整合丰度分析与人工智能辅助筛选揭示新型乳源抗高血压三肽

《Food Chemistry》：Integrated abundance analysis and artificial intelligence-assisted screening reveal novel antihypertensive milk-derived tripeptides

　　接近生理丰度的牛奶来源三肽估算。计算机模拟消化产生了具有生理相关性的肽库。AI算法筛选预测了ACE-三肽相互作用。所选肽类降低了自发性高血压大鼠的SBP。EIV、VAL和SEE表现出与参考肽IPP相当的效果。牛奶是全球消费最广泛的饮料之一，也是优质蛋白质的重要膳食来源。除了营养价值之外，牛奶消费还与对骨质疏松症、代谢性疾病和心血管疾病等慢性疾病的保护效果有关。值得注意的是，流行病学研究和随机对照试验的meta分析表明，规律饮用牛奶与血压的适度但显著降低有关，突显了其在心血管健康中的潜在作用。虽然这种降压效果部分由血管紧张素转换酶（ACE）的抑制驱动，但其他潜在机制，如内皮一氧化氮合成的调节、阿片受体相互作用和钙通道调节，也可能有助于血压管理。然而，负责这些降压效果的具体牛奶来源成分仍然不清楚。食物来源的生物活性化合物的生理相关性不仅取决于内在活性，还取决于其丰度、消化过程中的释放和生物利用度。牛乳蛋白质约占80%的酪蛋白和20%的乳清蛋白，是胃肠道消化过程中产生的生物活性肽的主要来源。胰蛋白酶、胃蛋白酶和糜蛋白酶等酶的蛋白水解作用产生了具有多种生物功能的肽类。其中，Ile-Pro-Pro（IPP）和Val-Pro-Pro（VPP）是广泛引用的降压三肽。然而，它们最初是在发酵乳制品中而非作为天然牛奶蛋白胃肠道消化的主要产物被发现的。虽然在发酵系统和模拟消化模型中有报道，但它们对天然牛奶在生理相关水平上的降压效果的贡献仍然不确定。体外胃肠道消化模型通常用于鉴定牛奶来源肽类，但其结果强烈依赖于酶的来源和消化条件，往往产生不完整的谱，定量分辨率有限。此外，许多研究检查的是单独的纯化蛋白质而非完整的牛奶基质，忽视了来自酪蛋白-乳清结合系统产生的肽类。生物信息学方法也已用于预测候选肽；然而，这些方法通常优先考虑预测的生物活性，并假设所有理论肽类的产生量相等。因此，许多预测的候选物可能仅以微量存在，或在消化过程中可能根本不会产生，从而限制了其生理相关性。因此，一个关键的文献空白仍然存在：常规筛选方法无法同时考虑结构结合亲和力和完整食品基质中肽类的实际释放丰度。因此，鉴定既具有生物活性又在生物学上有意义的水平上产生的肽类仍然是一个关键挑战。计算机模拟胃肠道消化结合生物信息学筛选为预测整个牛奶蛋白质组中的肽谱提供了系统方法。当与肽释放频率的估计相结合时，此类方法能够优先处理可能以生理相关水平出现的肽类。然而，常规生物信息学通常缺乏结构见解，而结构建模经常与生物环境脱节。将生成式人工智能（AI）与基于序列的分析相结合，为弥合这一差距提供了有前景的策略。我们假设，将生成式AI结构建模与定量肽释放频率相结合，能够成功预测传统仅基于序列的筛选所忽略的高生物利用度、生理相关的降压三肽。在本研究中，我们旨在通过结合体内验证与多层次计算框架，鉴定具有生理相关降压活性的牛奶来源三肽。首先，评估了单份牛奶对自发性高血压大鼠（SHRs）的降压效果。主要牛奶蛋白（αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白、β-乳球蛋白和α-乳白蛋白）随后接受计算机模拟消化，以生成三肽库并估计肽释放频率。候选物使用结合丰度过滤、生物活性预测和从头结构建模的综合策略进行优先排序，以推导与ACE抑制相关的序列特征。这些特征被映射到肽库上，以鉴定既具有高预测活性又具有生理相关性的候选物。所选三肽进一步通过分子对接评估，并使用SHRs进行体内验证，以鉴定具有增强转化潜力的候选物。分析级试剂均购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯），除非另有说明。新鲜全脂牛奶（3.5%脂肪，本地采购）经喷雾干燥获得全脂奶粉，并在4°C下密封储存至使用。为了复制标准人类液体制剂中的一份牛奶（250 mL），根据喷雾干燥收率指标计算的一份（36 g粉末溶于250 mL水）根据[原文截断]。评估了全脂牛奶在SHRs口服给予150、300或600 mg/kg体重后的降压效果，其中600 mg/kg相当于人类约一份牛奶（250 mL）。卡托普利（10 mg/kg）用作阳性对照。如图2A所示，给药2小时后测得的SBP在卡托普利组中显著降低，与假处理组相比。奶粉溶液诱导SBP呈剂量依赖性降低，[原文截断]。降压肽已从多种蛋白质来源中鉴定出来，如牛奶、植物和鸡蛋，表明肽介导的血压调节是一种在食品蛋白质中广泛保守的现象。牛奶蛋白仍然是研究最为广泛的降压肽来源之一，因为其营养重要性、特征明确的蛋白质组以及[原文截断]。在本研究中，我们开发了一种整合计算-实验框架，以鉴定具有降压潜力的牛奶来源三肽。通过结合数据库驱动的生物活性预测、结构引导的分子对接和肽丰度分析，这一多层次流程优先处理了预测与ACE相互作用且可能在牛奶消化过程中产生的候选肽。多种先前未报道的三肽在体内进行了评估，口服给予[原文截断]。**Chiao-Che Chen：**写作 – 原稿，可视化，方法学，调查。**Yun-Jhu Hou：**写作 – 原稿，概念化。**Hsin-Yi Lo：**方法学。**Mei-Li Stevens：**方法学。**Chien-Yun Hsiang：**写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，资金获取，概念化。**Tin-Yun Ho：**写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，资金获取，概念化。作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能会被认为影响了本论文所报道的工作。本工作得到了国家科技委员会（NSTC114-2320-B-039-035-MY3和NSTC114-2320-B-039-036-MY3）和中国医科大学（CMU114-MF-30和CMU114-MF-31）的支持。