突声明

所有作者声明，我们不存在任何可能影响本研究所汇报研究成果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

我们衷心感谢泰国合艾市宋卡王子大学农业工业学院海鲜科学与创新国际卓越中心所提供的研究支持。

Jirakrit Saetang|Panatda Khrueakaew|Thaiyawat Haewphet|Krisana Nilsuwan|Umesh Patil|Matsapume Detcharoen|Soottawat Benjakul|Avtar Singh|Napat Prompat|Varomyalin Tipmanee