FSHW：蛋白中β位APP裂解酶1抑制性五肽的生物学评价及相互作用机理

从白蛋白水解物中发现了一种新型BACE1抑制肽。

多肽KLPGF可以同时抑制AChE、BChE和BACE1的活性。

对多肽KLPGF和BACE1进行了分子对接和动力学模拟。

Lys321、Asp228和Asn233在BACE1抑制肽的设计中起着重要作用。

多肽KLPGF可同时抑制乙酰胆碱酯酶、丁酰胆碱酯酶和β位APP裂解酶1的活性，改善阿尔茨海默病症状。

阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD），是老年期痴呆最常见的一种类型。β-淀粉样蛋白（Aβ）的异常聚集和沉积被认为是导致AD发生的主要原因。β位点APP裂解酶1（BACE1）是催化Aβ产生的关键限速酶。因此，BACE1可作为一种潜在治疗AD的靶点。在这项研究中，渤海大学于志鹏、武思佳、赵文竹等评估了活性肽QIGLF、RVPSL、KLPGF和TNGIIR的ADMET性质；通过荧光光谱法测定了其体外BACE1抑制活性；通过分子对接和分子动力学模拟，进一步阐释了BACE1与肽相互作用的分子机制。活性肽KLPGF更符合利平斯基规则，表现出更好的吸收特性且无毒性。活性肽KLPGF具有较强的BACE1抑制活性，其IC50值为（8.30±0.56）mmol/L。分子对接结果表明活性肽KLPGF可通过氢键、疏水相互作用、静电相互作用与π-阳离子相互作用与BACE1催化位点结合，且在整个动力学模拟过程中，残基Lys321、Asp228和Asn233始终与肽KLPGF保持着密切的氢键相互作用。结果表明肽KLPGF可作为新的BACE1抑制剂。

Results and Discussion

• 鸡蛋白蛋白衍生肽的BACE1抑制活性

本研究评价的多肽KLPGF抑制BACE1活性的IC50值为（8.30±0.56）mmol/L，而多肽QIGLF无明显的BACE1抑制活性，这与我们以往的研究一致。多肽KLPGF能有效抑制乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶，在浓度为50 μg/mL时，抑制率分别为61.23%和3.29%。多肽KLPGF可同时抑制3 种引起AD的关键酶的活性。黄芩素对BACE1和AChE有较强的抑制活性，IC50值分别为（23.71±1.91）μmo/L和（45.95±3.44）μmo/L。KLPGF可以被认为是卵白蛋白水解物肽类药物的先导化合物。在正在进行的研究中，应该对候选肽KLPGF进行化学修饰，以提高其活性。

• 肽与BACE1的分子相互作用机制

多肽KLPGF与BACE1酶的相互作用图1所示。肽KLPGF与Asp32、Gln73、Phe108、Thr232和Asp228残基以常规氢键接触，与Gly11、Asp228、Gly230和Thr231残基以碳氢键接触，与Asp32、Asp228和Lys321残基以盐桥接触。与Arg307有1 个静电作用，与Phe108和Lys321有2 个Pi阳离子作用。此外，烷基疏水相互作用涉及残基LEU30和ILE110。其他键主要是范德华相互作用。

（a）催化位点的肽KLPGF的详细信息；（b）KLPGF与BACE1相互作用的二维平面图。

图1. 肽KLPGF与BACE1相互作用的对接

• 分子动力学模拟

通过比较均方根偏差（RMSD）和均方根波动（RMSF）值观察BACE1-KLPGF复合物的稳定性。图2中显示了BACE1-KLPGF复合物相对于初始蛋白结构的轨迹RMSD。BACE1-KLPGF复合物在4.2 ns后达到平衡，其平均RMSD值为1.84213。结果表明，在模拟过程中，系统稳定，平衡良好。肽KLPGF与BACE1的结合位点是正确的。

图2. 模拟期间BACE1- KLPGF的RMSD图

根据图3，所有的残基都在4nm以下波动。在68～75、93～97、108～111、131～136、300～305、350～351和370～371氨基酸区域观察到的波动略高。在活性位点口袋区域（残基36、219、112、119、122、223、224、18、114）RMSF波动在1 nm左右。波动幅度相对较小，说明了BACE1-KLPGF相互作用的稳定性。

图3. 模拟过程中BACE1每个残基的RMSF值

肽KLPGF与BACE1蛋白在整个模拟过程中保持了良好的残基（即Lys321、Asp228、Asn233、Gly230、Thr232、Phe108、Asp32、Lys107稳定的氢键）（图4）。其中，Lys321、Asp228、Asn233在整个模拟过程中始终与KLPGF保持密切的相互作用，频率值分别为92.32%、78.32%、60.64%，说明Lys321、Asp228、Asn233在BACE1抑制肽设计中的重要性。

Conclusion

从卵白蛋白水解物中提取的多肽KLPGF进行ADMET性质分析，显著抑制BACE1的活性，IC50值为8.3 mmol/L。此外，多肽KLPGF与BACE1的残基形成了12 个强氢键、2 个疏水相互作用和3 个静电相互作用，这表明其作为新型BACE1抑制剂的重要性。此外，MD模拟结果显示，BACE1-KLPGF复合物是稳定的，残基（Lys321、Asp228和Asn233）在BACE1抑制肽的设计中发挥了重要作用。在正在进行的研究中，应进一步评估多肽KLPGF的体内研究。

主 要 作 者 简 介

于志鹏，副教授，博士、硕导，入选辽宁省第十一批“百千万人才工程”人选，一直致力于食源性活性肽的制备、纯化、结构鉴定及其体内外生物活性评价等基础和应用研究，目前研究主要集中于食源性ACE抑制肽（降血压活性肽）、降血糖活性肽和抗老年痴呆活性肽的酶解制备、结构鉴定，基于分子模拟的作用机制、代谢调控及稳态化保护机制研究。 兼任 food Chemistry 、Journal of Agricultural and Food Chemistry及Journal of the Science of Food and Agriculture 等SCI检索期刊的评审专家。已发表科研论文80余篇，其中SCI检索论文30余篇；申请有关活性肽等功能因子的国家发明专利40余项，其中授权8项，完成成果转化1项。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划专项和省科技厅等项目。

武思佳，食品科学专业硕士研究生，期间一直专注于食源性活性肽的分离纯化及其体内外生物活性评价等课题研究，在国内外学术期刊上发表科研论文10余篇，其中SCI检索论文5篇，EI检索论文1篇；申请国家发明专利8项，其中授权1项；主持一项校级研究生创新基金。硕士期间获国家奖学金，辽宁省研究生海洋食品创新大赛一等奖、辽宁省自然科学学术成果奖三等奖、辽宁省优秀毕业生、渤海大学一等学业奖学金等。

该文章《Biological evaluation and interaction mechanism of beta-site APP cleaving enzyme 1 inhibitory pentapeptide from egg albumin》于《Food Science and Human Wellness》2020年7月出版。

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在成功召开“2019年动物源食品科学与人类健康国际研讨会（宁波）”的基础上，将与青海大学农牧学院于2020年10月22-23日在西宁共同举办“2020年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。研讨会将就肉、水产、禽蛋、乳制品等动物源食品科学基础研究、现代化加工技术，贮藏、保鲜及运输，质量安全与检测技术，营养及风味成分分析，副产物综合利用，法律、法规及发展政策等方面的重大理论研究展开深入探讨，交流和借鉴国外经验，为广大食品科研工作者和生产者提供新的思路，指明发展方向。