综述：超越螯合筛选的食物蛋白衍生物矿质结合肽用于矿物特异性载体设计

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Food Protein-Derived Mineral Binding Peptides for Mineral Specific Carrier Design beyond Chelation Screening

　　

•载体与沉淀框架取代了经验性螯合筛选。
•矿物可及性取代螯合容量作为评价标准。
•钙、锌和铁需要不同的序列基序和验证逻辑。
•小分子螯合剂为肽设计提供供体原子先验信息。
•AI模型需要矿物特异性描述符，而非通用标签。

## 引言

矿物结合通常被视为食物蛋白来源肽的一种理想特性，但其营养价值是有条件的。结合容量被定义为在饱和和单一条件下检测时，能够结合到肽成分上的最大矿物质量。一种结合Ca2?、Fe2?、Fe3?或Zn2?的配体可能维持可及的矿物池，或者相反，将离子固定在难以交换的复合物中。可及性是一个全面的、与营养相关的指标，定义为在真实食物和消化条件下，摄入的矿物中保持可溶、可交换且能被上皮吸收的比例。因此，核心挑战在于选择能够维持可溶、可交换且生物相容性矿物形态的肽载体，并区分那些表现出矿物吸收效果的肽或配体系统。载体的概念是将可交换矿物运输到吸收界面，它应与将矿物固定为不溶性或非交换形式的吸附剂相区分。这种区分至关重要，因为钙、铁和锌面临不同的约束。钙通过与磷酸盐、草酸盐、碳酸盐和脂肪酸的沉淀而流失。三价铁在胃-肠pH转换过程中受水解限制。亚铁离子受氧化还原反应性约束。而锌的可及性在谷物、豆类、油料作物和植物蛋白基质中受植酸强烈限制（Gibson等人，2010；Hurrell & Egli，2010）。

食物蛋白来源的肽占据了一个介于简单营养配体和宏观分子载体之间的化学空间。其主链、末端基团和侧链在短的、与消化相关的、潜在食品兼容的序列中提供羰基氧、羧酸根氧、磷酸氧、咪唑氮、硫供体、羟基、芳香基团和酰胺功能。这种多样性使得肽-矿物结合具有不同的稳定性、溶解度、可交换性和基质抗性。酪蛋白磷酸肽仍然是最成熟的系统，因为磷酸化酸性基序稳定钙磷酸盐形态并支持肠模型中的钙处理（Ferraretto等人，2001；Holt, S?rensen, & Clegg，2009；Lenton等人，2016）。CPP-钙复合物上调了TRPV5/TRPV6的表达，其运输量比CaCl?高77-129%。相比之下，非酪蛋白来源的单一序列钙结合肽的结合容量范围为76.0至79.5 mg/g（罗非鱼YGTGL、LVFL）至151.1 mg/g（磷蛋白DEEENDQVK）（An等人，2022；Zhang等人，2025）。这些结果也展示了某些单一序列肽的应用潜力，特别是那些被磷酸化且富含酸性残基的肽。据报道的钙、锌、铁和多矿物序列，包括FVDVT、HLRQEEKEEVTVGSLK、KYKRQRW、DLGEQYFKG和GPAGPHGPPG，为将供体原子身份、供体间距、末端暴露、残基顺序、肽柔性和矿物身份与载体行为联系起来提供了可解释的锚点（Guo等人，2015；Kheeree等人，2022；Lee & Song，2009；Wang等人，2018；Zhu等人，2021）。

矿物结合肽研究的一个主要局限是经验发现对机制定义设计的占主导地位。典型的流程始于酶解，通过比色或光谱结合试验筛选组分，纯化活性组分，并报告肽-矿物复合物。尽管这些研究产生了有价值的候选物，但其活性标签通常是化学模糊的。表观螯合可能反映配位、静电吸附、残留矿物盐、沉淀、肽聚集或试验干扰（Sun等人，2020）。一种在缓冲液中结合Ca2?的肽可能在磷酸盐或草酸盐挑战下失效。一种结合Zn2?的肽可能被植酸置换。而一种维持铁溶解度的肽可能在含脂质系统中加速氧化。因此，进展需要一种设计语法，做出四个关键区分：结合与可及性、亲和力与可交换性、隔离与递送、纯化试验性能与食品基质性能。这种语法可以基于已知小分子配体的化学，其中定义了供体原子身份、齿数、pH依赖性电离、配体交换、氧化还原偶联、矿物选择性和矿物-RIER行为。报道的肽序列则展示了这些化学先验信息如何被编码为可识别的基序——氧供体簇、His-羧酸根基序、碱性-芳香基序、酸性-酰胺-芳香基序、含硫基序、富含Gly和Pro的支架，以及含Se残基模式（Cherrak等人，2016；Schlemmer等人，2009；Walencik等人，2024）。

AI可以整合化学、序列、生物和工艺信息，但矿物结合肽建模需要从通用生物活性肽预测中不同的学习对象。相关单位是肽-离子-条件记录，将序列描述符、学习嵌入、供体原子特征、离子身份、试验条件、竞争配体和矿物依赖性响应变量联系起来。通用肽预测器和生物活性肽数据库编码序列上下文，而蛋白质语言模型和肽特异性Transformer可以表示残基顺序和非线性序列关系（Bo等人，2021；Elnaggar等人，2022；Guntuboina等人，2023；Minkiewicz, Iwaniak, & Darewicz，2019）。然而，据我们所知，尚无专门针对肽-金属离子相互作用开发的专用数据库、精选数据集或预测模型。需要矿物特异性增强，包括供体原子谱、pH依赖性电荷、氧化还原风险、离子选择性、可交换性和基质兼容性（Yang, Yang等人，2026）。因此，我们提出相关单位应该是肽-离子-条件记录——一个结构化条目，将肽序列与特定矿物在定义实验条件下的定量或半定量结果联系起来。类比于蛋白质数据银行如何标准化结构生物学数据以及BindingDB如何整合小分子-蛋白质相互作用记录，这些记录将提供矿物特异性预测模型最终可以基于其训练的精选基质。候选物排名应因此被表述为多目标优化，而非亲和力最大化。本综述发展了一种机制引导的框架，连接矿物可及性屏障、小分子化学先验信息、序列编码基序、酶法制备和标准化，以及AI引导的设计。预期转变是从经验性螯合筛选转向矿物特异性载体设计，其中肽的价值在于其维持可及矿物形态的能力，跨越加工、胃肠转换、基质竞争和生物处理。本文首次将序列编码配体化学先验信息、酶法制备和目标基序释放、成分标准化和复杂性评价，以及AI辅助的离子条件建模整合到统一框架中，弥合了分子设计、食品加工和营养功能之间的差距。

## 章节摘要

### 食物蛋白来源肽针对的矿物可及性屏障

食物蛋白来源的矿物结合肽在加工和胃肠转移过程中维持可溶、可交换且生物相容的矿物形态时才具有营养和工艺意义。可溶保留率指特定处理后残留在可溶相中的矿物百分比。可交换性定义为肽结合的矿物中，释放到强竞争配体或被吸收的比例。

### 作为矿物结合肽设计化学先验的小分子螯合剂

小分子螯合剂为食物蛋白来源的矿物结合肽设计提供了化学解析的先验信息。其可迁移价值不在于完整的分子支架，而在于供体原子身份、齿数、电荷状态、pH依赖性电离、配体交换、氧化还原偶联、矿物选择性和隔离风险（Caetano-Silva等人，2021；Cai等人，2025）。羟基羧酸盐、氨基酸-矿物复合物、磷酸盐配体、类黄酮、营养矿物复合物。

### 食物蛋白来源肽中的序列编码矿物结合基序

食物蛋白来源的矿物结合肽将小分子配位先验编码为有序氨基酸序列。其行为由残基顺序、供体间距、局部电荷分布、末端暴露、主链羰基参与、磷酸化状态、肽长度和构象流动性所决定，而不仅仅取决于供体残基的出现（Zhao, Wang, & Ashaolu，2025）。一个羧酸根基团在柠檬酸中、孤立的Glu残基中、C末端的羧酸根基团中的行为可能不同。

### 矿物结合肽组分的酶法制备与标准化

酶法制备决定了序列编码的矿物结合基序能否被转化为可重复的食物蛋白来源肽组分。水解不应被视为一般性蛋白质降解。工艺性能取决于前体组成、切割位点可及性、酶特异性、水解度、pH、温度、酶用量、失活方法、分级路径、络合条件和回收率。过度水解可能稀释或破坏基序。

### AI引导的矿物结合肽表示与设计

AI引导的矿物结合肽设计需要将肽-矿物相互作用表示为离子条件下的分子性质。传统的肽QSAR研究使用氨基酸组成、二肽或三肽组成、分子量、疏水性、电荷、末端残基和残基顺序描述符（Chang等人，2025；Habib等人，2025）。这些描述符有用但不够充分，因为矿物结合行为同时取决于肽和矿物。

## 结论与展望

高螯合容量不定义矿物载体。一种钙结合肽只有在pH转换和磷酸盐或草酸盐暴露后仍保留可溶钙时才具有营养和工艺意义。一种锌结合肽只有在植酸挑战下锌保持可交换时才与植物性食品相关。一种铁结合肽需要在铁溶解化、释放和氧化还原兼容性之间进行区分，因为可溶铁仍可能促进氧化。

## 未引用参考文献

Bj?rlie等人，2024；Du等人，2024；Xiong等人，2023；Yang等人，2025；Yang等人，2026。

## CRediT作者贡献声明

杨思明：概念化、调查研究、可视化、撰写-原始草稿。马小雨：可视化、监督。郭瑞彬：可视化、监督。张拓：可视化。孙娜：概念化。程淑真：概念化、撰写-审阅与编辑、资金获取、监督。杜明：概念化、撰写-审阅与编辑、资金获取、监督。

## 利益冲突声明

作者确认就本手稿描述的工作不存在利益冲突。

## CRediT作者贡献声明

杨思明：概念化、调查研究、可视化、撰写–原始草稿。马小雨：可视化、监督。郭瑞彬：可视化、监督。张拓：可视化。孙娜：概念化。程淑真：概念化、撰写–审阅与编辑、资金获取、监督。杜明：概念化、撰写–审阅与编辑、资金获取、监督。

## 致谢

本研究得到了辽宁省优秀青年科学基金项目（2025-YQ-08）和国家自然科学基金（32130085）的资助。

杨思明 | 马小雨 | 郭瑞彬 | 张拓 | 孙娜 | 程淑真 | 杜明