鲟鱼软骨肽-钙螯合物的制备优化、结构表征、稳定性及其促进钙吸收机制研究

《Food Chemistry: X》：Preparation optimization, structural characterization, stability and promoting calcium absorption mechanism of sturgeon cartilage peptide-calcium chelates

　　

研究人员以鲟鱼软骨肽（sturgeon cartilage peptide, SCP）为原料，对鲟鱼软骨肽-钙螯合物（SCP-Ca）的制备工艺进行优化，并系统研究了其结构特征、稳定性及促进钙吸收的机制。结果表明，最佳制备条件为螯合时间50 min、温度40 °C、pH 8、肽钙质量比11:1，此时钙螯合量为44.47 ± 0.87 mg/g。光谱分析证实，Ca²⁺主要与SCP中的-NH、-CH、-CO及-COO^-基团结合，且天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）是参与螯合的关键氨基酸。SCP-Ca表现出良好的热、pH、NaCl、乳糖及模拟胃肠道消化稳定性。在Caco-2细胞单层模型中，SCP-Ca显著增强了钙的跨膜转运和吸收，效果优于CaCl₂。在MC3T3-E1细胞模型中，SCP-Ca通过上调RUNX2、OSX、OCN和ALP等关键基因和蛋白的表达，促进成骨细胞分化和矿化，发挥抗骨质疏松活性。通过LC-MS/MS和分子对接技术，研究人员鉴定出两种新型钙结合肽EKSIDDLEDELY和GFAGDDAPRA，它们可与钙通道蛋白TRPV6和Cav1.3结合，从而促进肠道钙吸收。该研究为开发新型高效钙补充剂提供了理论依据。

钙是人体必需常量元素，约占成人体重的2%，对维持神经肌肉兴奋性、调节酶活性等至关重要。然而，全球约50亿人存在钙摄入不足，长期缺钙可导致骨质疏松等骨骼疾病。现有钙补充剂中，无机钙生物利用度低且易引起胃肠不适，有机酸钙长期服用可能导致胃肠道疾病和铁吸收下降，因此亟需筛选天然、高效、易吸收的新型钙源。活性肽是金属离子螯合与转运的优良载体，肽-钙螯合物因良好的生物利用度和安全性受到广泛关注。鲟鱼软骨是鲟鱼加工的主要副产物，约占鱼体重的10%，富含蛋白质和糖胺聚糖，其来源的多肽具有抗炎、抗氧化、免疫调节等活性，是潜在的钙离子螯合载体。然而，目前关于鲟鱼软骨肽-钙螯合物（SCP-Ca）的制备工艺、稳定性及促进钙吸收机制的研究尚属空白。为此，研究人员开展了本研究，旨在优化SCP-Ca的制备条件，阐明其结构特征、稳定性及抗骨质疏松作用机制，为开发新型钙补充剂提供科学依据。

研究人员首先通过单因素实验优化了SCP-Ca的制备工艺，采用紫外-可见光谱、荧光光谱、傅里叶变换红外光谱、圆二色谱、扫描电镜-能谱分析及氨基酸组成分析对其结构进行表征，并评价了温度、pH、糖/盐及模拟胃肠道消化条件下的稳定性。随后，利用Caco-2细胞单层模型评估了SCP-Ca的钙转运能力，利用MC3T3-E1成骨细胞模型检测了碱性磷酸酶（ALP）活性、矿化结节形成及成骨相关基因和蛋白表达。此外，通过LC-MS/MS鉴定SCP-Ca中的肽序列，结合分子对接技术筛选高活性钙结合肽，并分析其与钙通道蛋白TRPV6和Cav1.3的相互作用机制。

研究结果表明，SCP-Ca的最佳制备条件为：螯合时间50 min、温度40 °C、pH 8、肽钙质量比11:1，此条件下钙螯合量为44.47 ± 0.87 mg/g。结构表征显示，Ca²⁺与SCP中的-NH、-CH、-CO和-COO^-基团结合，导致SCP二级结构展开，α-螺旋、β-转角和无规则卷曲含量增加，β-折叠含量降低；SEM-EDS证实Ca²⁺成功结合至SCP上。氨基酸组成分析表明，天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）含量显著升高，是钙螯合的主要贡献者。稳定性实验显示，SCP-Ca在85 °C以下钙保留率均大于80%，pH大于2时保留率超过70%，在NaCl和乳糖存在下保留率分别超过80%和85%；模拟胃肠道消化后，钙保留率在小肠阶段升至94.26 ± 2.98%，表明其具有良好的加工和消化稳定性。Caco-2细胞单层实验表明，SCP-Ca可显著促进钙的跨膜转运，120 min时钙转运量达1.74 ± 0.15 μg，明显高于CaCl₂（1.50 ± 0.09 μg）。在MC3T3-E1细胞模型中，SCP-Ca以剂量依赖方式提高ALP活性，增加矿化结节数量，并显著上调RUNX2、OSX、OCN和ALP的mRNA及蛋白表达水平，表明其通过调控这些关键靶点促进成骨细胞分化与矿化。LC-MS/MS鉴定出20种钙结合肽，其中EKSIDDLEDELY和GFAGDDAPRA与Ca²⁺结合能最低（分别为-7.22和-6.18 kcal/mol），为新型钙螯合肽。分子对接结果显示，这两种肽能与钙通道蛋白TRPV6和Cav1.3自发结合，形成氢键和疏水相互作用，提示它们可能通过促进小肠上皮细胞钙内流来增强钙吸收。

讨论部分综合了结构、稳定性和细胞实验结果，认为SCP-Ca的优异稳定性源于肽与Ca²⁺形成的配位键及致密结构；其促进钙吸收的机制可能包括肽-钙螯合物在胃肠道中保护钙离子，并通过与TRPV6和Cav1.3互作增强跨细胞钙转运，同时上调成骨分化关键基因表达。研究结论为：优化后的SCP-Ca具有良好的结构稳定性和生物活性，可通过多途径促进钙吸收和骨形成，未来有望开发为缓解骨质疏松的新型钙补充剂。后续研究方向包括利用低钙饮食诱导的缺钙小鼠模型验证体内补钙功能，并进一步探究涉及的关键信号通路及肠-骨轴机制。