非变性Ⅱ型胶原蛋白的胃肠消化特性及稳定性研究

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大量研究表明,口服具有三螺旋结构的非变性Ⅱ型胶原蛋白能够通过诱导免疫耐受来抑制类风湿性关节炎(RA)和骨关节炎(OA)的发生或缓解关节炎症状。目前,研究较多的非变性Ⅱ型胶原蛋白主要有两种形式,即难溶性非变性Ⅱ型胶原蛋白(IC Ⅱ)和可溶性非变性Ⅱ型胶原蛋白(SC Ⅱ)。IC Ⅱ的溶解性差,但经口服进入体内后,在胃肠消化系统的酶和p H环境的作用下,可能会释放出部分可溶性Ⅱ型胶原蛋白,从而暴露其免疫活性表位;而SC Ⅱ的溶解性好,在体内能够充分暴露其免疫活性表位,但其稳定性较差,三螺旋结构易被破坏并可能伴随生物活性的丧失。然而,这两种形式的非变性Ⅱ型胶原蛋白在胃肠消化过程中的降解规律及稳定性情况还未见报道。因此,本文比较了IC Ⅱ和SC Ⅱ的结构性质及胃肠消化特性,并分析影响二者胃肠消化的关键因素;探究了多糖对SC Ⅱ胃消化的保护作用及其机制,进一步阐明p H、Na Cl、多糖等因素对SC Ⅱ的结构和热稳定性的影响。主要研究内容和结果如下:(1)采用INFOGEST体外静态模拟消化模型,对通过不同方式制备得到的IC Ⅱ和SC Ⅱ进行体外模拟胃肠消化实验,结合十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDSPAGE)、傅立叶红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、圆二色光谱(CD)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等方法,分析IC Ⅱ和SC Ⅱ的结构性质和胃肠消化特性。结果表明:IC Ⅱ在较低p H条件下经胃消化后,其溶解度有所提高,溶解出部分粗而短的胶原纤维,并伴随少量含三螺旋结构的可溶性蛋白的释放,而p H较高时IC Ⅱ的变化并不明显。相反,SC Ⅱ在较高的p H条件下经胃消化后,胶原纤维轻微变细和弯曲,三螺旋结构仅发生轻度的破坏,而当p H较低时,SC Ⅱ的降解则较严重,胶原细长的纤维甚至被水解成小球状,三螺旋结构含量显著降低。然而,肠消化过程对IC Ⅱ和SC Ⅱ的释放和降解的影响均较小。此外,在不同p H条件下,SC Ⅱ消化产物上清液中的非变性Ⅱ型胶原蛋白含量始终高于IC Ⅱ(1.2-12.4倍)。因此,采用酶法制备得到的SC Ⅱ,并在较高的p H下进行胃消化,可能更易于在肠道中充分发挥免疫活性。(2)由于SC Ⅱ在较低p H条件下(p H 2.0)的胃消化稳定性较差,为了减少SC Ⅱ在胃消化过程中的降解,探究了几种具有不同分子量、粒径大小和电荷性质的多糖,即瓜尔胶、黄原胶和卡拉胶对SC Ⅱ胃消化的保护作用。SDS-PAGE和圆二色光谱结果表明:瓜尔胶对SC Ⅱ的胃消化的保护作用有限;黄原胶在0.1:1-0.2:1比例下的保护作用较弱,在0.4:1-1.5:1时保护作用明显增强,即SC Ⅱ与多糖混合物的消化产物中三螺旋结构的含量是纯SC Ⅱ消化产物的2.48-3.10倍;而卡拉胶在0.1:1-0.2:1时即具有显著的保护作用(1.99-2.48倍),在0.4:1-1.5:1时保护作用略微增强(2.50-2.73倍)。结合流变学、粒径、ζ-电位、显微镜、圆二色光谱等分析,发现黏度与椭圆率之间不具有显著相关性,不能直接反映和预测多糖对SC Ⅱ胃消化保护作用的大小。在0.1:1-0.2:1比例下,卡拉胶能够与SC Ⅱ结合形成可溶性复合物,提高SC Ⅱ在p H 2.0条件下的热稳定性,同时还可能减少胃蛋白酶与SC Ⅱ的接触,从而对SC Ⅱ的胃消化产生明显的保护作用;黄原胶对SC Ⅱ的热稳定性没有影响,但能够与SC Ⅱ结合形成少量不溶性复合物,这可能一定程度上阻碍胃蛋白酶与SC Ⅱ结合。在0.4:1-1.5:1比例下,卡拉胶和黄原胶均可与SC Ⅱ形成大量不溶性复合物,以减少胃蛋白酶与SC Ⅱ结合,从而抑制SC Ⅱ的降解。因此,在p H 2.0条件下,少量的卡拉胶即对SC Ⅱ的胃消化具有较好的保护作用,而黄原胶则需要相对更高的添加量才能达到较好的保护效果。(3)最后,采用圆二色光谱和哈克旋转流变仪等方法考察提取加工过程中p H值、Na Cl、多糖等因素对SC Ⅱ的结构和热稳定性的影响,并分析SC Ⅱ的三螺旋结构和黏度的相关性。结果表明:在p H 2.0-4.0之间,SC Ⅱ的三螺旋结构完整,变性温度在36.5-40°C之间,热稳定性较低;p H 5.0-9.0时,三螺旋结构部分解旋或蜷曲(28%-57%),变性温度为40-43°C,热稳定性较高;p H 10.0时,三螺旋结构又有所恢复,解旋或蜷曲程度约7%。SC Ⅱ的黏度在p H 2.0-5.0之间先增大后减小,p H 5.0-9.0时保持不变,p H10.0时又增大。此外,随p H的变化,SC Ⅱ的黏度和三螺旋结构含量相关性极显著(P<0.01),反映了SC Ⅱ的伸展和蜷曲状态;二者随温度变化也具有相关性(除p H 5.0外,P<0.05),反映的是SC Ⅱ的不可逆变性程度,温度越高,黏度越小,SC Ⅱ变性程度越大。p H 2.0条件下,Na Cl(0-0.5 mol/L)和卡拉胶(0.1:1-0.2:1)对SC Ⅱ的三螺旋结构几乎没有影响,但Na Cl轻微降低了SC Ⅱ的变性温度(约从36.5°C逐渐降至35°C),卡拉胶则使其完全变性温度从37.5°C升至42.5°C。p H 7.0条件下,Na Cl、黄原胶和卡拉胶均能促进SC Ⅱ三螺旋结构的伸展,但Na Cl同样降低了SC Ⅱ的变性温度(约从45°C降至41°C),而黄原胶和卡拉胶对SC Ⅱ的热稳定性几乎没有影响。因此,为了保持Ⅱ型胶原蛋白完整的三螺旋结构,需要严格控制提取和加工过程中的p H值、Na Cl浓度和温度条件,并且可通过添加卡拉胶来提高其在酸性条件下的热稳定性。
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